含油鉆屑的熱解特性研究.pdf

1、由于油基鉆井液有非常好的冷卻和潤滑效果，在頁巖氣開采過程中被廣泛使用，因此產(chǎn)生了大量廢棄含油鉆屑。未經(jīng)處理的含油鉆屑被隨意堆置或排放，會破壞生態(tài)環(huán)境、危害人體健康、制約可持續(xù)發(fā)展，對于如何將含油鉆屑實現(xiàn)資源化利用也逐步得到重視與發(fā)展。
　　熱解技術(shù)有著高處理效率、二次污染小等優(yōu)點，是實現(xiàn)環(huán)境保護與資源可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一，為發(fā)展含油鉆屑熱解處理工藝，本文主要研究與探討含油鉆屑的熱解特性。
　　1、主要研究了含油鉆屑在不同

2、升溫速率下熱化學(xué)動力學(xué)特性，并采用模型擬合方法和分布活化能兩種方法對含油鉆屑熱解動力學(xué)參數(shù)進行了分析和計算;同時比較了含油鉆屑在不同升溫速率下燃燒和熱解特性以及動力學(xué)參數(shù)差異;
　　2、在固定床管式爐裝置上進行含油鉆屑熱解試驗，考察不同熱解因素對含油鉆屑熱解產(chǎn)物（熱解油、不冷凝氣體以及熱解殘渣三種物質(zhì)）分布的影響，并對熱解產(chǎn)物進行性質(zhì)和成分分析;最后基于熱重實驗與固定床試驗結(jié)果，對含油鉆屑熱解資源化利用提出系統(tǒng)性設(shè)計方案。

3、　　主要結(jié)論如下:
　　(1)升溫速率是影響含油鉆屑熱解的重要參數(shù)。通過熱紅聯(lián)用(TG-FTIR)實驗得知，在溫度20℃～900℃之間，含油鉆屑熱解反應(yīng)總失重率為30.64％。根據(jù)熱重曲線以及熱解產(chǎn)物分析結(jié)果，含油鉆屑熱解過程可分為四個階段:干燥脫氣，輕質(zhì)油熱解，重質(zhì)油分解，礦物質(zhì)裂解。
　　(2)采用模型擬合方法對不同升溫速率下的含油鉆屑有機物質(zhì)熱解動力學(xué)進行了計算，發(fā)現(xiàn)含油鉆屑有機物質(zhì)熱解活化能變化區(qū)間為94.08kJ/

4、mol～98.49kJ/mol;采用分布活化能方法結(jié)果發(fā)現(xiàn)，活化能范圍為79.21kJ/mol～106.59kJ/mol，活化能隨著失重率的增加持續(xù)減少。
　　(3)對比含油鉆屑燃燒與熱解兩種不同熱化學(xué)過程。含油鉆屑燃燒過程的總失重大于含油鉆屑熱解過程總失重，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含油鉆屑燃燒過程中活化能在79.83kJ/mol～112.55kJ/mol之間，大于熱解過程中的活化能，燃燒過程中的活化能隨著失重率的增加先逐漸升高再呈下降趨勢

5、。
　　(4)固定床管式爐的試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱解溫度與熱解時間是含油鉆屑熱解產(chǎn)物分布規(guī)律的主要影響因素。在熱解溫度550℃條件下，含油鉆屑最佳熱解時間為80min，熱解過程中的熱解油回收率最高，為65％左右;對于不冷凝氣產(chǎn)率而言，提高載氣量降低了熱解氣爐內(nèi)停留時間，減少二次裂解的可能性，促使不冷凝氣產(chǎn)率降低;添加劑的使用扮演了催化功效，促進熱解氣裂解，提高不冷凝氣產(chǎn)率;在不同的熱解條件下，熱解殘渣含量維持穩(wěn)定。
　　(5)不冷

6、凝氣組成主要包括CO、CO2、H2、CH4和CxHy(C2H4、C2H6、C3H6、C3H8)，熱解溫度550℃下的不冷凝氣體熱值為0.46MJ/m3;對于熱解油而言，熱解溫度在350℃～550℃之間的回收油成分與含油鉆屑提取油相似，可以再次作為油基鉆井液循環(huán)使用;對熱解殘渣而言，溫度550℃的熱解殘渣中油含量為0.28％，重金屬含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足排放要求。
　　(6)基于含油鉆屑熱重分析熱解過程與固定床試驗結(jié)果，本文設(shè)計含油