[發(fā)明專利]低溫等離子體甲烷活化與油頁巖熱解耦合的方法及裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011047386.3 | 申請日： | 2020-09-29 |
| 公開（公告）號： | CN112322317B | 公開（公告）日： | 2022-10-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 石聰;王莎;鄧勝祥;陳斌;沈駿;葉筱;葛翔 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海工程技術(shù)大學(xué) |
| 主分類號： | C10G1/00 | 分類號： | C10G1/00 |
| 代理公司： | 上海統(tǒng)攝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303 | 代理人： | 杜亞 |
| 地址： | 201620 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 低溫 等離子體 甲烷 活化 油頁巖 耦合 方法 裝置 | ||
本發(fā)明涉及一種低溫等離子體甲烷活化與油頁巖熱解耦合的方法及裝置，該方法是采用介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體甲烷活化反應(yīng)為油頁巖的熱解反應(yīng)提供氫源進(jìn)行熱解，且氫源包括氫氣和富氫自由基(·H、·OH、·CH3、·CH2、·CH)；采用本發(fā)明的方法進(jìn)行油頁巖的熱解，能夠提高頁巖油的產(chǎn)率及品質(zhì)。該裝置包括石英管反應(yīng)器、高壓電極和外電極，石英管反應(yīng)器中設(shè)環(huán)形放電間隙和原料區(qū)，石英管反應(yīng)器整體放置于加熱爐中；該裝置中既可以對甲烷低溫等離子體活化反應(yīng)過程進(jìn)行催化，也可以對油頁巖熱解反應(yīng)過程進(jìn)行催化，還可以對油頁巖熱解生成的產(chǎn)物進(jìn)行加氫精制，可以根據(jù)要求靈活變換，更具有普適性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低溫等離子體甲烷活化與油頁巖熱解耦合的方法及裝置。
背景技術(shù)
油頁巖熱解能夠產(chǎn)生高氫/碳原子比的油及其它用途廣泛的產(chǎn)物，可是油頁巖中有機(jī)碳轉(zhuǎn)化率低，頁巖油產(chǎn)率不高，且含有較多的不飽和烴以及氮、硫、氧等非烴類化合物。油頁巖的熱解，有機(jī)碳一般有三個(gè)去向：油、氣以及殘留的半焦。通過抑制有機(jī)質(zhì)的裂解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣相揮發(fā)分和縮聚反應(yīng)形成固體半焦，就可以提髙液相產(chǎn)物收率。而油頁巖中有機(jī)質(zhì)屬于復(fù)雜的高分子化合物，其分子中存在次甲基鍵、酸鍵以及芳香碳-碳鍵等多種鍵。熱解時(shí)，這些鍵先斷裂，形成自由基團(tuán)。這種自由基團(tuán)極不穩(wěn)定，能和氫或其他自由基之間再結(jié)合達(dá)到穩(wěn)定。和氫反應(yīng)生成的產(chǎn)物分子量小，易擴(kuò)散離開油頁巖顆粒，而和自由基反應(yīng)生成的產(chǎn)物通常分子量較大，大多滯留在固體內(nèi)形成半焦。因此，為提髙揮發(fā)份產(chǎn)率，加氫穩(wěn)定自由基是首選方法。
甲烷干重整比蒸汽重整、部分氧化重整和自熱重整等甲烷重整手段具有更多的優(yōu)點(diǎn)：(1)作為原料的甲烷和二氧化碳來源廣泛；(2)變廢為寶，同時(shí)利用溫室氣體CH4和CO2制取氫氣，緩解兩者引起的溫室效應(yīng)，減輕大氣環(huán)境污染；(3)相比于濕重整和部分氧化重整，它可節(jié)省一半左右的甲烷；(4)其產(chǎn)生的合成氣中H2/CO體積比≤1，特別適合作為羰基合成及費(fèi)托合成的原料；(5)甲烷干重整反應(yīng)是具有較大反應(yīng)熱的可逆反應(yīng)，可以作為能量存儲和傳輸介質(zhì)。雖然甲烷干重整具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，但甲烷干重整需要高溫高壓的反應(yīng)條件，其反應(yīng)最佳溫度區(qū)間要高于油頁巖熱解反應(yīng)的最佳溫度區(qū)間，兩個(gè)反應(yīng)的耦合效果不佳，導(dǎo)致反應(yīng)工藝復(fù)雜、且達(dá)不到最佳的耦合效果。
目前，并未有一種好的方法能夠提高油頁巖熱解產(chǎn)物的產(chǎn)率及品質(zhì)。因此，研究一種工藝簡單、產(chǎn)率高、品質(zhì)好的油頁巖熱解的方法及裝置具有十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種低溫等離子體甲烷活化與油頁巖熱解耦合的方法及裝置。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的方案如下：
一種低溫等離子體甲烷活化與油頁巖熱解耦合的方法，采用介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體甲烷活化反應(yīng)為油頁巖的熱解反應(yīng)提供氫源進(jìn)行熱解；
氫源包括氫氣和富氫自由基；
富氫自由基為·H、·OH、·CH3、·CH2、·CH。
富氫自由基可與油頁巖熱解自由基接觸，提高油頁巖熱解自由基的穩(wěn)定速率和效率，避免油頁巖熱解自由基之間的縮合，提高熱解產(chǎn)物產(chǎn)率。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案如下：
如上所述的一種低溫等離子體甲烷活化與油頁巖熱解耦合的方法，熱解反應(yīng)的產(chǎn)物還進(jìn)行加氫精制，加氫精制的氫源由介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體甲烷活化反應(yīng)提供，達(dá)到增量提質(zhì)的效果。
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