摘要
随着石油资源的日益枯竭，油页岩作为一种理想的替代资源，日益得到重视，而油页岩开发利用过程中的安全问题却鲜有研究。本文针对我国主要产区油页岩的着火特性开展热解及着火动力学、着火规律及其影响因素研究，旨在为安全高效地利用油页岩资源奠定基础。 利用热重法测试了油页岩氮气气氛下的热解特性曲线，得出油页岩热解基本包括失水，有机质分解（挥发分析出）和油页岩半焦矿物质裂解三个阶段。其中，有机质分解为油页岩热解的主要阶段，不同升温速率对应的油页岩总失重率基本一致，挥发分较高的油页岩热解起始温度更小。利用Coats-Redfern法计算得到四种油页岩热解动力学参数值，经分析，油页岩所含挥发分越高，热解开始温度越低，表观活化能越小。反应机理函数符合三维扩散模型。 实验测试了不同堆积厚度四种油页岩粉尘层的最低着火温度。总体显示最低着火温度随粉尘层厚度的增加而降低，同一厚度最低着火温度依次为:抚顺(FS)＞桦甸(HD）＞龙口(LK)＞茂名(MM)。利用化学反应动力学、传热学以及Thomas热自燃理论，建立了稳态条件下粉尘层着火的不对称理论模型，得到了油页岩粉尘层燃烧动力学参数值以及相应厚度粉尘层的临界着火温度。理论值与实验测试结果误差在5％左右，证明了模型的合理性。 利用G-G炉以及最小点火能测试装置分别测试了油页岩粉尘云最低着火温度以及最小点火能。最低着火温度以及最小点火能测试结果依次为:FS＞HD＞LK＞MM，着火规律测试结果与热解起始温度以及粉尘层最低着火温度测试结果变化规律相同。利用化学反应动力学、传热学、Semenov热自燃理论，建立了稳态条件下粉尘云在G-G炉内的均温热自燃理论模型，得到了四种油页岩粉尘云的理论最低着火温度值，理论值与实测值误差在23％以内，高于粉尘层着火温度预测误差，原因为该模型利用了粉尘层着火的动力学参数值，但粉尘云和粉尘层着火机理不完全相同。 本文对油页岩着火的实验和理论分析对于油页岩利用过程中防止粉尘和气体爆炸具有指导意义。
NETL