[发明专利]低温等离子体甲烷活化与油页岩热解耦合的方法及装置

说明书

本发明涉及一种低温等离子体甲烷活化与油页岩热解耦合的方法及装置，该方法是采用介质阻挡放电低温等离子体甲烷活化反应为油页岩的热解反应提供氢源进行热解，且氢源包括氢气和富氢自由基(·H、·OH、·CH₃、·CH₂、·CH)；采用本发明的方法进行油页岩的热解，能够提高页岩油的产率及品质。该装置包括石英管反应器、高压电极和外电极，石英管反应器中设环形放电间隙和原料区，石英管反应器整体放置于加热炉中；该装置中既可以对甲烷低温等离子体活化反应过程进行催化，也可以对油页岩热解反应过程进行催化，还可以对油页岩热解生成的产物进行加氢精制，可以根据要求灵活变换，更具有普适性。

技术领域

本发明属于能源技术领域，涉及一种低温等离子体甲烷活化与油页岩热解耦合的方法及装置。

背景技术

油页岩热解能够产生高氢/碳原子比的油及其它用途广泛的产物，可是油页岩中有机碳转化率低，页岩油产率不高，且含有较多的不饱和烃以及氮、硫、氧等非烃类化合物。油页岩的热解，有机碳一般有三个去向：油、气以及残留的半焦。通过抑制有机质的裂解反应转化为气相挥发分和缩聚反应形成固体半焦，就可以提髙液相产物收率。而油页岩中有机质属于复杂的高分子化合物，其分子中存在次甲基键、酸键以及芳香碳-碳键等多种键。热解时，这些键先断裂，形成自由基团。这种自由基团极不稳定，能和氢或其他自由基之间再结合达到稳定。和氢反应生成的产物分子量小，易扩散离开油页岩颗粒，而和自由基反应生成的产物通常分子量较大，大多滞留在固体内形成半焦。因此，为提髙挥发份产率，加氢稳定自由基是首选方法。

甲烷干重整比蒸汽重整、部分氧化重整和自热重整等甲烷重整手段具有更多的优点：(1)作为原料的甲烷和二氧化碳来源广泛；(2)变废为宝，同时利用温室气体CH₄和CO₂制取氢气，缓解两者引起的温室效应，减轻大气环境污染；(3)相比于湿重整和部分氧化重整，它可节省一半左右的甲烷；(4)其产生的合成气中H₂/CO体积比≤1，特别适合作为羰基合成及费托合成的原料；(5)甲烷干重整反应是具有较大反应热的可逆反应，可以作为能量存储和传输介质。虽然甲烷干重整具有明显的经济效益和环境效益，但甲烷干重整需要高温高压的反应条件，其反应最佳温度区间要高于油页岩热解反应的最佳温度区间，两个反应的耦合效果不佳，导致反应工艺复杂、且达不到最佳的耦合效果。

目前，并未有一种好的方法能够提高油页岩热解产物的产率及品质。因此，研究一种工艺简单、产率高、品质好的油页岩热解的方法及装置具有十分重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种低温等离子体甲烷活化与油页岩热解耦合的方法及装置。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

一种低温等离子体甲烷活化与油页岩热解耦合的方法，采用介质阻挡放电低温等离子体甲烷活化反应为油页岩的热解反应提供氢源进行热解；

氢源包括氢气和富氢自由基；

富氢自由基为·H、·OH、·CH₃、·CH₂、·CH。

富氢自由基可与油页岩热解自由基接触，提高油页岩热解自由基的稳定速率和效率，避免油页岩热解自由基之间的缩合，提高热解产物产率。

作为优选的技术方案如下：

如上所述的一种低温等离子体甲烷活化与油页岩热解耦合的方法，热解反应的产物还进行加氢精制，加氢精制的氢源由介质阻挡放电低温等离子体甲烷活化反应提供，达到增量提质的效果。