油页岩是一种含油率在3.5%～18%之间的可燃有机沉积岩,是重要的油气替代化石燃料。其世界总储量的折算热量在化石能源中仅次于煤炭而位列第二。采用低温热解技术,可以从油页岩中提取石油的替代液体燃料——页岩油。目前实现长期商业化运行的低温热解工艺,均以快状的油页岩或煤炭为原料。现代化机械化开采产生的大量油页岩末得不到有效利用而露天堆放,造成了巨大的资源浪费和严重的环境污染。开发油页岩末适用的低温热解技术,既能提供工业亟需的替代液体燃料,又能提高油页岩资源的综合利用率和产品附加值,具有显著的经济效益和环保效应。本研究以现有循环流化床低温热解工艺存在的技术难点为切入点,以提高焦油产率、提高焦油品质、降低焦油含尘量为研究目标,研究了油页岩的基础热解特性、探索了新的低温热解工艺流程、开发了新的关键部件,为油页岩低温热解工艺的应用提供基础数据和设计依据。采用傅里叶变换红外光谱分析仪(FTIR)和热重-红外联用仪(TG-FTIR)分析了油页岩的微观结构和热解过程,结果表明,总脂肪度IHO与干燥无灰基挥发分Vdaf、H/C原子比具有线性关系,均可表示原料的生油潜力；芳香氢与脂肪氢之比Har/Hal与固定碳含量比挥发分FCad/Vad具有较好的相关性；油页岩热稳定性和其变质程度有着一致的趋势；对于油页岩的热解过程,H2气氛有明显的促进作用,CH4、CO和CO2气氛则有不同程度的抑制作用。在公斤级鼓泡床试验台上进行了油页岩末的低温热解试验,结果表明：热解反应的进程、气液固三相产物分布和页岩油品质主要受热解温度影响,受固相停留时间的影响较小；试验范围内,页岩油产品的产率和品质在热解温度550℃、固相停留时间30 min时达到最优值。应用FTIR和曲线拟合方法,对热解产物的表面官能团进行表征,得到各产物来源和基本组成。利用红外光谱叠加性原理将飞灰和页岩油的光谱进行组合并与页岩油中甲苯不容物(TIM)的光谱进行比对,结果表明组合光谱与TIM光谱在各光谱段的峰位和峰形高度上吻合,证实页岩油中甲苯不溶物主要由超细飞灰和重质页岩油结合形成。提出了套管式间接换热的低温热解工艺,并进行了百公斤级油页岩的热解试验。试验结果证实了燃烧炉和热解炉通过套管间接换热工艺的可行性,得到了热解炉的套管内不同流化状态对传热特性的影响规律,但热解炉的套管内物料间传热效率低,限制了该工艺的应用。针对直接换热低温热解工艺流程的关键部件——下返料器,进行了创新设计和试验研究。使用传统机械阀(蝶阀)作为下返料器进行D400中试冷态试验,考察其稳定运行时的操作区间；设计了一种新型一体化返料器,进行了D100小试和D400中试冷态试验,研究了试验条件对循环流率的影响规律和压力分布特性,但该阀受制于自平衡特性较差,难以实际应用。通过对散料流动特性和气动输运阀运行机理分析,提出了新型射流控制固体料阀(固体料阀),设计并应用在D400循环流化床低温热解冷态试验台上,试验验证了固体料阀的可行性。与传统气动阀相比,该阀具有调控性好、料封能力强、逆压工作边界宽等特点。多风管运行时,任意相对位置的风管组运行时其循环流量W等于每根风管单独工作时循环流量Wi之和。单风管运行时,可采用双阀模型描述固体料阀的工作特性,双阀的开度共同决定了固体料阀的输送量。进一步地,建立半经验模型公式定量描述结构参数对固体料阀最大输送量Wmax的影响,拟合理论值与试验值符合良好,最大误差≤300%,为固体料阀进一步放大应用提供了设计指导。