油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学_柏静儒

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油页岩与木屑混合热解特性研究

第３５卷第４期
２０１５年８月
东
北
电
力

大
学
学
报
Ｖ０１．３５．Ｎｏ．４
Ａｕｇ．，２０１５
ＪｏｕｒｎａｌＯｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＤｉａｎｌｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：１００５ — ２９９２（２０１５）０４ — ００６２ — ０５
２试验结果与讨论
２．１热失重结果分析
— 【 Ⅲ ／暑ｇ一瓣喇水
００００Ｏ００ＯＯ０
咖
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对茂名油页岩及木屑样品在不同升温速率下进行了热解特性研究，图１为油页岩及木屑在四种升温速率下单独热解的热失重（ＴＧ）及微商热失重（ＤＴＧ）曲线。
第４期
柏静儒等：油页岩与木屑混合热解特性研究
６３
１．２实验仪器与方法
实验装置采用瑞士ＭＥＴＴＬＥＲ — ＴＯＬＥＤＯＴＧＡ／ＤＳＣ１热重分析仪对油页岩与木屑进行常压热解实
验，每次取样２０ｍｇ（ ± ０．５ｍｇ）放人Ａ１Ｏ坩埚中进行热解实验，载气为９９．９９９％的高纯氮气，流量５０ｍｌ／ｍｉｎ，实验前用氮气吹扫试验系统３０ｍｉｎ以排除反应系统中的杂质气体，然后将样品在ＴＧ中热解产生的气体通过一条可加热的传输管通入ＦＴＩＲ的气体池中进行实时检测，分别以１０、２０、５０、８０￣Ｃ／ｍｉｎ四种升温速率从３０℃升高到９００℃ 。

小颗粒油页岩综合利用技术进展

第51卷第1期辽宁化工 Vol.51，No. 1 2022年1月 Liaoning Chemical Industry January，2022收稿日期： 2021-06-21作者简介：张哲娜（1990-），女，河北省石家庄市人，工程师，硕士，2016年毕业于天津大学化学工程与技术专业，研究方向：固体废弃物小颗粒油页岩综合利用技术进展张哲娜，梁仁刚，金兆迪，喻学孔，张树立（杰瑞环保科技有限公司，山东烟台 264003）摘要：油页岩是当今石油能源的重要补充，目前在油页岩开发利用中产生大量被随意丢弃的小颗粒油页岩，导致严重的环境污染和资源浪费。

介绍了近几年国内外针对小颗粒油页岩综合利用的相关技术，简述了小颗粒油页岩成型利用、燃烧发电及干馏炼油技术的研究成果和应用案例，分析了小颗粒油页岩综合利用过程中现存的问题。

分析表明：为推进小颗粒油页岩实现商业化大规模应用，还应在降低成型技术成本、完善燃烧发电配套设施、降低干馏设备维护成本等方面进行技术攻关，指出小颗粒油页岩的具体利用方式的选取还应结合油页岩开发整体建设，综合考虑油页岩开发利用成本。

关键词：油页岩；干馏；成型；燃烧发电；综合利用中图分类号：TQ530.2 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2022）01-0068-04油页岩是一种含有有机矿物质的可燃性沉积岩，属于非常规化石能源[1]。

油页岩储量丰富，我国油页岩资源储量约为7 199亿t，折算成页岩油约476亿t，目前技术可采储量约为30亿t，是化石能源的有效补充[2]。

干馏技术是我国油页岩综合利用的主要技术，目前已形成工业化生产规模，尤其以气体热载体抚顺炉干馏技术为主[3]。

但此种技术只能处理块状油页岩，对于在采矿、运输、破碎等过程中产生的30%~40%粒径小于15 mm 的小颗粒及粉末油页岩无法处置，导致油页岩整体资源利用率只有70%左右[4-5]。

通常小颗粒油页岩被直接废弃，不仅占用大量土地还造成环境污染和资源浪费[6-7]，因此小颗粒油页岩的综合利用成为目前国内外研究的热点及难点。

油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学_柏静儒

2+ 2+ 2+
具有一定的吸附能力。李勇等
［6 ］
［7 ］、苏瞳等和
Shawabkeh 等［8］的研究表明，马弗炉烧制页岩灰经页岩改性后能够提高其对重金属离子的吸附能力，灰
［9 ］
、 Cd
2+
和页岩油厂灰渣
［10 ］
都可以合成沸石并用于吸
等。目前，吸附是最经济、最有效的从废水中脱除重
· 7H2 O 配制 Pb2 + 、 Cu2 + 、 Zn2 + 、 Cd2 + 的标准溶液及重
图1 Figure 1 油页岩飞灰扫描电镜照片 SEM photos of oil shale fly ash
利用 Micrommeritics 公司 Gemini2380 全自动表面测定仪测定了油页岩飞灰的比表面积和孔结构参数，在相对压力 p / p0 为 0． 050 ～ 0． 986 所得的吸附、 Emmett- Teller 脱附等温线见图 2 。采用 Brunnauer-
油页岩飞灰的化学组成 K2 O 3． 04 Na2 O 2． 85
Chemical composition of the oil shale fly ash Al2 O3 7． 90 CaO 5． 70 MgO 1． 65 Others 4． 93
采用荷兰 FEI 公司 Quanta200 扫描电子显微镜对桦甸油页岩飞灰的表面形态进行扫描分析，结果见图 1 。从图 1 可以看出，飞灰颗粒表面的粗糙化程度很高，孔隙发达且存在许多表面龟裂与晶格缺呈絮状结构。这样的表面特征一方面使得吸附陷，剂具有较大的比表面积；另一方面能够提供大量的金属离子空位，具有相当高的过剩自由能，在水溶液中容易形成表面羟基结构，有利于增强吸附剂的吸附能力

页岩油储层压裂–提采一体化研究进展与面临的挑战

◄油气开发►doi:10.11911/syztjs.2024012引用格式：张衍君，王鲁瑀，刘娅菲，等. 页岩油储层压裂–提采一体化研究进展与面临的挑战[J]. 石油钻探技术，2024, 52（1）：84-95.ZHANG Yanjun, WANG Luyu, LIU Yafei, et al. Advances and challenges of integration of fracturing and enhanced oil recovery in shale oil reservoirs [J]. Petroleum Drilling Techniques ，2024, 52(1)：84-95.页岩油储层压裂–提采一体化研究进展与面临的挑战张衍君1，王鲁瑀2，刘娅菲1，张佳亮3，周德胜1，葛洪魁3（1. 西安石油大学石油工程学院, 陕西西安 710065；2. 香港理工大学土木及环境工程系, 香港 999077；3. 中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院, 北京 102249）摘　要: 页岩油储层压裂开发中，以远超地层吸收能力的注入速率向储层注入包含各类添加剂的工作液，基本完成了压裂介质一次注入、油井开发全生命周期受益的使命。

其中，2个问题尤为关键：1）如何形成均匀展布的裂缝网络，增大裂缝和储层的接触面积、提高液体流动效率？2）在形成高效传压传质缝网的基础上，存地压裂液如何提高储层中原油的可动性？压裂和提采一体化是解决上述问题的重要思路。

为此，阐述了页岩油储层压裂–提采一体化的内涵，归纳了实现压裂–提采一体化的模拟和试验技术；明确了页岩油储层压裂–提采一体化的科学问题：均衡应力压裂形成均匀展布的缝网，提高均布缝网中流体流动与传输的效率，强化基质孔隙中油气的动用。

同时，指出了压裂–提采一体化面临的挑战：明确裂缝非均匀扩展导致的压裂井间干扰机理并建立控制方法，形成裂缝中高压流体高效作用于基质孔隙的途径，揭示压裂液–储层–原油相互作用提高原油可动性机理。

柳树河油页岩微波干燥及其对热解特性的影响_柏静儒

收稿日期： 2013-05-08；修回日期： 2013-10-19。基金项目：国家潜在油气资源（油页岩勘探开发利用）产学研用合作创新建设项目（ OSＲ-05-02）。联系作者：柏静儒（ 1973-），女，吉林长岭人，副教授。Tel： 0432-64807366，E-mail： bai630@ mail． nedu． edu． cn。
传统干燥主要是依靠热源，通过对流和传导等方式使热量由外向内传递到物料的内部，大部分物体内的热量传递速率很慢、加热时间长、效率较低。同时，物料外层首先干燥，会在物料外形成硬壳板，
阻碍内部水分向外蒸发。微波干燥是新兴的干燥技术，微波干燥机理与
传统干燥机理的不同，主要在于两种干燥方式温度梯度和压力梯度方向不同。微波干燥时，物料内的温度梯度与压力梯度方向一致，都是由里向外，这样有利于水分的蒸发；微波干燥又可克服传统干燥时物料外形成硬壳板的缺点［2］，因此，微波干燥要优于传统干燥，而得到广泛应用。
分析（ GB / T 212-2008）、发热量（ GB / T 213-2008）、元素分析（ GB / T 212-2001），实验测定结果见表 1，由表 1 可知，柳树河油页岩是一种低灰分、高挥发、高热值、低含硫量的优质燃料。
1 实验部分
表 1 柳树河油页岩的工业分析及元素分析 Table 1 Proximate and ultimate analysis of oil shale sample
Abstract： Drying pretreatment plays an important role in the use of oil shale． M icrow ave drying is a rapid， efficient and energy-saving method． A microw ave drying experiment system w as set up by remolding the household microw ave oven，by w hich the microw ave drying characters and the influence on the pyrolysis characteristic w ere investigated． The result show s that the time needed for microw ave drying is about 20% of the one for traditional drying，and the rate of microw ave drying is much higher than that of traditional drying． The Page model is suitable for describing the process of Liushuhe oil shale microw ave drying． There is no difference in the changing curves of the pyrolysis activation energy w ith conversion for the microw ave drying oil shale，hotair drying oil shale and the original one． The trend of the curve first rises，then falls，and at x≈0． 7 appears the maximum value． The activation energy changes betw een 80 kJ / mol and 200kJ / mol． At the same time，the activation energy of organic matter decomposition for the microw ave drying oil shale pyrolysis is increased． Ke y words： oil shale； microw ave drying； pyrolysis； kinetics

石灰改良油页岩废渣对4种植物叶片光合及有关特性的影响

-3-

－□－温度 Temperature －△－相对湿度 Relative humidity －◇－光合有效辐射 Photosynthetically active radiation 图1 盆栽实验地周围环境因子的日变化
Fig. 1 Diurnal changes of environmental factors in the place for potted plants tested
-2-

值达到 6 的油页岩废渣。2 个处理都是每盆装岩渣 20 kg，其中处理 2 是在岩渣中再均匀混合含 0.1 kg 石灰的水溶液而成。经实验室进行多次测定，每 100 g 岩渣平均添加 0.5 g 石灰可使其 pH 值达到 6，并能保持平衡稳定，故每盆装岩渣 20 kg 时添加石灰 0.1 kg。另设 1 个为普通赤红壤的对照基质，每盆亦装土 20 kg。试验苗木中红荷木、红胶木取自苗圃地当年培育苗，每盆栽种幼苗 1 株；香根草和百喜草均取自“百草园”，种植前二者的根均剪至 5 cm、茎叶亦剪至一定长度，香根草每盆栽种 3 株，百喜草每盆 2 株，浇足定根水。试验全过程各处理管理措施均保持一致，包括淋水与松土等。所有处理均为 5 个重复，总计 60 盆 (3 种基质×4 种植物×5 个重复)。
2.3 观测内容与方法
试验于 2004 年 2 月 29 日布置，6 月底的晴天进行观测。选取植株中上部、南向枝条上部第 3-4 叶位上充分展开的成熟功能叶进行测定[4]。各测定参数分别选取 4 种苗木各 5 株，每株记录 5 个观测值，计算时取平均值。试验测定前一天浇足水，以减除水分因子影响。
油页岩废渣是一种强酸性基质，而且，其中还含有高浓度的活性铝和其它重金属元素，故其基质组成成分十分复杂[9, 26]。对土壤中铝[13]、砷毒害[19]及 Cu [14]等金属和非金属影响植物光合特性的研究均有报道，研究酸性环境中植物的光合生理[22]，尤其是现今十分热门的酸沉降及酸雨环境中植物的生理变化有很多报道[15-17]，而对生长在基质成分十分复杂的环境 (如油页岩废渣)中的植物及其生理方面的研究，少见报道[6, 11, 31]。本实验选取对油页岩废渣有较强适应能力的 4 种植物为实验对象，利用石灰作改良剂来改变岩渣的强酸环境，从而探讨石灰对岩渣的改良效果。石灰对油页岩废渣基质的改良已有相关报道[7]，但迄今尚未见到有关石灰改良废渣后植物叶片气体交换特性等生理生态响应。对此，本文在前文(黄娟等, 2007)[7]基础上，进一步探讨石灰改良的油页岩废渣对植物光合生理特性等方面的影响，以期为油页岩废渣场的植物修复理论的生理生态适应机理提供理论依据，也为适生植物种类的筛选提供科学依据。

PNS在粉煤灰颗粒表面的吸附动力学与热力学性能

ｅｑｕａｔｉＯｎ，ａｎｄｔｈｅ。ｔａｎｄａｒｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｎｔｈａｌｐｙｉｓ一７８ｋＪ／ｍｏ１．ＰｈｙｓｉｃｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｏｍｉｎａｔｅｓｉｎｔｈｅＤｒｏｃｅｓｓｗｈｅｎｅｘｐｅｒｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗ，ｂｕｔｃｈｅｍｉｃａ１ｓｏｒｐｔｉｏｎｓｂｅｃｏｍｅｓａｐｐａｒｅｎｔａｓｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉ
ｎｃｅａｅｄ；ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｍａｘｔｍｕｍａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅｅｔｓｗｅ１１
．
ｗｉｔｈＣｌａｕｓｉｕｓ－ＣｌａＤｅｖｒｏｎ
Ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ－ＢａｓｅｄＳｂｕｐｅｒＰａｌｓｔ‘ ｉｃ‘ ＣｉｚｅｒｏｎＴｈｅＳｕｒｆａｃｅｓｏｆＦＦＶＩＹＡｓｈＰａｒｔｉＣＩｅｓ
，
标准吸附焓为一７．８ｋＪ／ｍｏＩ，在较低温度下，吸附以物理吸附为
主，随着温度升高，化学吸附作用凸显。关键词：萘系减水剂；粉煤灰；动力学；热力学：标准吸附焓
ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＫｉｎｅｔｉＣＳａｎｄＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉＣＳｏｆ

油页岩灰渣对亚甲基蓝的吸附动力学及热力学研究

Ｏｉｓａｅａｈｔｅｈｌｎｌｅｆｌｈｌｓｍｔｙｅｅｂｕｏｏ
ＸＵＳｈｕｙｉｎｇＳＮＴｏＵｎｇ
（ａｕｔｆｈｍｉｒｎｅｃｌｇｎｅｉｇＢｈｉｉｅｓｙＪｎｈｕ１１０，ｉａ￣ｃｌｏｅｓｙａｄＣｈｍｉａＥｎｉｅｒ，ｏａｖｒｉ，ｉｚｏ２００Ｃｈｎ）ｙＣｔｎＵｎｔ
ＡｂｔａｔＩｒｅＯｓｄｈｄｏｐｉｎｐｏｅｔｓｏｉｓａｅａｈｔｔｙｅｅｂｕｎｗａｔｗａｅｎｅｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｔｙｔｅａｓｒｔｒｐｒｅｆｏｌｈｌｓｏｍｅｈｌｎｌｅｉｓｅｔｒｕｄｒｕｏｉｄｆｒｎｍｐｒｔｒ，ｅｈｌｎｌｅｗａｅａｌｄｅｉｓａｅａｈａｓｒｅｔｄｒｉｅｅｔｅｅａｕｅｉｅｅｔｅｅａｕｅｍｔｙｅｅｂｕｔｒｓｍｐｅｉａｄｄｔｏｌｈｌｓｄｏｂｎｅｆｒｎｍｐｒｔｒｔｓｏｎｕｄｔ
徐姝颖，孙
摘
彤
（渤海大学化学化工学院，辽宁锦州１１０）２００
要：为了研究了在不同温度条件下油页岩灰渣对亚甲基蓝的吸附性能，实验在装有亚甲基蓝水样的中，加入
油页岩灰渣吸附剂，于不同温度下在振荡培养箱中，调节转数，振摇吸附。用比色法测定吸附后亚甲基蓝的质采量分数，根据其质量分数随吸附时间的变化，分析油页岩灰渣对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明：油页岩灰渣对亚甲基蓝具有较强的的吸附能力，吸附反应发生较快，化学吸附占主要地位，并且符合二级反应动力学方程。

油页岩热解过程中的热破碎特性

油页岩热解过程中的热破碎特性秦宏;许方平;刘洪鹏;迟铭书;王擎;柏静儒【摘要】在小型干馏装置中进行油页岩热解破碎特性实验,考察升温速率、热解终温、恒温时间对油页岩热破碎的影响.结果表明:提高升温速率、热解终温和延长恒温时间,均在不同程度上促进油页岩的热破碎.升温速率的影响主要体现在10℃/min之下,热解终温的影响主要体现在520℃以上,而恒温时间的影响主要是在2h之前.经灰色关联计算,结果表明:热解终温对油页岩破碎产生的影响最大,升温速率次之,恒温时间最小.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)013【总页数】5页(P26-30)【关键词】油页岩;热破碎;破碎比;粒度变化率;破碎指数【作者】秦宏;许方平;刘洪鹏;迟铭书;王擎;柏静儒【作者单位】油页岩综合利用教育部工程研究中心,东北电力大学,吉林132012;油页岩综合利用教育部工程研究中心,东北电力大学,吉林132012;油页岩综合利用教育部工程研究中心,东北电力大学,吉林132012;油页岩综合利用教育部工程研究中心,东北电力大学,吉林132012;油页岩综合利用教育部工程研究中心,东北电力大学,吉林132012;油页岩综合利用教育部工程研究中心,东北电力大学,吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TE135.2油页岩是一种非常规能源，储量巨大，是石油的有益补充，因此受到各国的高度重视［1］。

目前，油页岩的开发利用主要有两种方式:一是通过低温干馏技术制取燃料气和页岩油。

二是作为燃料直接燃烧，发电或供热［2］。

按传热方式的不同，油页岩干馏工艺分为固体热载体干馏工艺和气体热载体干馏工艺。

固体热载体用来加工小颗粒页岩(0～25 mm)，气体热载体用来加工块状页岩粒径(25～125 mm)。

油页岩在气体热载体干馏炉中干馏的过程中会出现破碎现象，破碎后产生的小颗粒会影响炉内固体颗粒的粒度分布，增加炉内热气体流动阻力，造成气体在炉内分配不均，影响干馏炉的正常运转，并且使得部分油页岩干馏不完全，影响油收率。

Pb2+在高岭土土柱中迁移时吸附特性的研究

［１４］
研究了重金属Ｐｂ在混
试验选用的高岭土为水洗高白度超分散高岭
晶体（分析纯）及Ｐｂ（ＮＯ３）２晶体（分析纯）。
试验中的主要仪器为８５－２型数显磁力搅拌
器、ｐＨ－１０型ｐＨ计、Ｈ２０２－００Ａ型电热恒温型烘
箱、原子吸收光谱仪、自制的土柱试验装置等。
分重金属污染物在压实黏土中扩散的试验研究，
发现黏土对Ｐｂ２＋的吸附量大于Ｃｕ２＋，Ｐｂ２＋在土柱中
的纵向迁移速度小于Ｃｕ２＋，土柱中的土样对Ｐｂ２＋
的吸附量以及孔隙水中Ｐｂ２＋的浓度随土层深度增
大而减小，且减小的速度要明显快于Ｃｕ２＋；
王安，艾英钵，曹炜炜，范志浩
（河海大学岩土工程研究所，江苏南京２１００９８）
摘要：通过单一Ｐｂ２＋迁移试验和Ｐｂ２＋、Ｃｕ２＋的竞争、顺序迁移试验来研究Ｐｂ２＋在高岭土中迁移时的吸附
特性。对迁移试验的结果进行分析，表明Ｐｂ２＋刚穿透土柱所需的时间随离子浓度的增大而减少，随溶液ｐＨ的增
头差同样为３ｍ的条件下，Ｐｂ２＋在添加了黄土的
防渗墙中的穿透时间也增加为不添加黄土时的
２倍。
目前对重金属离子纯吸附试验的研究已经很
大小顺序为Ｐｂ＞Ｃｕ＞Ｃｒ＞Ｃｄ，溶解态有机质有利于
丰富；有单一离子吸附的研究，也有多种离子竞
析重金属Ｃｕ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｃｒ在深度为９０ｃｍ土层中
ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｍｏｕｎｔａｒｅｖｅｒｙｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｍｉｇｒａｔｉｏｎ

黑龙江鸡西油页岩综合利用过程能效分析

黑龙江鸡西油页岩综合利用过程能效分析柏静儒;韩冰;李梦迪;白娜【摘要】建立以固体热载体干馏工艺为核心的油页岩综合利用系统,以循环流化床锅炉产生的高温热灰作为油页岩干馏工艺的热源,并添加了半焦燃烧发电部分,实现了油-电-气三联产.利用Aspen Plus软件对所构建的系统工艺进行建模,结合了黑龙江鸡西油页岩三层不同矿区的物性数据,计算了系统的物流参数和发电功率,并探讨了不同油页岩利用方式下的系统能效情况.结果表明:综合利用系统使油页岩的利用效率得到提升,含油率高的油页岩能带来更高的经济效益,但余热损失也会随之增加;随着对油页岩利用程度的加深,三种油页岩的系统能效均呈上升趋势.【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2015(035)004【总页数】6页(P56-61)【关键词】油页岩;固体热载体;综合利用;Aspen Plus【作者】柏静儒;韩冰;李梦迪;白娜【作者单位】东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TE662黑龙江鸡西油页岩综合利用过程能效分析柏静儒,韩冰,李梦迪,白娜(东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012)摘要:建立以固体热载体干馏工艺为核心的油页岩综合利用系统,以循环流化床锅炉产生的高温热灰作为油页岩干馏工艺的热源,并添加了半焦燃烧发电部分,实现了油-电-气三联产。

利用Aspen Plus软件对所构建的系统工艺进行建模,结合了黑龙江鸡西油页岩三层不同矿区的物性数据,计算了系统的物流参数和发电功率,并探讨了不同油页岩利用方式下的系统能效情况。

结果表明:综合利用系统使油页岩的利用效率得到提升,含油率高的油页岩能带来更高的经济效益,但余热损失也会随之增加;随着对油页岩利用程度的加深,三种油页岩的系统能效均呈上升趋势。

生活垃圾焚烧飞灰重金属固化特性

第 54 卷第 10 期2023 年 10 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.10Oct. 2023生活垃圾焚烧飞灰重金属固化特性刘亮，罗屹东，卿梦霞，刘文斌，赵广民，贺梓航(长沙理工大学能源与动力工程学院，湖南长沙，410114)摘要：针对生活垃圾焚烧飞灰中重金属元素(Cr 、Cd 、Cu 、Pb 、Zn)含量过高导致的飞灰资源化利用难及其环境污染风险问题，结合连续萃取实验(BCR)及超声波辅助水洗，探究重金属赋存形态对飞灰重金属元素固化特性的影响。

研究结果表明：超声波辅助水洗对飞灰中重金属元素固化效果较好，其中Cd 固化效果最佳(98.87%)，Cu 固化效果最差(80.14%)。

水洗使飞灰中的可溶性氯盐(NaCl 、KCl 、CaClOH)发生重组，生成新的化合物(CuCl 、硫酸钙水合物、CaSO 4)。

水洗后飞灰中重金属元素的赋存形态发生改变，Cr 的可移动态占比可达93%，Cd 赋存形态总体变化不大，Cu 的赋存状态由残渣态向可还原态转变，Pb 酸溶态占比下降，Zn 残渣态和可还原态占比明显上升。

关键词：焚烧飞灰；水洗过程；重金属；固化特性中图分类号：X773 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）10-3852-13Solidification characteristics of heavy metals in fly ash fromdomestic waste incinerationLIU Liang, LUO Yidong, QING Mengxia, LIU Wenbin, ZHAO Guangming, HE Zihang(College of Energy and Power Engineering, Changsha University of Science & Technology,Changsha 410114, China)Abstract: The high content of heavy metal elements(Cr, Cd, Cu, Pb and Zn) in fly ash from municipal solid waste incineration leads to difficulty in utilizing fly ash, with a risk of environmental pollution. Combining BCR extraction experiments and ultrasonic-assisted water washing, the effect of the heavy metal fugitive form on the solidification characteristics of fly ash heavy metal elements was investigated. The results show that ultrasound-assisted water washing has a good effect on the curing of heavy metal elements in fly ash, with Cd showing the best curing effect(98.87%), and Cu showing the worst curing effect(80.14%). Water washing makes the soluble chloride(NaCl, KCl and CaClOH) in the fly ash recombine and generate new compound components(CuCl,收稿日期： 2023 −04 −07；修回日期： 2023 −06 −17基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52106131，U1910214)；湖南省教育厅科学研究重点项目(21A0201)(Projects(52106131, U1910214) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(21A0201) supported by the Scientific Research Key Project of the Education Department of Hunan Province)通信作者：卿梦霞，博士，副教授，从事固体燃料高效清洁燃烧研究；E-mail ：****************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.10.007引用格式：刘亮, 罗屹东, 卿梦霞, 等. 生活垃圾焚烧飞灰重金属固化特性[J].中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(10): 3852−3864.Citation: LIU Liang, LUO Yidong, QING Mengxia, et al. Solidification characteristics of heavy metals in fly ash from domestic waste incineration[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(10): 3852−3864.第 10 期刘亮，等：生活垃圾焚烧飞灰重金属固化特性calcium sulfate hydrate and CaSO4). After washing, the fugitive forms of the heavy metals in the fly ash change, and the movable dynamic proportion of Cr reaches 93%, while the chemical form of Cd remains unchanged. The chemical form of Cu transforms from a residue state to a reducible state. Furthermore, the change in the chemical form of Pb of the proportion of acid soluble state decreases, with an obvious increase in the proportion of Zn residue state and reducible state.Key words: fly ash; water washing treatment; heavy metal; solidification characteristics随着我国城市化进程的加快，城市生活垃圾产量显著增加。

基于Aspen_Plus用户模型技术的油页岩热解过程模拟

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第5期·1682·化工进展基于Aspen Plus 用户模型技术的油页岩热解过程模拟柏静儒1，李启凡1，吴海涛1，白章2，王擎1（1东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林吉林 132012；2中国科学院工程热物理研究所，北京 100190）摘要：建立了基于油页岩化学结构的热解动力学模型，利用Fortran 语言对热解主要组分的数学模型进行编写，基于用户模型嵌入到Aspen Plus 软件中，对主要组分产率随温度变化进行了模拟计算，并与文献实验数据进行对比。

结果表明：CO 和CH 4模拟值与实验数据吻合较好；CO 2的模拟值约在600℃之前有较好的契合度，由于模拟中未考虑矿物质分解，导致600℃之后有一定偏差；H 2的产率曲线模拟值与文献实验值在开始阶段比较一致，随着时间的延长，偏离程度慢慢变大；550℃之前，页岩油的模拟值与文献实验值吻合程度较好，在高温段的预测有一定偏差。

同时对不同温度下主要组分的产率随时间的变化预测发现：随着时间的延长，主要组分的产率先快速增加之后逐渐稳定在一个恒定值；温度较低时，主要组分的产率随着时间的延长而增加。

当进一步提高热解温度，完成有机质分解所需要的时间逐渐缩短；在同一时间下，主要组分产率随热解温度的增加而升高。

关键词：油页岩；用户模型；Aspen Plus ；化学结构；模拟中图分类号：TE662 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）05–1682–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.017Simulation of oil shale pyrolysis using Aspen Plus user modelBAI Jingru 1，LI Qifan 1，WU Haitao 1，BAI Zhang 2，WANG Qing 1（1Engineering Research Centre of Ministry of Education for Comprehensive Utilization of Oil Shale ，Northeast DianliUniversity ，Jilin 132012，Jilin ，China ；2Institute of Engineering Thermal Physics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing100190，China ）Abstract ：It was used to build the oil shale pyrolysis model based on chemical structure ，using Fortran language to compile mathematical model of the main components and embedding Aspen Plus based on user model ．The main components of yield with the temperature change was simulated calculation ．The accuracy of the results was verified by comparing document of the experimental data and simulation of the data ．The results indicated that the simulation of the data for CO and CH 4 agreed well with document of the experimental data ．The analogue value of CO 2 and shale oil had a good fit before about 600℃，while some deviations occurred after 600℃ due to the influence of decomposition of mineral substances ．The simulation of the data for H 2 in the beginning stages had a good fit with document of the experimental data ，but the deviation degree slowly enlarged as time went on ．Meanwhile ，the yield of main components with time under different temperature was forecasted ，It was found that the yield of main components first increased rapidly and then gradually stabilized at a constant value with the extension of time ．When the temperature was relatively low ，the yield of main components increased as time went by ．When the pyrolysis temperature was further enhanced ，the time第一作者及联系人：柏静儒（1973—），女，博士，教授，主要从事油页岩综合利用技术方面的研究工作。

油页岩中小分子对活化能的影响研究

油页岩中小分子对活化能的影响研究柏静儒;岳明博;张本熙;潘朔【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2016(036)006【摘要】以陕西铜川油页岩为样品,使用四氢呋喃溶剂对样品进行索氏萃取,分离出小分子化合物,得到萃余物.通过对原样和萃余物做固体红外分析,获得萃取物小分子成分.利用热重-红外联用技术对油页岩原样、萃余物进行热解实验得到热重曲线.利用热重曲线进行热解动力学计算,分析原样和萃余物的活化能的变化来研究小分子化合物对油页岩热解的影响.结果表明:小分子化合物含有醇类、烯烃、磷酸、磺酸酯类的物质和较多脂肪族化合物.有机小分子降低了油页岩的活化能,使油页岩原样的热解反应比不存在有机小分子的情况更容易进行,且在不同的升温速率下这种影响程度不同.【总页数】6页(P49-54)【作者】柏静儒;岳明博;张本熙;潘朔【作者单位】东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】TP29【相关文献】1.油页岩燃烧反应活化能不同求解方法的比较 [J], 崔畅林;徐峰;孙佰仲;王擎;李少华;孙键2.可溶小分子对油页岩孔隙结构变化的影响研究 [J], 柏静儒;潘朔;林卫生;贾春霞;王擎3.油页岩脱挥发分动力学的分布活化能模型解析 [J], 孙佰仲;王海刚;关晓辉;王擎;李少华;孙保民4.钙改性HZSM-5分子筛对油页岩热解特性的影响研究 [J], 杨天华;刘家兴;李秉硕;翟英媚;王建;佟勃霖5.阻燃剂对聚丙烯结晶活化能的影响研究 [J], 刘俊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

油页岩热解过程中微量元素迁移及其作用规律

酪根上并进行热重分析，根据热重结果计算其动力学，再通过裂解气质联用实验（PY-GC/MS）测定干酪根和浸
渍硝酸镍的干酪根热解时烷烃类产物的相对含量，研究微量元素对干酪根热解生烃转化率、热解速率以及产物分
布的影响。结果表明：微量元素的盐类可以催化干酪根热解生烃，增大其热解转化率和热解速率，提高轻组分烷
Key words: oil shale; pyrolysis; trace elements; volatility; kinetics; catalysis
引言
油页岩又称油母页岩，是一种富含有机质的细
粒沉积岩[1-5]，可用于燃烧发电、提炼页岩油以及建筑材料等[2]。中国油页岩资源量高达 7199.37 亿吨[6]，使其有潜力成为石油的替代能源。油页岩中微量元
HE Lu, WANG Li, MA Yue, LI Shuyuan
(College of Science, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)
. All Rights Reserved.
Abstract: Inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) has been used to determine the concentration of Li, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Mo, Cd, Sb, Ba, and Pb in oil shale samples and semi-cokes pyrolyzed at different final temperatures. The results show that Balikun oil shale contains more trace elements, especially Ba, Cd, Li, V and Sb, compared with Longkou oil shale which is only rich in Ba and Cd, and that most trace elements volatilize at around 500℃. In addition, the influence of trace elements on kerogen pyrolysis was studied. Thermogravimetric analyzer was used to investigate pyrolysis kinetics of kerogen with trace elements in different forms. The kinetic parameters (apparent activation energy E and frequency factor A) were calculated using overall n order reaction procedure. The relative content of alkane products was characterized by pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometer (PY-GC/MS). The results indicate that Ni(NO3)2 can catalyse kerogen pyrolysis by increasing its conversion, rate and yields of light alkane products and decreasing yields of heavy alkane products.

油页岩气体热载体干馏炉冷态速度场模拟及优化

油页岩气体热载体干馏炉冷态速度场模拟及优化柏静儒;刘卓卓;孙灿辉;徐向明;刘斌【摘要】对直径1600 mm,高度2792 mm,中心管进气的油页岩气体热载体干馏炉的干馏段,采用CFD Fluent方法来进行仿真,模拟冷态时干馏炉干馏段的速度场分布,并根据流场分布结果对干馏炉进行结构优化.由于物料堆积阻碍气体流动,将物料区域设置为多孔介质区域,通过不同布气方式的对比,确定最佳结构.结果显示,与两层布气相比,四层布气的速度分布更加均匀,气体热载体能够更好地穿透料层;在中心进气管上合理地开若干布气孔后,有效地改善了四层布气时相邻布气管间速度较小的缺点,使速度分布更加均匀.【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】6页(P53-58)【关键词】油页岩;固定床;Fluent;多孔介质【作者】柏静儒;刘卓卓;孙灿辉;徐向明;刘斌【作者单位】东北电力大学油页岩综合利用教育部工程中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程中心,吉林吉林132012;中国农业银行莱州市支行,山东莱州261441;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程中心,吉林吉林132012;抚顺矿业集团有限责任公司页岩炼油胜利实验厂,辽宁抚顺113001;抚顺矿业集团有限责任公司页岩炼油胜利实验厂,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TE662作为石油的替代能源，油页岩能够从地能量密度的页岩转变成高品位的能量，解决这一问题的核心是油页岩干馏[1～2].模拟方法是研究油页岩干馏炼油技术的一个非常重要的手段，通常采用Aspen plus软件对油页岩干馏系统的研究[3～5]，而对干馏炉结构的研究通常可以采用的是Fluent软件。

油页岩干馏热态试验研究表明，油页岩其他热载体干馏炉内的布气方式影响炉内的温度分布和炉内压力梯度[6～7]，冷态试验结果表明，不同结构的布气方式会对炉内布气均匀性产生一定的影响[8].虽然国内外学者做了大量的有关于干馏炉数值模拟方面的研究，但Fluent具体到干馏问题中，特别是冷态干馏，目前研究的不多，但煤、生物质等能源的燃烧和气化模拟有一些先例[9～11]，为干馏炉内的速度场与压力场模拟提供了理论依据.从工业分析和元素分析来看，油页岩和生物质有很大的区别，即使和煤有很大相似之处，在研究中也不能完全按照煤和生物质气化方法来进行，干馏炉炉型不同，配风方式也不同，而且国外大多是对炉子的温度分布做了模拟计算，对冷态模拟比较少[13～14].随着油页岩干馏炉的大型化，油页岩干馏实验成本有所提高，同时降低了反复实验的可行性，并且热态实验时温度较高，工作人员的安全也无法得到保证.因此，对干馏炉的冷态模拟研究也变得十分重要. 本研究针对上述问题，对油页岩气体热载干馏炉进行冷态模拟，研究不同布气方式下的速度分布，并根据反映出的流场情况对干馏炉进行结构优化，以确定布气更加均匀的炉型，并为干馏炉热态模拟分析提供依据.Fluent软件是目前功能全面、适用性广的CFD软件之一，不仅可以解决化学反应和流动方面的实际问题，还直观的、整体的反映炉内的流动、压力、速度等的分布情况，因而采用Fluent软件对油页岩干馏进行模拟研究.1 几何模型本文研究模拟是基于等比例缩小的干馏炉干馏段[8]，炉体结构如图1所示，干馏段为立式圆柱体，总高2.792 m，半径R=1.6 m.干馏炉布气方式采用中心进气，气体经中心进气管进入炉内，由沿圆周方向均匀分布的四层布气管喷入干馏炉内.布气器分为4层，每层8根布气管.布气管截面为菱形，向下倾斜角度为10°，如图2所示，分别在每根布气管的两侧斜向下45°的面上布置若干个布气孔，每面十个布气孔，总计640个.因干馏炉本身结构较复杂，布气孔较多，且进气管初始段没有通入干馏段，为方便而准确的进行数值模拟，对干馏炉进行简化处理，建模时省去了该段进气管.根据干馏炉干馏段实际尺寸在Gambit中建立几何模型，并划分网格，如图3所示.网格为结构化与非结构化网格相结合，进气孔处的网格都进行局部加密，共计1 849 526个网格.根据炉体填料位置及物料在干馏炉的堆积特性，将模拟体域分为两个部分，上部(图1中2 000 mm处至顶部)为气流区域，下部(图1中2 000 mm处至干馏段底部)为多孔介质区域.图1 炉体结构图2 中心进气图3 网格划分速度测点布置:以中心进气管上的第四层布气管为基准面，在距离基准面上方200 mm的截面处的外筒壁上开孔，测点分布如图2所示，在布气管正上方和两根布气管夹角中间分别开孔，共开8个孔，用热式风速仪分别通过8个开孔沿截面半径方向测量炉内速度，测点位置为沿半径方向测点坐标分别为0 mm、252.98 mm、357.78 mm、438.18 mm、505.96 mm、565.69 mm、619.68 mm、669.33 mm、715.54 mm、758.95 mm.2 数学模型本研究采用Fluent 6.3软件建立干馏炉冷态模型，为合理地简化计算，更方便地应用Fluent软件模拟炉内的流场分布，现给出以下假设：(1)干馏进行到一定程度，干馏炉处于稳定状态，各参数不随时间改变；(2)堆积的页岩为各向均匀的多孔介质，炉内各处的空隙率无变化.由于油页岩在干馏炉内的堆积特性，将油页岩区域设为多孔介质区域[15].满料时，块状页岩之间空隙不均匀，空气进入干馏炉后运动不规则，每一点的速度随机变化着，气体在整个多孔介质腔道内流动状态是湍流.因此，本文采用标准Realizablek-ε湍流模型来模拟干馏炉内的流场分布.2.1 基本方程油页岩热解的CFD模型包含对流动、传热传质以及化学反应过程的描述，其基本方程包括质量、动量、能量的守恒方程[16]；但是本文仅对冷态时，即通入的气体热载体为常温空气时，进行速度场与压力场的分析，不涉及温度的变化，因此只考虑流动过程.干馏炉内的气体流动由质量守恒方程和动量守恒方程来描述.连续性方程的一般形式为(1)式中：Sm为源项.动量方程在惯性坐标系中i方向上的动量守恒方程为(2)式中：p为静压；τij为应力张量；gi、Si为i方向上的重力体积力和外部体积力，Si包含了模型的相关源项.2.2 边界和初始条件多孔介质模型中有粘性阻力和惯性阻力的设定，其中粘性阻力和惯性阻力分别用下式[13]计算：(3)(4)式中：1/η为黏性阻力系数；C2为惯性阻力系数；ε为多孔介质的孔隙率；dp为等比表面积直径；A=150；B=1.75.根据原料堆积特性确定空隙率为0.4，根据油页岩自身密度计算得出其当量直径为20 mm.将布气孔设置为速度入口(Velocity Inlet)，炉内微负压出口为自然出流(Outflow)，入口速度根据总进气流量与进气孔面积、个数可以确定[17].当进气量为5 378m3/h时，其对应的两层布气速度为41.2 m/s，四层满料的入口速度为20.6 m/s，温度为300 K，工作压力为101 325 Pa，各壁面均为无滑移.3 模型验证图4 半径1和半径2处实验值与模拟值的对比曲线本研究对半径为438.18 mm和669.33 mm的八个开孔点的模拟结果与实验结果进行了比较，如图4所示.由图4可知，实验值略低于模拟值，这是由于实验时存在漏气等密闭性问题，但在误差允许范围内，半径438.18 mm和669.33 mm(分别记为半径1和半径2)的八个开孔测点的速度的实验结果和模拟结果在一定程度上比较吻合，由此可以看出本文选取的k-ε湍流模型可以对气体热载体油页岩干馏炉的冷态情况进行模拟预测.4 结果分析4.1 不同布气方式下的速度分布为了更好的确定干馏炉的最佳布气方式，本研究采用两层布气与四层布气进行对比，用Gambit建立了二层布气方式的干馏炉物理模型，与四层布气方式的干馏炉模型唯一不同的是布气的层数，然后通过Fluent数值模拟计算.两层布气和四层布气方式下不同截面的速度分布云图，如图5和图6所示.由图5(a)和图6(a)中x=0 mm截面的速度分布云图可知，无论是哪种布气方式，速度分布大致为：由于接近进气口，在中心进气管各分支的下方，气体流速较快，并且速度由进气口向炉顶递减，但是减小的过程不是很均匀，且炉内速度基本呈轴对称分布.与四层布气相比，两层布气时两层布气管间低速区域明显较大，速度偏小，这是因为料层厚度大，气体向上穿透油页岩时受到页岩的阻挡速度降低，同时降低的速度又得不到及时的补充，将直接影响热态时的干馏效率.图5(b)和图6(b)中z=400 mm截面的速度分布云图，即布气管所在的截面，对比二者发现，速度由中心向边壁处先增大后减小再增大，在相邻布气管之间都出现蓝色的速度较小区域，这是因为布气孔是在布气管的两侧斜向下45°的面上，速度斜向下垂直射入，在纵向上有很大分量，并且气流间扰动比较强烈；但图6(b)中四层布气的低速区域面积相对较大，四层布气的布气管间距小，相邻两层布气管间的气流相互影响的结果.可是四层布气的截面平均流速比两层布气要大，并且速度分布的更加均匀.由图5(c)和图6(c)中z=590 mm截面的速度分布也可以得到证实，四层布气中z=590 mm截面的气体速度虽然由于物料颗粒的阻力有能量损失，不如截面z=400 mm的速度大，但仍然分布得比两层布气更加均匀，速度分布的越均匀将越有利于油页岩干馏.由此可见，四层布气比两层布气更加均匀，更加有利于油页岩干馏.图5 两层布气下不同截面的速度分布图6 四层布气下不同截面的速度分布4.2 结构优化后的速度分布虽然四层布气方式有其较大的优越性，但仍然没有避免与二层共有的缺陷，并且同层的相邻布气管间存在速度极小的区域，为了改善这种趋势，将四层布气的干馏炉结构进行改造，改变沿着半径方向上的布气孔间距，开孔数量和孔径大小仍然不变，改造后的模型数值模拟计算结果如图7所示.对比图6(a)和图7(a)中x=0 mm截面的速度分布发现，优化后最底层布气管下方的速度几乎扩展到炉体底部，且上方的气流区域速度也有所增加；对比图6(b)和图7(b)中z=400 mm截面的速度分布云图可见优化以后，同层布气管相邻分支之间的低速区域明显减小，高速区域增加，截面平均速度有所增大，且速度分布相对均匀，尤其表现在截面z=590 mm上的速度分布.综合优化后三个截面的速度云图可见，速度分布要比优化前对应的三个截面速度分布更为均匀，均匀性的提高将有利于油页岩的干馏，提高干馏效率.图7 优化后不同截面的速度分布5 结论(1)模拟结果与实验结果比较吻合，k-ε湍流模型和多孔介质模型结合的研究方法可以计算气体热载体干馏炉内的速度场，为后期的实验提供了理论指导.(2)由云图分析得到干馏炉四层布气比二层布气更为合理，截面平均速度大，分布更为均匀，有助于提高干馏效率.(3)半径方向上适当的改变孔间距，在中心进气管上合理的开孔，可以明显改善炉内气体分布，使得四层布气方式更为优越，有助于提高干馏炉内反应效率，对以后干馏炉的改造提供了理论依据.参考文献【相关文献】[1] 李术元，钱家麟.世界油页岩开发利用现状及预测——并记2010 年国内外两次油页岩会议[J].中外能源，2011，16(1):8-18.[2] 钱家麟.油页岩——石油的补充能源[M].北京:石油化学出版社，2008.[3] 柏静儒，吴海涛，刘斌，等.基于Aspen Plus的油砂干熘过程模拟[J].东北电力大学学报，2017，37(6)：45-49.[4] 柏静儒，王林涛，张庆燕，等.基于气体热载体干馏及费-托合成工艺的油页岩综合利用系统模与分析[J].石油学报：石油加工，2017，33(3)：521-527.[5] 柏静儒，张庆燕，白章，等.油页岩固体热载体综合利用系统的分析模型[J].东北电力大学学报，2017,37(1)：18-23.[6] 秦宏，张智强，刘洪鹏，等.布气方式对油页岩干馏炉内温度分布的影响[J].化工进展，2015，35(2):343-348.[7] 秦宏，张成，李建坡，等.气体热载体干馏炉内压力降的研究[J].东北电力大学学报，2015,35(1):1-6.[8] 柏静儒，孙灿辉，刘洪鹏，等.油页岩气体热载体干馏炉内布气均匀性的冷态试验[J].科学技术与工程，2016，16(1):83-88.[9] 邓中已，肖睿，金保升，等.加压喷动流化床煤气化数值模拟[J].燃烧科学与技术，2009，15(4):332-338.[10] 车丽娜，王维新，李鹏.上吸式生物质汽化炉的建模和模拟[J].农机化研究，2008(8):55-56.[11] 孙宏宇，董玉平.固定床气化炉中心管配风压力场数值模拟[J].农业机械学报，2011，42(1):117-121.[12] 孙宏宇，董玉平，周淑霞，等.基于Fluent 的固定床生物质气化炉冷态压力场研究[J].农业机械学报，2010，41(11):94-97.[13] M.Nijemeisland，parison of CFD simulations to experiment for convective heat transfer in a gas-solid fixed bed[J].Chemical Engineering Journal，2001，82(1):231-246.[14] D.W.Fausett.Proceedings of the 8th Oil shale symposium[J].Colorado School of Mines，1975，70(3):273-313.[15] Jacob Bear.多孔介质流体动力学[M].李竞生，陈崇希，译.北京:中国建筑工业出版社，1983.[16] S.Ergun.Fluid flow through packed columns[M].Chemical Engineering Progress，1952，48.[17] 韩占忠，王敬，兰小平.FLUENT 流体工程仿真技术实例与应用[M].北京:北京理工大学出版社，2004，3.。

油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性

油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性柏静儒;林卫生;潘朔;王擎【摘要】为研究油页岩低温热解过程中轻质气体的析出特性，在热重-红外-质谱三联机上对国内有代表性的4个地区(FS、HD、MM和NM)油页岩以20℃·min−1的升温速率进行了热解实验研究，考察了H2、H2O、CO、CO2、CH4和CnHm 6种轻质气体的析出速率和累积产量随温度变化的规律。

实验结果表明：油页岩轻质气体析出的温度范围在180～540℃；H2、CH4和CnHm的析出速率曲线大致相似，呈高斯分布，CO和CO2的析出速率则是先缓慢增加随后快速增加，达到最大值后又快速下降，直到析出结束，H2O的析出速率相对比较复杂，油页岩的内水、矿物质的结晶水和热解水在3个阶段析出，析出速率都是先增大，达到最大值而后减小。

%Pyrolysis experiments were conducted on a unit of thermogravimetric-infrared-mass spectrometry at heating rate of 20℃·min−1 to examine the evolution characteristics of light gases from low temperature pyrolysis of oil shale obtained from four locations (FS, HD, MM and NM). The time-resolved light gases including H2, H2O, CO, CO2, CH4 and CnHm were investigated for their release rates and accumulated productions varying with the change of temperature. Light gases evolved at temperatures in the range of 180—540℃. Release rate curves for H2, CH4 and CnHm mainly resembled each other, appearing in Gaussian distribution. Release rate curves for CO and CO2 smoothly increased first and then accelerated sharply. After reaching a maximum the curves dropped quickly till the end of evolution. Change of H2O release rate was complicated. Release rates of internal water, mineral water and pyrolysiswater of oil shale in three stages all increased to a maximum and then leveled off.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】7页(P1104-1110)【关键词】油页岩;热解;轻质气体;析出特性【作者】柏静儒;林卫生;潘朔;王擎【作者单位】东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林省吉林市132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林省吉林市132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林省吉林市132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心，吉林省吉林市132012【正文语种】中文【中图分类】TK16引言油页岩是一种十分重要的石油补充能源，以其巨大的储量和丰富的综合利用层次被列入21世纪重要的接替能源[1]，同时也引起了全世界的关注。

油页岩干酪根表面碳结构分析

油页岩干酪根表面碳结构分析刘奇;王擎;叶江彬;王智超;柏静儒【摘要】XPS was used to study the carbon structure for five oil shale kerogens in different regions,which reveals the forms and distribution of carbon structure in surface structure.The analysis results of XPS were also contrasted with that of 13C NMR in the literature.XPS results indicate that four forms of carbon were found on the surface of all kerogens:C-C/C-H,C-O/C-OH,C=O and O-C=O.The relative content of C-C/C-H was the highest among them,achieving more than 75%.A lower content of C-C/C-H and higher contents of C-O/C-OH and O-C=O appear on the surface of MMK and LKK,which means that the oxidability of sedimentary environment for the two kerogens is stronger than other kerogens.The comparison results show that XPS and 13C NMR both have a good analytical capability for C-C/C-H,while XPS has a stronger ability to analysis the carbon structure with oxygen.%利用XPS技术对我国五个地区油页岩干酪根表面碳结构进行了定性和定量分析,揭示了碳元素在表面结构中的赋存形态和分布特性,并将XPS分析结果与文献中13C NMR分析结果进行了对比.XPS结果表明,五个地区油页岩干酪根表面结构中均存在4种形态的碳:C-C/C-H、C-O/C-OH、C=O和O-C=O.其中,C-C/C-H的相对含量是最高的,达到75%以上.较低含量的C-C/C-H和较高含量的C-O/C-OH和O-C=O出现在MMK和LKK表面,表明二者沉积环境的氧化性要高于其它干酪根.对比结果表明,XPS和13C NMR对干酪根中C-C/C-H均具有较好的分析能力,而在含氧碳官能团的分析上XPS具有更强的解析能力.【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】6页(P12-17)【关键词】干酪根;碳结构;XPS;13CNMR【作者】刘奇;王擎;叶江彬;王智超;柏静儒【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林 132012【正文语种】中文【中图分类】TQ530油页岩又称油母页岩，是一种含有机质(通常约15%-50%)的沉积岩，一般属于高矿物质的腐泥煤，为低热值固体化石燃料，其色浅灰至深褐[1]。

油页岩固体热载体综合利用系统工艺模拟

油页岩固体热载体综合利用系统工艺模拟柏静儒;白章;王擎;贾嘉【摘要】结合循环流化床锅炉构建了一套油页岩固体热载体综合利用系统,以锅炉产生的高温循环灰为油页岩干馏提供热量,并集成燃气-蒸气联合循环和常规蒸气轮机发电机组实现油电联产.利用Aspen Plus软件对所构建的系统进行建模,结合公朗头矿区油页岩样品的物性数据,计算系统的物流参数和发电功率,并探讨了循环灰温度和油页岩干馏比例对系统的影响.结果表明,提高循环灰温度将降低系统的灰岩比,同时有利于提高系统的发电功率,但系统总发电效率会有所下降;增大油页岩干馏比例能提高页岩油的产能,系统能效呈上升趋势,同时也增加了燃气蒸气联合循环机组的发电功率,但系统总发电功率却急剧下降.【期刊名称】《石油学报（石油加工）》【年(卷),期】2014(030)005【总页数】7页(P902-908)【关键词】油页岩;固体热载体;干馏;系统模拟【作者】柏静儒;白章;王擎;贾嘉【作者单位】东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;中国科学院工程热物理研究所,北京100190;东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心,吉林吉林132012;中国大唐集团科学技术研究院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TE662油页岩是一种富含有机质、具有微细层理、可燃烧的细粒沉积岩［1］。

中国的油页岩储量位居世界第4，为7199.37×108t，折合成页岩油达到476.44×108t［2－3］，主要分布于吉林、辽宁、广东等地，其中吉林省油页岩资源最为丰富，保有储量达176.68×108t，部分地区含油率超过7%［4－5］。

预计到2020年，我国的石油对外依存度将超过60%，大力开发利用油页岩资源将对保障国家能源安全和满足国内经济发展需要有着重要意义。

目前常用的油页岩干馏技术采用气体热载体干馏法，如爱沙尼亚Kiviter干馏技术、巴西Petrosix干馏技术和中国的抚顺式干馏技术。

油页岩中几种微量元素的赋存形态

油页岩中几种微量元素的赋存形态柏静儒;王擎;陈艳;李术元【期刊名称】《环境科学学报》【年(卷),期】2008(28)10【摘要】选用桦甸油页岩和汪清油页岩,采用逐级化学提取方法研究了10种微量元素Ba、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Sr、V、Y、Zn等在油页岩中的赋存状态;并采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了页岩及其各提取状态中元素的含量.分析了油页岩中Pb、Cu、Ni、Zn等10种元素的环境化学活动性.研究结果表明:2个矿区页岩中除Ba、Pb、Sr和V这4种元素外,其余元素主要是以硫化物结合态及残渣态存在,这2个状态的质量分数之和为78.96%～97.97%,其中残渣态占据50%以上的比例;残渣态主要为硅酸盐结合态,其化学活性小,对环境的危害性较小,此形态以汪清页岩中的Cr为代表,其质量分数为80.87%;而以Sr为代表的元素在表生条件下很容易被带出油页岩,主要以残渣态以外的形态存在,桦甸页岩中其潜在可淋失率达到了77.67%,对环境的潜在危害性较大.【总页数】5页(P2156-2160)【关键词】油页岩;逐级化学提取;微量元素;活性;潜在淋失率【作者】柏静儒;王擎;陈艳;李术元【作者单位】东北电力大学,能源与机械工程学院;中国石油大学【正文语种】中文【中图分类】X142【相关文献】1.油页岩中微量元素赋存形态的研究 [J], 柏静儒;陈定形;张伟;王擎;李明明2.义马煤中几种微量污染元素的赋存形态研究 [J], 吕海亮;陈皓侃;李文;李保庆3.进口俄罗斯煤炭中有害微量元素的含量分布及赋存形态的研究 [J], 谢萍;杨璐;李晶;姜安华;赵文玲;齐策;王跃佳4.进口蒙古国煤炭中有害微量元素的含量分布及赋存形态 [J], 康菲;王静媛;杨常青;陈海林;蒋钊5.生物质气化发电厂灰渣中微量元素的赋存形态及其析出 [J], 廖翠萍;吴创之;颜涌捷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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2+ 2+ 2+
具有一定的吸附能力。李勇等
［6 ］
［7 ］、苏瞳等和
Shawabkeh 等［8］的研究表明，马弗炉烧制页岩灰经页岩改性后能够提高其对重金属离子的吸附能力，灰
［9 ］
、 Cd
2+
和页岩油厂灰渣
［10 ］
都可以合成沸石并用于吸
等。目前，吸附是最经济、最有效的从废水中脱除重
（ Engineering Research Centre of Ministry of Education for Comprehensive Utilization of Oil Shale， Northeast Dianli University，Jilin 132012 ，China）
Abstract： The kinetics and thermodynamics characteristics of Pb 2 + ，Cu 2 + ，Zn 2 + ，Cd 2 + adsorption onto fly ash from an oil shalefired power plant was investigated using batch adsorption method． The results show that Freundlich equation is more applicable than Langmuir equation． The adsorption process was studied through fitting of the experimental data using the equation of Lagergren pseudofirstorder kinetics ，the pseudosecondorder kinetics ，the Elovich equation ，and the intraparticle diffusion model． All the four equations were found applicable in initial stage of the adsorption． The absorption of Pb 2 + ，Cu 2 + ，Zn 2 + ，Cd 2 + on fly ash from oil shalefired CFB was in accordance of the pseudo2 ndorder reaction kinetics in the entire stage． The absorption characteristics of metal ions on oil shale fly ash is controlled by both film diffusion and particle diffusion． Thermodynamic analysis show that the processes of oil shale fly ash adsorbing Pb 2 + ，Cu 2 + ，Zn 2 + ，Cd 2 + are endothermic reaction． Key words： oil shale fly ash； heavy metal ions； adsorption kinetics； thermodynamics 环境中的重金属污染日益引起人们的关注，进入环境的重金属离子最终会通过食物链进入人体，破坏人体正常生理代谢，危害人类健康。当前受关 Cu 、 Zn 注较多的重金属离子主要有 Pb 、并已开展了大量的研究金属离子的方法，
的研究表明，油页岩对 Cu
2+
和 Zn
2+
0713 ；修回日期： 20101018 。收稿日期： 2010基金项目：国家自然科学基金（ 50876018 ）；中国电机工程学会电力青年科技创新项目；吉林省科技发展计划（ 20071116 ）。 4807366 ，Fax： 04324806281 ，Email： rszx@ mail． nedu． edu． cn。联系作者：王擎，Tel： 0432），女，吉林长岭人，副教授，博士。研究方向为油页岩综合利用，Email： bai630@ mail． nedu． edu． cn。作者简介：柏静儒（ 1973-
Kinetics and thermodynamics of adsorption of heavy metal ions onto fly ash from oil shale
BAI Jingru，WANG Qing，QIN Hong，ZHENG Guokuan，YANG Yingjun，GUAN Xiaohui
油页岩飞灰的化学组成 K2 O 3． 04 Na2 O 2． 85
Chemical composition of the oil shale fly ash Al2 O3 7． 90 CaO 5． 70 MgO 1． 65 Others 4． 93
采用荷兰 FEI 公司 Quanta200 扫描电子显微镜对桦甸油页岩飞灰的表面形态进行扫描分析，结果见图 1 。从图 1 可以看出，飞灰颗粒表面的粗糙化程度很高，孔隙发达且存在许多表面龟裂与晶格缺呈絮状结构。这样的表面特征一方面使得吸附陷，剂具有较大的比表面积；另一方面能够提供大量的金属离子空位，具有相当高的过剩自由能，在水溶液中容易形成表面羟基结构，有利于增强吸附剂的吸附能力
定时间后，取出吸附液在 LXJⅡ型离心机中以 2 000 r / min 离心分离 10 min 后取上清液，用 AA7003 型原 Zn、 Cd、 Pb 的波长分别为子吸收光谱仪（其中 Cu、
380
燃
料
化
学
学
报
第 39 卷
324． 8 nm、 213． 9 nm、 228． 8 nm、 283． 3 nm）测定上清液 2+ 2+ 2+ 2+ Cu 、 Zn 、 Cd 的残留浓度，中 Pb 、实验过程均
－3 带平行及空白。饱和吸附量 q e （ 10 ）为 q e = V（ C o － C e ） / m。式中， V 为金属离子溶液体积
第 39 卷第 5 期 2011 年 5 月
燃料化学学报 Journal of Fuel Chemistry and Technology
Vol． 39 No． 5 May 2011
2409 （ 2011 ） 05037807 文章编号： 0253-
油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学
· 7H2 O 配制 Pb2 + 、 Cu2 + 、 Zn2 + 、 Cd2 + 的标准溶液及重
图1 Figure 1 油页岩飞灰扫描电镜照片 SEM photos of oil shale fly ash
利用 Micrommeritics 公司 Gemini2380 全自动表面测定仪测定了油页岩飞灰的比表面积和孔结构参数，在相对压力 p / p0 为 0． 050 ～ 0． 986 所得的吸附、 Emmett- Teller 脱附等温线见图 2 。采用 Brunnauer-
［1 ～ 4 ］
附废水中的重金属离子。由此可见，油页岩及油页岩炼油灰渣都能吸附重金属离子，这为绿色油页岩工业的发展提供了新的思路。循环流化床燃烧是油页岩及干馏半焦的一种高效、清洁利用方式页岩资源综合利用的一个重要环节。本实验以吉林省桦甸油页岩示范电厂 65 t / h 循环流化床锅炉的飞灰作为吸附剂，通过其对重金属
［11 ］
。油
页岩作为重要的油气替代资源化石燃料，主要利用方式是燃烧发电和干馏炼油，这两种方式都产生大量的灰渣废弃物，不仅占用了耕地，而且容易造成环境污染，合理利用已经成为储量巨大的油页岩资源开发利用过程中控制污染、保护环境的重要课题。 AlAsheh 等
［5 ］
，燃
油页岩电厂飞灰的合理利用已经成为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ量巨大的油
98． 5% 、入炉燃烧油页岩粒径0mm ～ 10mm ，烟气采
表1 Table 1 Constituent Content w / % SiO2 53． 20 Fe2 O3 20． 73
用布袋除尘。桦甸油页岩飞灰样品的平均密度为 2． 236 g / cm3 。飞灰粒径分布测试实验结果表明，飞灰颗粒粒径大于 0． 154 mm 的颗粒为 33． 99% 、粒径 0． 076 mm ～ 0． 154 mm 57． 49% 、的颗粒为粒径小为于 0． 076 mm 的颗粒仅占总量的 8． 52% 。对所采飞灰样品筛分粒径 0． 076 mm ～ 0． 154 mm，并在 105 ℃ 下干燥 3 h 后缩分多份样品备用。实验采用原子吸收光谱仪和原子吸收分光光其结果见表 1 。飞灰主度计测定油页岩飞灰组成， Si 、 Al 、 Fe 、 Ca ， Mg、 K、 Na 要成分为并含有少量的 S、 CaO 的质量分数小及其他痕量元素。由表 1 可见， Fe2 O3 和 Al2 O3 的质量分数超过于 10% ，而 SiO2 、 70% ，该油页岩飞灰属于 F 类。
第5 期
柏静儒等：油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学
2+
379
离子 Pb
、 Cu2 + 、 Zn2 + 、 Cd2 + 的吸附动力学及吸附热
力学特性研究，探讨重金属离子在油页岩飞灰中的吸附机理，建立适宜的动力学模型，以期为油页岩综合利用及绿色油页岩工业的发展提供科学依据。