页岩气油基钻屑与废弃PVC共热解特性研究

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油基钻屑和废弃聚氯乙烯(PVC)都是具有回收价值的固体废物。PVC可以为油基钻屑提供热解氢量,油基钻屑中的Al2O3、Fe2O3、CaO等则可以作为PVC热解脱氯的催化剂。但是二者共热解的研究尚处空白,本文对二者的共热解开展了初步研究。主要结果如下:(1)利用TG-DTG研究了油基钻屑原样和废弃PVC原样以及混合样等三种样品的热解特性。结果表明油基钻屑原样的热解过程大致分为3个阶段,第一阶段为室温300℃,失重5.56%,这一阶段主要发生油基钻屑中的结合水和小分子烃类的析出。第二阶段为300700℃,失重5.91%,这一阶段主要是大分子烃类的析出。第三阶段为700100℃,这一阶段失重速率较大,是因为油基钻屑中的碳酸钙等无机盐在高温下会分解。PVC原样的热解过程大致也分为3个阶段。第一阶段为室温350℃,失重39.71%,这一阶段的热失重主要是由于PVC开始脱氯生成HCl。第二阶段为350520℃,失重率为16.01%,这一阶段主要是PVC中的链断裂并生成部分小分子烃类和多环芳烃。第三阶段为5201000℃,失重率为11.5%,主要是由于PVC中的填料如碳酸钙等的分解。利用Coats-Redfern和Grobatchev积分法对混合样的TG曲线进行动力学拟合,比较发现混合样热解反应的指前因子试验值A1普遍明显高于理论计算值A2,活化能试验值E1均高于理论值E2,PVC的加入对油基钻屑混合样的共热解产生了较大的影响。(2)采用固定床反应器研究了油基钻屑单独热解及其与PVC的混合共热解。试验中以氮气作载气,考察了热解终温(400600℃)、恒温时间(2070min)、升温速率(520℃/min)、混掺比(525%)等因素对混合热解产物分布以及灰渣含油量的影响。发现热解终温和恒温时间的增加,灰渣石油类含量先降低后几乎不变,热解终温对固相残重的比例影响较大;随升温速率的增加,固相残重比例变化不大,灰渣石油类含量先降低后增大;混合样中PVC混掺比越高,固相残重越低,石油类含量先降低后变化不大。混合热解最佳热解条件为550℃、恒温时间60 min、升温速率10℃/min、PVC混掺比20%。(3)对热解产物利用TG-MS、GC-MS、XRD等进行分析发现,PVC的加入使油基钻屑热裂解产物碳氢化合物比例从16.03%提高到49.53%,其中烷烃比例由10.92%提高到24.06%。油基钻屑的热解以及PVC的添加对样品无机物形态没有影响,主要的晶相仍为石英及少量重晶石。400℃、500℃、600℃热解油中总的碳氢化合物的含量分别为52.39%、90.64%、93.50%,即提高热解终温有利于增加碳氢化合物的含量。
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