具有或不具有添加剂的从油页岩拆解法获得的废页岩或灰分作为固体燃料的应用
【技术领域】
[0001] 岩石是构成地球的主要成分。
[0002] 热能据认为是任何工业的支柱及其主要引擎，并且随着发展和文明化，对能量的 需求日益增大，因此，为了面对此种需求，需要大量的能量、清洁能源和合理的价格。
[0003] 固体燃料是具有高热含量(热容量)的固体燃料。
[0004] 本发明由具有高热含量的固体燃料(其称为固体燃料)构成。该固体燃料的主要成 分是从油页岩处理过程或油页岩拆解过程产生的灰分。
[0005] 在传统的低溫下的油页岩拆解过程中，该过程的残渣不能完全不含有机材料。残 留的有机材料的百分比为5%~40%。来自油页岩过程的此种残渣为所谓的废页岩(spent shale)。
[0006] 从高溫油页岩拆解过程获得的残渣趋向于在该处理过程中从油页岩中分离出有 机和无机材料，从而产生被称为从高溫油页岩拆解过程获得的灰分的产物。
[0007] 因此，来自该过程的所得灰分被声称为与废页岩等同，不过具有可忽略的有机材 料百分比。
[000引用于制造固体燃料的灰分可W是废页岩、从高溫油页岩拆解过程获得的灰分、经 处理的废页岩或其任何混合物。
[0009] 可添加有机和无机添加剂材料。根据所需能量的量和应用领域（如熟料 (C1 inker )、水泥的制备等)来确定添加剂的量。
【背景技术】
[0010] 岩石是构成地球的主要成分。矿物是构成岩石的要素。
[0011] 对来自地球表面及其内部不同深度的各种类型岩石的化学分析和经验研究表明， 有限数目的化学元素是地球表面及其内部的不同类型岩石的主要成分，运些元素是： 「00121
[0013」疫些兀素是任巧类型岩々的巧键成分，化d知和饼冗的剩余兀素总计小趙巧地贡 重量的1.5%。氧是最重要的元素，并且其在地壳的岩石中显示出电性质。
[0014] 娃的首要能力是与任何元素结合，如Si化，碳次之，随后是硫和憐，然后是氮。
[0015] 娃酸盐和氧化物是岩石的基本和主要成分，其次是碳酸盐、硫酸盐、憐酸盐或硝酸 ±h rm. O
[0016] 氧作为地壳岩石中的关键成分的重要性体现在:在岩石中发现的晶体化合物中， 元素化、船、]\%、化^6、41和51)看似围绕并连接于氧原子，不过程度较小。
[0017]元素化e、Cl和S)起到氧的作用
[0018] 大多数岩石包含足够的氧来与正性原子量的元素键合，运些化合物被称为金属氧 化物且其百分比总计为100%而不直接规定氧的百分比，娃酸盐岩石的氧化物为：Si〇2、 Al 2〇3、FeO、Fe2〇3、CaO、MgO、胞2〇、K2O、Ti〇2、P2O 日和出 0。
[0019] 碳酸盐岩石规定了C〇2的百分比，硫酸盐岩石规定了S〇2的百分比。
[0020] 构成地壳的岩石由于有效的地质过程经过很长的地质时间而成形。运些过程促成 了一些类型岩石的构建和另一些类型的岩石的毁坏，不过岩石周期从烙融岩石开始至火成 岩、然后至沉积物、随后形成沉积岩、随后或继续形成变质相，其产生变质岩。
[0021] 地面上的岩石暴露于空气、水和冷热气象条件和其他气象作用的影响，运些过程 被称作岩石风化。
[0022] 岩石的化学和矿物组成：
[0023] 岩石的结构始于地下烙体阶段，然后风化因素将其处理为若干类型的岩石，其为：
[0024] 火成岩:运些岩石的结构源自从地下喷发出的岩浆的固化过程。下表显示了火成 岩中的主要氧化物的比率： r00251
L0026J 火成岩由W下主要元素构成：Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、WflO。
[0027] 主要的氧化物是二氧化娃，其百分比为(52.5~73.5)%。
[0028] 沉降：由大气层与地壳的水圈重叠而导致的地质过程。
[0029] 沉积岩：代表5%的地壳岩石，并被认为是由变质岩或火成岩的分裂而产生的产 物，其化学组成不固定，并且其可W处于页岩、砂岩或石灰岩的形式，且页岩、砂岩和石灰岩 分别具有下述比例：1%、3%和16%。 「00301
[0031] 沉积岩的化学组成比率为:页岩、砂岩和石灰岩分别为82%、12%和6%。
[0032] 沉积岩的矿物组成比率为：
[0033]
[0034] 变质岩:来自沉积岩和火成岩中发生的矿物转变的次生岩石，因而其化学组成介 于两者之间。
[0035] 例如，页岩的转变通过下述等式示出：页岩^板岩^千枚岩^云母片岩^片麻岩。
[0036] 金属：由天然无机过程形成的元素，并且在化学组成和所属的晶体结构W及在其 物理、化学性质、光学、电学和磁学特性方面彼此不同。
[0037] 除了晶体材料的制造，晶体化学科学旨在阐明晶体材料的化学组成、内部结构和 天然特性之间的关系。
[0038] 化学键:离子或原子在晶体中借助电力彼此键合，并在出现于盐中时使其为非离 子键。
[0039] 共价键出现在金刚石中，金属键出现在金属中，且范德华键是气体内聚的原因。
[0040] 基于晶体中键的性质，晶体划分为五类，其为：
[0041] 离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体。
[0042] 多型性:元素或化合物可W具有多于一种原子排列，其中，两种类型的相互作用之 间存在区别：
[0043] 1)可逆的:在特定的溫度和压力时出现，例如下述转变：
[0044] 压力（1)溫度867°C
[0045] 石英 <-> 鱗石英
[0046] 2)不可逆的：并不需要一定的压力和溫度
[0047] 白铁矿^黄铁矿
[0048] 为了在由油页岩加工过程所产生的页岩灰分和合适的添加剂(运些是制造固体燃 料(固体燃料)所需的，且可用于多种工业领域)之间实现相容性，需要充足的热能。例如，除 了产生热能W外，电能的产生在450°C~650°C进行，而水泥工业在1450°C进行。
[0049] 必须知晓剩余的固体燃料及其组成、其物理和化学特性的知识（W将其引入至合 适的工业领域中），例如用于水泥中的材料的性质，W及关于水泥的精细组成的知识W平衡 灰分与添加剂，所述灰分和添加剂用于产生固体燃料，运实现所需热能，且残余的固体燃料 是用于多种基础工业的重要原材料。
[0050] 原材料的化学组成为：
[0化1 ]
[0054]为了实现具有极高热含量W及常用水泥的模型组成的固体燃料，需要保持W下标 准：
[0化5] 1.二氧化娃比例
[0056]
……'.................................................................…，'...............................(I)
[0化7] ? Si化的增加生成难W燃烧的熟料。
[0化引 ? Al203和化化的热含量使Si化和CaO联合。
[0059] .在较低般烧水平下，MgO充当液化材料W帮助促进燃烧过程，其增大将导致混凝 ±的球化和品质受损。
[0060] ?在砂和粘±中存在NasO和拉0,其导致形成损耗环，运对烙炉内壁具有有害作用。
[0061] ?易燃烧水泥的含义为需要较少量燃料即可燃烧的水泥。
[0062] ?难燃烧水泥的含义为需要较多量燃料才可燃烧的水泥。
[0063] 2.下式所示的侣铁比（％A1/Fe):
[0064]
..........................................................................掛
[0065] ?当式2所示的比例增大时，燃烧变得更困难。
[0066] .铁具有加快石灰与二氧化娃之间的反应的合乎需要的作用。
[0067] 3.石灰饱和因子化SF):
[0069] ?当SFT增大时，燃烧变得更困难。
[0070] 4.熟料溫度时存在的液体百分比
[0071] 百分比= 1.13C3A+1.35C4Af+Mg0+碱 （4)
[0072] ?高百分比是熟料更易燃烧的指征。
[0073] 5.燃摇能力拾新；(BI):
[0074]
..................................，.一'…巧）
[0075] ?增大BI使得熟料燃烧变得更难。
[0076] ?增大C3S并降低CsA或C4AF使得熟料燃烧变得更难。
[0077] 水泥组成模型：
[0078] 下表显示了水泥组成模型： rnnvQi
[0084] 等式 4)百分比=0.45+2.2+8.8 X 1.35+6.8 X 1.13 [00化]百分比= 22.2 L〇〇8〇」对于显示出水泥的帯见组成的标准的确切值，需要凹到与水泥的帯见组成相关的 前述等式来得到-
[0081 ]等式 1:
[0082] 等式 2:
[0083] 等式 3:
[0086] 等式 5)BI = 2.6-4.5。
[0087] 最佳的E级波特兰水泥要求具有确保W下值的百分比的原材料:二氧化娃比例为 (2.5~3.5)、LSF为(90~95)、液体材料百分比为(20~27) W及BI为(2.6~4.5)。
[0088] 化学组成对BI的影响用来对特定的混合物确定BI;选择具有W下两个表所示的百 分比的两种混合物：
[00891
[0090] 相对燃烧能力的百分比:燃烧能力的百分比通过研究下表中示出的两种混合物的 数据来说巧。
[0091]
[0092] 枯、巧W-Cl巧tr術百、物的岁义化Kl W有壬U，術百、物U;[L術百、物U;巧巧KA抗。女日果为 了不使碱与炉中的气体融合而向混合物中添加石膏，则燃烧区域中的可视度显著减少。
[0093] -些水泥形成反应是可逆的，特别在燃烧区域中，该区域中产生的熟料必须即刻 快速冷却，W避免获得生成低品质产物的此种可逆反应，如下式中所掲示的：
[0094] C3S 巧 CiS + 游离 Ca [00巧]热反应：
[0096] 化合物和分解的热量在量上相等且在方向上相反，另外，该热量取决于劣化化合 物的状态。
[0097] 考虑到形成C3S所需的热量大于形成C2S所需的热量，缓慢冷却将导致形成晶体形 式的C3巧日C4AF。
[0098] 油页岩：
[0099] 油页岩的定义为W不同形式存在的细晶沉积物，例如沉积石灰岩、沉积娃岩石和 沉积粘±岩石。
[0100] 显微研究表明，Mastrecht和始新纪油页岩的基本物质相似，并属于沉积石灰岩、 娃岩石和沉积粘±岩石，其有机结构看上去像独特的或多个捷/细胞，较大的是石灰形式， 较小的是白云石形式，有时为憐酸盐形式。
[0101] 捷/细胞填充有碳酸氨盐材料，其中灰泥(mortar)是由方解石和粘±构成的显微 晶体，其由于碳酸氨盐材料的吸收而呈黄色或栋色，其有时也呈现为白云石或憐酸盐晶体、 石英碎片和含憐节结的形式。
[0102] 油页岩的组分限于下述基本类型：
[0103] .有机材料具有不规则分布;其大部分为与渐青有关的油母质。借助合适的热处 理，可获得页岩气、页岩油和水。
[0104] ?含金属物质包含大比例的碳酸盐，方解石构成较大部分，剩余的为白云石。
[0105] ?碎屑材料是石英、粘±、Wlosbat和憐灰石，W及一些含憐碎片。据认为碎屑材料 和含金属物质是固体燃料的主要成分，并且通过对其进行处理，可获得固体燃料残渣。
[0106] ?当评价油页岩时，需要考虑构成油页岩沉积物的独特元素;运些元素根据其在 油页岩处理残渣中的浓度，包含铁、领、锁、锋、饥、钢和轴，W及可忽略量的有机材料。
[0107] 热能被认为是任何工业的支柱及其主要引擎，并且随着发展和文明化，对能量的 需求日益增大，因此，为了面对此种需求的增长，需要大量的能量、清洁能源和合理的价格。 油页岩可W满足运些