印尼油砂热解特性研究及动力学模型比较

印 尼 油 砂 热 解 特 性 研 究 及 动 力 学 模 型 比较
郭秀英 ， 王 擎２ 姜倩倩２ 柏静儒２ 贾春 霞２ ， ， ，
（． １ 吉林市第十八高级中学 ， 吉林 吉林 １２ １ ２ 东北 电力大学 能源与动力工程学院， ３０ ２；． 吉林 吉林 １２ １ ） ３０ ２
摘
要： 油砂 的热分析实验能指导油砂的干馏 炼油 。利 用热分析仪在 不同升温速率 下将 样品从室
第３ ２卷第 ２期
２１ ０ ２年 ４月
东
北
电
力
大
学
学
报
Ｖｏ ． ２． ｏ ２ １３ Ｎ ．
Ａｐ ．， ０１ ｒ ２ ２
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＮ ｒｈ ａｔ ａ ｌＵｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ａ ｏ ｔｅｓ Ｄｉｎｉ ｉｅｓ ｙ Ｏ ｔ
文 章 编 号 ：０ ５—２９ （０ ２ ０ １０ ９ ２ ２ １ ） ２—０２ ０ ０ ６— ７
第 ２期
郭 秀英等 ： 印尼油砂热解特性研 究及动力学模 型比较
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较 ， 中还列 出 了其它地 区油 砂样 品 的相关 数据 。 表 对 比印尼 的三种油 砂样 品 ， 含 油率 、 从 发热 量 这 两 大 指 标 上 看 ，Ｔ Ｓ ２品位 最 为上 乘 ， Ｓ １品 位最 而 Ｔ
机 理 函数 的选 择 ， 能直接 求 出活化能 值 ， 避免 因反应 机 理 函数 的假 设 不 同而可 能 带来 的误 差 。本 文
用 Ｄ Ｅ 法 、 ＷＯ法 、 ＡＭ Ｆ 以及被 普遍应 用 的 Ｃ—Ｒ法对 印尼 油砂进 行热 解特性 及 机理 的研 究 ， 计算 热 解动
力 学参数 ， 为干馏炼 油 工艺提供 依据 。
温 加 热 到 终 温 ５ ０℃ ， 热 裂 解 阶 段 的 ３ ０— ２ ｃ 温 区 内 ， Ｇ失 重 与 铝甄 实 验所 测 含 油 率 非 常 吻 合 ， ５ 在 ５ ５０Ｃ Ｔ 是
沥青等重有 机质 裂解产油 主要 区间。应用 Ｄ Ｅ Ａ Ｍ模 型 、ＷＯ模型以及 Ｃ—Ｒ模型对产 油区间计算活化 Ｆ
劣， 不仅含油率和发热量最低 ， 且水分和灰分含量最高。与其它几种油砂相 比， 本样品含油率和挥发分
较 高 ， 水分 适 中 ， 且 灰分 含量 低 ， 固定碳数 据 由差减 法 得 ， 虑到 实 验 中不 可 避免 会 引 入误 差 ， 不 能 因 考 虽
完全肯定无 固定碳含量 ， 但可断定固定碳含量极少 。另外 ， 可得到与油页岩相 同的物化特性规律 ， 例如 油砂的挥发分越高 ， 含油率越高； 真相对密度越小 ， 含油率也越高。
１ 实 验部 分
１ １ 油 砂样 品 的性 质 ．
实 验样 品来 自于 印尼 的三种 油砂样 品 Ｓ １ Ｓ２ Ｓ ３ 样 品 的基 础 物化 特 性见 表 １ 示 。 为方 便 比 Ｔ 、Ｔ 、Ｔ ， 所
收 稿 日期 ： ０ １ １— ５ ２ １ —１ ２ 通讯作者 ： 郭秀英（ ９ ３一）女 ， １６ ， 吉林省吉林市人 ， 中教 高级教师 ， 主要研究方向 ： 教学建模． 作者简介 ： 王 擎（ ９４一）， ， １６ 男 吉林省吉林市人 ， 东北 电力大学能源与动力工程学 院教授 ， 士， 博 博士生导师 ， 主要研究 方向 ： 油页 岩的综合开发 与利用．
进行 热重 分析 显得 尤为重 要 。所得热 解特性 、 解机理 及动 力学参 数可 作为 油砂 现场热 开采 、 热 干馏 炼油 工艺 等多 方 面的理论 依据 。
国内外应 用于 油砂 的热解模 型 主要包 括 总 包一 级 反应 模 型 Ｌ ｌ ，ｒｅ ｍ ｎ法 川 ， ｏｌ ¨ ， ２ ｏ Ｆｅｄ ａ 一］ Ｄｙ ｅ法 最
能值并 进行 比较 。结果表 明， Ａ Ｍ和 Ｆ ＤＥ ＷＯ模型拟合度高 ， 计算所得值基本一致 ， 活化 能在整个反应 区
间内不是定 值 ， １０— ２ Ｊｍ ｌ 在 ５ ３０ｋ／ ｏ 范围 内变化 ， 当趋近 ２０ｋ／ ｏ 左右时热裂解 基本结束 ； ２ Ｊ ｔ ｌ ｏ 被广泛应用
的 Ｃ— Ｒ模型拟合 不理想 ， 值明显偏低 ， 由于所选 机理 函数 是建立在 单一基元 反应假设 上的 ， 而实验表 的 提 出不 仅 能 得 到连 续 分 布 活 化 能 值 ， ＤＥ １ ，ａｇ ｕｒ ０ ＡＭ
还 能掌握 活化 能在 整个热 解 温度 区间 内的变 化 趋势 ， 可弥 补单 一 反应 模 型 的缺 陷 ；ＷＯ 法避 开 了反 应 Ｆ
明印尼油砂热解是包含多个基 元反应相互平行 、 连续 、 重叠或竞 争过程 的复杂的非均 相反应 ， 因此造 成
了 Ｃ—Ｒ模 型 的 局 限 性 。
关
键
词： 油砂 ； 热解 ； 热分析 ； 动力学
文 献标 识 码 ： Ａ
中图 分 类 号 ： Ｋ １１ Ｔ ２
油砂 （ 又称 沥青砂 或焦 油砂 ） 是一 种 含 有沥 青 或焦 油 的砂 或 砂 岩 ， 常 是 由砂 、 通 沥青 、 物 质 、 土 矿 粘
１ ２ 实验 设备 与实验 条件 ．
油砂热解实验采用美 国 Ｔ Ａ仪器公司生产的 Ｓ Ｔ— ６ ０同步热分析仪。以高纯氮气作为载体气 ， Ｄ Ｑ０
取粒 径为 ０ ２ｍｍ 以下 的样 品约 ５ｍ ， ． ｇ 在升 温速率 分别 为 ５℃／ ｎ １ Ｃ ｍｎ２ Ｃ ｍｉ下 从 室温加 热 ｍｉ、５￣／ ｉ、５￣／ ｎ
和水组成的混合物。随着原油储量的 Ｅ ｔ 趋短缺 ， 油砂作为非常规石油资源的主要来源， 已引起人们 的高
度关 注 。国外许 多研 究工作 主要 致力 于从油 砂 中提取 沥青来合 成 石油 ， 相关技术 有 热水洗 法 、 机溶 剂 有
萃取法 、 热解法等… ， 已在相当程度上形成了一定规模的油砂工业 ， 并 我国的油砂研究工作起步较晚 对油砂直接热解可得到油 、 半焦等产物 ， 气、 可提高油品品质 ， 简化油砂制油工艺 。因此对油砂