提高油页岩热解油产率的方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种提高油页岩热解油产率的方法及设备，属于油页岩热解技术领域。所述方法利用超临界水携带碱金属催化剂进入到油页岩的孔隙结构中，同时注入超临界CO2热解油页岩。超临界CO2的溶剂化作用减小相间传质阻力，且超临界CO2与超临界水起到协同作用，加快传热和传质速率，促进油页岩的热解；超临界CO2的驱替作用促进热解油的及时排出；超临界CO2亦可提高碱金属催化剂的稳定性，从而达到提高油页岩热解油产率的目的。本发明专利技术解决了油页岩热解过程中由于油页岩灰分大而导致热解产物排出困难造成的油产率低的问题。排出困难造成的油产率低的问题。排出困难造成的油产率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
提高油页岩热解油产率的方法及设备


[0001]本专利技术属于油页岩热解
，具体而言，涉及一种提高油页岩热解油产率的方法及设备。

技术介绍

[0002]油页岩是非常规资源里最重要的一种，储量巨大，热解油品质较好，可作为石油的补充能源，并且对油页岩的开采利用已取得了从“地面干馏”到“地下原位开采”的变革型突破，故实现油页岩的高效开采利用有利于满足我国能源需求、缓解对石油进口的依赖。
[0003]由于油页岩灰分大，页岩储层的孔隙大小一般在微纳米级别，以纳米级的孔隙居多，渗透率低，这就使得流体在其中流动困难，流体在储层中流动受到很大的阻碍，压力难以较快的传导。
[0004]CO2化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好，超临界CO2具有价格便宜、纯度高、容易获得的特点。超临界CO2具有在高于临界温度Tc = 30.26℃，压力高于临界压力Pc =7.39MPa的状态下，性质会发生变化，其密度接近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有惊人的溶解能力。在油页岩的热解过程中，通入的超临界CO2可具有高的扩散性，可以增大传质速率，且因其溶剂化作用对有机物有高的溶解性，可以使反应变为均相反应，消除相间传质阻力，增大反应速率，也可以降低反应发生的活化能。超临界CO2的驱替作用也可以促进油页岩产物的及时排出。
[0005]碱金属对油页岩的热解具有催化作用，可以促进油页岩干酪根中杂原子键的断裂和芳香族结构的加氢反应，同时抑制干酪根的缩聚反应，还可以有效促进残余沥青和碳酸盐矿物的分解并破坏油页岩中矿物的结构，产生更多的传热、传质通道，从而提高沥青产物的运移速率，促进热解油更快更好得排出。但碱金属在催化油页岩热解的过程中由于反应的高温条件易挥发，稳定性不好。
[0006]现今油页岩的催化热解、油页岩在超临界CO2、油页岩在亚临界水气氛下的热解的研究较多，催化热解条件虽然降低了油页岩的热解，但油气不易产出导致油产率较低；超临界CO2和超临界水气氛下热解产物虽可以较容易的产出，但热解效果不好。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种提高油页岩热解油产率的方法及设备，以解决油页岩热解过程中热解产物排出困难造成的油产率低的问题。
[0008]为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种提高油页岩热解油产率的方法，包括以下步骤：步骤一，将油页岩样品破碎并筛分后置于反应釜中，反应釜抽为真空；步骤二，将带有催化剂的超临界水和超临界CO2同时持续注入反应釜中，反应釜的温度控制为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa，热解反应控制为1～5h；步骤三，反应结束后，将反应釜冷却至室温，收集油页岩热解油。
[0009]进一步地，步骤二中，将催化剂预先溶解于超纯水中，用超临界水制取装置制备为超临界状态，获得步骤二所述的带有催化剂的超临界水，控制所述超临界水温度为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa。
[0010]进一步地，步骤二中，所述超临界CO2的温度控制为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa。
[0011]进一步地，所述超纯水与油页岩样品的质量比为（50～80）：1。
[0012]进一步地，所述超临界CO2与油页岩的质量比为（20～30）：1。
[0013]进一步地，所述催化剂与油页岩样品的质量比为（1～3）：1。
[0014]进一步地，所述催化剂为Na、K的乙酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硝酸盐中的一种或几种。
[0015]进一步地，所述油页岩样品破碎并筛分为1～10mm。
[0016]根据本专利技术的另一方面，提供一种用于以上所述的提高油页岩热解油产率的方法的设备，包括CO2气瓶、超临界CO2制取装置、超临界水制取装置、反应釜和冰水浴装置；所述CO2气瓶出口端通过管道连接超临界CO2制取装置入口端；超临界CO2制取装置出口端和超临界水制取装置出口端分别通过管道连接反应釜入口端；反应釜的油页岩热解油出口端连接冰水浴装置。
[0017]进一步地，超临界CO2制取装置、超临界水制取装置和反应釜上分别设置有温度表和压力表。
[0018]本专利技术利用超临界水携带碱金属催化剂进入到油页岩的孔隙结构中，同时注入超临界CO2热解油页岩。超临界CO2的溶剂化作用减小相间传质阻力，且超临界CO2与超临界水起到协同作用，加快传热和传质速率，促进油页岩的热解；超临界CO2的驱替作用促进热解油的及时排出；超临界CO2亦可提高碱金属催化剂的稳定性，从而达到提高油页岩热解油产率的目的。
[0019]本专利技术解决了油页岩热解过程中由于油页岩灰分大而导致热解产物排出困难造成的油产率低的问题。
[0020]与现有技术相比，普通干馏油产率为7.5%，采用本专利技术方法可将油页岩热解油的产率达到10%以上。
附图说明
[0021]图1为本专利技术提高油页岩热解油产率的方法的流程图。
[0022]图2为本专利技术提高油页岩热解油产率的方法的实验装置示意图。
[0023]图3为各实施例中所得热解油产率和普通干馏热解油产率提升效果对比柱状图。
[0024]图4为实施例8与对比例1、2所得热解油产率和普通干馏热解油产率提升效果对比柱状图。
[0025]图2中，1
‑
CO2气瓶，2
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质量流量计，3
‑
超临界CO2制取装置，4
‑
温度表，5
‑
压力表，6
‑
超临界水制取装置，7
‑
带有催化剂的超临界水，8
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油页岩样品，9
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反应釜，10
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阀门，11
‑
冷水浴装置。
具体实施方式
[0026]本专利技术一种典型的实施方式提供的提高油页岩热解油产率的方法，整体构思是将
碱金属催化剂的催化作用和超临界流体的溶剂化作用与驱替作用结合起来，降低油页岩热解的活化能，提高热解油产出效率；同时，利用超临界CO2和超临界水的协同作用，以及超临界CO2对催化剂的稳定作用提高油页岩热解油产率。
[0027]步骤一，将油页岩样品破碎并筛分后置于反应釜中，反应釜抽为真空。
[0028]优选地，所述油页岩样品破碎并筛分为1～10mm。
[0029]步骤二，将带有催化剂的超临界水和超临界CO2同时持续注入反应釜中，反应釜的温度控制为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa，热解反应控制为1～5h。
[0030]将催化剂预先溶解于超纯水中，用超临界水制取装置制备为超临界状态，获得步骤二所述的带有催化剂的超临界水，控制所述超临界水温度为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa。所述超临界CO2的温度控制为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa。
[0031]同时通入的超临界水和超临界CO2时二者的温度应相同或相近，且与反应釜的控制温度相同或相近。在反应时间内持续同时通入超临界本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高油页岩热解油产率的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，将油页岩样品破碎并筛分后置于反应釜中，反应釜抽为真空；步骤二，将带有催化剂的超临界水和超临界CO2同时持续注入反应釜中，反应釜的温度控制为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa，热解反应控制为1～5h；步骤三，反应结束后，将反应釜冷却至室温，收集油页岩热解油。2.根据权利要求1所述的提高油页岩热解油产率的方法，其特征在于：步骤二中，将催化剂预先溶解于超纯水中，用超临界水制取装置制备为超临界状态，获得步骤二所述的带有催化剂的超临界水，控制所述超临界水温度为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa。3.根据权利要求2所述的提高油页岩热解油产率的方法，其特征在于：步骤二中，所述超临界CO2的温度控制为450～500℃、压力为22.5～25.0MPa。4.根据权利要求2或3所述的提高油页岩热解油产率的方法，其特征在于：所述超纯水与油页岩样品的质量比为（50～80）：1。5.根据权利要求4所述的提高油页岩热解油产率的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁阳，黄冬蔚，康志勤，曹然，杨栋，赵静，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：