一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法

本发明涉及油气资源开发利用，更具体的说是涉及一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法。

背景技术：

1、中国油页岩地质资源量达7000多亿吨，资源潜力巨大且分布广泛，折合为油页岩油约为400多亿吨，有望成为传统化石能源的接替能源，是缓解油气供需矛盾的重要答案。油页岩是一种未熟的烃源岩，其有机质需通过加热作用，才能转化为油气资源。

2、油页岩加热制取页岩油的过程称为干馏，相应的技术称为干馏技术。因此，突破油页岩开发利用的技术瓶颈，研究高效、经济的油页岩干馏技术将是油页岩成为石油替代能源的关键。

3、此外，油页岩转化后形成的油页岩渣石是一种固体废料，会造成大量的环境污染，也是制约油页岩干馏技术应用的瓶颈之一。

4、因此，如何开发一种既能有效提取油页岩中的页岩油，又能有效处理油页岩渣固体废料的一体化技术是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法。本发明方法采用微波加热技术，既能有效提取油页岩中的页岩油，又能将油页岩热解后的固体废料转变为压裂所用的陶粒支撑剂，从而实现地面油页岩资源的一体化高效利用。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，具体包括以下步骤：

4、(1)将油页岩粉碎成油页岩固体颗粒，然后放入微波加热腔中；

5、(2)采用数值建模，基于油页岩的微波热解效率，优化微波加热油页岩的工程参数；

6、(3)开启微波加热腔中的微波源，收集油页岩微波热解后产生的油气；

7、(4)关闭微波加热腔中的微波源，取出油页岩微波热解后的油页岩固体废料，然后将油页岩固体废料与助烧剂、增强剂、催化剂混合，烘干，研磨，得到球形颗粒；

8、(5)将球形颗粒放入微波加热腔中，再次开启微波加热腔中的微波源，持续辐射并实时监控球形颗粒温度，采用间歇式辐射使球形颗粒维持在低温状态下，并保持一段时间；

9、(6)提高微波加热腔中微波源的加热功率，持续辐射并实时监控球形颗粒温度，采用间歇式辐射使球形颗粒维持在高温状态下，并保持一段时间；

10、(7)关闭微波加热腔中的微波源，待球形颗粒冷却后，得到陶粒支撑剂。

11、进一步，上述步骤(1)中，油页岩固体颗粒的粒径为0.5-2cm。

12、进一步，上述步骤(2)中，优化微波加热油页岩的工程参数具体包括以下步骤：

13、(a)建立微波多模加热腔和油页岩固体颗粒的物理模型；

14、(b)建立油页岩微波热解下所涉及到多物理场方程及其边界条件，包括电磁生热、传热传质、化学反应和产物流动；

15、(c)基于试验测定和文献调研，获取微波加热腔腔体材料与油页岩固体颗粒材料的物理参数；

16、(d)采用有限元方法求解上述物理模型，获得油页岩在微波加热下的电磁场、温度场和浓度场；

17、(e)基于油页岩微波热解产生的油气产量和能量消耗，优化微波加热油页岩的加热功率、加热温度和加热时间。

18、进一步，上述步骤(3)中，微波源的加热功率为500-1000w，加热温度为500-800℃，加热时间为20-60min。

19、进一步，上述步骤(4)中，助烧剂为铝矾土、煤矸石和粉煤灰中的至少一种。

20、进一步，上述步骤(4)中，增强剂为碳化硅、氟化铝和滑石中的至少一种。

21、进一步，上述步骤(4)中，催化剂为锰矿石、镁矿石和白云石中的至少一种。

22、进一步，上述步骤(4)中，球形颗粒中各原料的重量份数为：油页岩固体废料40-70份、助烧剂20-40份、增强剂1-6份和催化剂1-6份。

23、进一步，上述步骤(5)中，微波源的加热功率为400-800w，加热温度为600-900℃，加热时间为30-120min。

24、进一步，上述步骤(6)中，微波源的加热功率为800-1200w，加热温度为1100-1400℃，加热时间为120-240min。

25、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

26、1、本发明提供了一种采用微波加热来一体化处理油页岩资源的方法，一方面，微波加热对油页岩中的有机质干酪根进行热解转化，提取获得页岩油和热解气资源；另一方面，将微波加热处理后油页岩热解残留的固体废料转化为压裂所用的陶粒支撑剂，解决了油页岩热解后剩余大量固废从而污染环境的问题。

27、2、本发明采用微波加热的方式来处理油页岩，在油页岩的微波热解阶段，微波加热能体积式加热油页岩，快速提高油页岩的整体温度，加速油页岩的热解进程，并提高油页岩热解产物的质量。

28、3、本发明采用数值建模的手段建立微波热解下油页岩所处的电磁场、温度场和浓度场，优化了微波加热油页岩的工程参数，提高了微波页岩油页岩的效率。

29、4、本发明采用油页岩微波热解后的固体废料作为陶粒支撑剂的原料，不仅解决了油页岩固体废料的处理问题，并且为陶粒支撑剂的制备提供了一种高效环保的方法。

30、5、油页岩固体废料为固体半焦，是一种微波的强吸收剂，因此本发明采用微波烧结可以大幅度节省陶粒支撑剂烧结所需达到温度的时间，节约了能量的消耗，同时无需再额外加入微波吸收剂。

31、6、本发明在微波烧结工艺中，考虑了中间的保温阶段，可有利于在高温下液相对孔隙的充填，从而提高陶粒支撑剂的致密程度。

32、7、本发明微波加热所提供的电磁场对物料中化学键的断裂和形成具有非热作用，能有效降低发生化学反应所需的能量，进而降低陶粒支撑剂所需的烧结温度，最终降低能量的消耗。

技术特征：

1.一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(1)中，所述油页岩固体颗粒的粒径为0.5-2cm。

3.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述优化微波加热油页岩的工程参数具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(3)中，所述微波源的加热功率为500-1000w，加热温度为500-800℃，加热时间为20-60min。

5.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(4)中，所述助烧剂为铝矾土、煤矸石和粉煤灰中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(4)中，所述增强剂为碳化硅、氟化铝和滑石中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(4)中，所述催化剂为锰矿石、镁矿石和白云石中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(4)中，所述球形颗粒中各原料的重量份数为：油页岩固体废料40-70份、助烧剂20-40份、增强剂1-6份和催化剂1-6份。

9.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(5)中，所述微波源的加热功率为400-800w，加热温度为600-900℃，加热时间为30-120min。

10.根据权利要求1所述的一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，其特征在于，步骤(6)中，所述微波源的加热功率为800-1200w，加热温度为1100-1400℃，加热时间为120-240min。

技术总结本发明公开了一种微波加热油页岩资源的一体化处理方法，具体包括以下步骤：(1)将油页岩粉碎，放入微波加热腔中；(2)优化微波加热油页岩的工程参数；(3)开启微波源，收集油页岩微波热解后产生的油气；(4)关闭微波源，取出油页岩固体废料，与助烧剂、增强剂、催化剂混合，烘干，研磨；(5)放入微波加热腔中，再次开启微波源；(6)提高加热功率；(7)关闭微波源，冷却，得到陶粒支撑剂。本发明方法采用微波加热技术，既能有效提取油页岩中的页岩油，又能将油页岩热解后的固体废料转变为压裂所用的陶粒支撑剂，从而实现地面油页岩资源的一体化高效利用。技术研发人员：朱静怡,石泽俊,易良平,李富涛,杨兆中,李小刚,熊俊雅受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/2/8