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本文利用高压反应釜装置对柳树河及窑街油页岩进行了热压模拟实验研究,考察了饱和去离子水、饱和金属硫酸盐溶液介质条件下,柳树河油页岩的热解特征、热解动力学和热解产物的性质。分别研究了无水、饱和水介质条件下窑街油页岩热解产物半焦孔隙度的变化。所取得的研究成果可为油页岩地下干馏试验提供重要的理论依据。
研究发现,饱和水条件下,油页岩热解首先是热解聚过程,油母质先分解生成热沥青,然后热沥青再分解生成油和气。随着热解温度的升高,页岩油、干馏气产率逐渐增加,热沥青产率先增加后减少(最高值在300℃),与铝甑实验(520℃)相比,达到相同的油页岩转化率,热压模拟实验的热解温度要低约100℃。色谱质谱联用(GC-MS)分析结果表明页岩油、热沥青中主要为酚类、苯类化合物,经分离可得到纯的化学产品。气相色谱分析结果表明干馏气中CO2含量较高,均大于94%,饱和烃含量高于不饱和烃含量。
研究发现,金属离子条件下,Fe、Ni与沥青反应首先生成了金属—沥青络合物,改变了沥青裂解的反应途径,降低了反应的活化能,促进了热解反应的进行。GC-MS分析结果表明页岩油、沥青中的偶数碳烷烃含量高于奇数碳的,这与自然环境下形成的石油组分中奇数贪碳链烷烃较少的现象相符。与热解温度的影响相比较,金属离子的存在对油页岩生烃转化率的影响较小,可忽略不计。
无水干基、饱和水介质条件下,随着热解温度的升高,两种体系热解半焦的真相对密度均逐渐增大、视相对密度均逐渐减小、孔隙率均逐渐增大,相比而言,饱和水介质条件下孔隙率变化幅度较大,此实验条件更有利于半焦孔隙的生成。
对油页岩原位开采进行的热压模拟实验研究结果表明,水介质条件、热解温度、油页岩品位是原位开采产油率的重要影响因素,金属离子、油页岩颗粒大小、矿物质及压力对原位开采产油率影响较小。地下热解技术适用于品位较好、层厚较大的页岩层,此技术的推广仍需进行大量现场试验。