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油砂熱解過程的三個(gè)階段

2022-10-31

油砂熱解反應(yīng)可以看作一定溫度下熱不穩(wěn)定物質(zhì)發(fā)生蒸發(fā)、裂解、縮聚等變化,受相變及化學(xué)反應(yīng)活化能等約束,反應(yīng)過程及產(chǎn)物分布很大程度上由溫度決定。隨著反應(yīng)溫度的升高,一般認(rèn)為油砂熱解過程分為三個(gè)階段:

1、低溫階段80~150℃,主要是油砂的脫水過程,同時(shí)伴隨少量吸附在油砂表面的有機(jī)氣體逸出和較弱化學(xué)鍵的斷開。

2、隨著反應(yīng)溫度升高到150~600℃,進(jìn)入熱解反應(yīng)的主要階段,油砂中有機(jī)物在此階段大量析出。在較低溫度區(qū)間主要為油砂瀝青質(zhì)中游離相的脫附,此后部分大分子側(cè)鏈及橋鍵斷裂形成碎片自由基,自由基進(jìn)一步反應(yīng)或穩(wěn)定下來形成小分子有機(jī)物,以氣態(tài)形式逸出,經(jīng)冷卻后分離為液態(tài)和氣態(tài)產(chǎn)品。

3、溫度>600℃,有機(jī)揮發(fā)物的逸出量明顯減少,半焦中稠環(huán)芳烴進(jìn)一步脫氫、縮聚及重排,油砂中的礦物質(zhì)分解產(chǎn)生大量無機(jī)氣體。

上述三個(gè)過程只是對(duì)油砂熱解過程做了一個(gè)大體的描述,具體溫度范圍因油砂組成的不同而有所差異。此外,利菲爾特商丘分公司研究了不同熱解溫度下油砂熱解產(chǎn)品產(chǎn)率,從而判斷油砂瀝青的熱裂解程度。根據(jù)操作條件及樣品組成,不同油砂在某一溫度下裂解程度有所差異。對(duì)于慢速的熱解來說,300℃以下油砂瀝青質(zhì)無明顯裂解;300~400℃會(huì)有一些有機(jī)物逸出,但是逸出量較少,裂解程度最強(qiáng)出現(xiàn)在450℃左右;當(dāng)溫度大于550℃,可被冷凝的產(chǎn)品明顯減少。除了反應(yīng)過程,傳熱傳質(zhì)過程也會(huì)影響熱解產(chǎn)物的分布。對(duì)比了眾多油砂瀝青熱裂解過程,將熱解產(chǎn)物快速的從固相導(dǎo)出,便能獲得較高的氣液產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率,減少焦的生成。

總的來說,油砂(瀝青)的熱解是非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程,不同產(chǎn)地的油砂因其物理化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異也會(huì)有所不同,但對(duì)油砂熱解行為及產(chǎn)物釋放規(guī)律的研究有助于理解油砂熱分解過程。

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