超临界甲苯萃取茂名油页岩的工艺条件研究

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随着油价高企和石油资源的逐渐枯竭,油页岩有望成为重要的石油替代能源。油页岩除直接燃烧发电外,最重要的开发利用是提炼页岩油。目前,最普遍的技术是油页岩干馏技术,但其存在炼油工艺复杂、工业成本高、能源转换效率低、油页岩利用率差、页岩油深加工难度大、污染严重等缺点。这使得页岩油作为天然石油补充能源的作用很不明显。因此,寻求低成本、无污染的提炼页岩油新工艺,成为发展油页岩加工利用的重要研究领域。溶剂萃取技术具有选择性高、分离效果好、能耗低等优点,是提取油页岩中有机质的重要方法。广东茂名油页岩矿产储量丰富,岩层较浅,开采安全系数高且成本低,具有良好的开发利用前景。针对国内外研究热点和广东茂名地区油页岩开发利用及相关技术研究相对缺乏的现状,本文以溶剂萃取法为基础,对该地油页岩的萃取工艺条件进行了系统的比较和研究,探讨了各工艺条件对油页岩萃取率的影响,完成的主要工作和相关结论如下:1、对广东省茂名地区油页岩进行了工业分析、元素分析、铝甑分析和灰成分分析,得出油页岩含油率为7%左右,含碳量约为36%,灰分约为65%。因此,茂名油页岩是一种含碳量低、灰分高、发热值低的固体有机可燃矿物岩,属于高灰分低热值燃料,适合就地就近综合利用。2、采用溶剂萃取法,研究了温和条件下茂名油页岩的最佳萃取工艺条件。首先在常压80℃条件下,通过溶剂选择单因素萃取实验,单一溶剂中以甲苯萃取能力最强。其次在该条件下以甲苯为溶剂对矿物粒度、溶剂用量、萃取时间进行单因素萃取实验,获取各因素的最佳水平。然后在单因素实验基础上以甲苯为溶剂选取矿物粒度、溶剂用量、萃取时间三因素进行正交实验。最后得出常压80℃条件下甲苯萃取页岩油的最佳工艺条件为:矿物粒度100目,溶剂用量20mL/g,萃取时间12h,其萃取率为4.26%;矿物粒度对实验结果有显著的影响。3、采用溶剂萃取法,研究了超临界条件下茂名油页岩的最佳萃取工艺条件。在超临界条件下,以甲苯为溶剂,对矿物粒度、保温时间、固液比、升温速率和反应终温五个因素进行了单因素条件实验,得出各单因素的最佳实验条件。通过超临界甲苯溶剂萃取正交实验获得该条件下各因素的最佳处理水平是:油页岩矿物粒度100目,保温时间2h,固液比20:1,升温速率10℃/min,反应终温540℃。萃取率为35.01%。超临界甲苯萃取页岩油正交实验的萃取影响因素分析结果表明,温度是决定萃取率最重要的因素,反应终温对实验结果影响显著,远远大于其他因素。4、油页岩原矿、油页岩萃余残矿的红外光谱分析结果表明:溶剂萃取过程中,溶剂主要是对小分子物质发生作用,从而导致油页岩孔隙结构的变化。萃余残矿与原矿相比,萃余残矿中脂肪族物质以及含氧官能团结构物质明显减少,芳香烃类结构物质有微小变化。5、GC/MS分析结果表明,超临界甲苯具有较好的萃取能力,萃取物主要由脂肪烃和含氧、卤素等杂原子的化合物及少量的芳香族化合物组成,其中脂肪烃含量最多。超临界甲苯萃取产物的物质总类与常压80℃条件相比较,数量上占绝对优势。超临界甲苯溶剂萃取有望成为油页岩洁净转化利用的一种有效途径。
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