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“能源与资源”是人类永恒的主题。油页岩干馏可制取页岩油作为石油的补充能源。目前,国内主要应用抚顺式气体热载体干馏炉炼油技术获取页岩油,技术相对落后,油收率低,且油页岩浪费严重,污染环境,严重影响了油页岩的综合开发利用。因此,掌握油页岩的干馏炼油机理,研发先进的油页岩气体热载体干馏炉是需要重点解决的基础应用性关键问题,也是油页岩综合利用中污染物控制和高效节能的途径。本文以汪清油页岩为研究对象,采用实验研究与理论研究相结合的方法,紧密围绕汪清油页岩热解过程中气体释放特性与热解反应性,利用FLASHCHAIN模型预测热解气体产物的生成规律。深入探究油页岩气体热载体干馏热源——热解气体产物的生成规律,对气体热载体干馏炉内干馏过程进行三维数值模拟,并开发新型气体热载体干馏装置。本文从宏观到微观、从表观到本征全方位研究油页岩热解气体释放机理,并从实验研究到模拟计算和设计开发,最终研发先进的油页岩气体热载体干馏系统并通过工程化验证实验。本文主要工作如下:利用FT-IR及13C-NMR分析汪清油页岩有机结构的官能团与碳骨架结构分布。结合TG-FTIR结果,采用分峰拟合的方法探究汪清油页岩热解过程中热解气体的释放特性。利用TG分析结果研究汪清油页岩不同升温速率的热解特性。运用Friedman法、FWO法和DAEM模型计算油页岩低温热解的动力学参数。研究结果表明:-COOH官能团在200℃以上会分解生成CO2。热解温度超过600℃,碳酸盐裂解继续生成CO2气体,同时伴随有少量CO的析出。对于汪清油页岩热解,FWO法和Friedman法计算的表观活化能随转化率连续变化。两种方法的平均活化能分别为233.71kJ/mol和234.61kJ/mol。综合F检验和量准则检验得出Logistic DAEM模型适合求解汪清油页岩的动力学参数,低温热解活化能为238.67kJ/mol。探究汪清干酪根热解轻质气体的释放规律。结合FLASHCHAIN模型及密度泛函理论预测热解产物的生成特性与反应机理,研究干酪根在不同热解温度主要官能团变化规律,判断热解过程中析出气体的主要来源。研究结果表明:干酪根热解气体产物主要为低碳数烃类,还有少部分为CO2和CO。随着热解的进行,干酪根FT-IR中脂肪烃区域振动强度逐渐减小并最终消失。干酪根热解形成CO的过程,首先是脂基结构结构,其次是羰基结构,最后为醚键结构。无论是脂肪烃还是芳香烃结构,形成CH4的过程都是主要发生分子间H原子的转移,杂原子O有助于油页岩油母质发生热解形成CH4。干酪根分子的烷链支化度呈出先减小后增大又减小趋势,在470℃左右时-CH2-和-CH3的振动吸收峰面积之比最大为7.064。针对气体热载体式干馏过程使用Ansys-Fluent对其进行三维数值模拟,在Fluent中利用多孔介质模型,并采用自定义程序对炉内流动与传热传质过程进行模拟计算。研究结果表明:在固定床内流体流动的模拟研究中,采用以Ergun方程为基础的多孔介质模型和RNG k-□湍流模型能够较好的吻合干馏过程中的传热传质过程,研究结果可为气体热载体干馏炉设计开发提供理论依据。为确保干馏效果,提高气体与颗粒间的接触面积和时间,可在干馏段形成同轴或偏心轴撞击流分布方式的涡流。建立油页岩颗粒物料传热传质模型,预测床内温度、水分和挥发分随时间的变化规律。当进气速度和进气温度分别提升1.5m/s和1 00℃时,干酪根热解反应进程分别加快1600秒和600秒。当进气速度和进气温度分别降低1.5m/s和100℃时,干酪根热解反应进程分别降低1600秒和600秒。此外,在当进气温度分别提升或降低100℃时,热解前期的过程中水分最大蒸发速率则分别提升11.4%或降低24.7%。根据汪清油页岩及干酪根的有机结构及热解气体释放特性分析,以干馏过程数值模拟为基础,开发新型气体热载体干馏系统,并开展了中试实验。研究结果表明:干馏炉供热能力设计符合工艺要求,实际运行时热瓦斯平均供热温度为572℃,干馏炉内恒温段最高温度为520℃至550℃。入炉瓦斯平均温度与干馏炉内最高干馏温度差值为30℃至50℃,干馏炉保温效果较好,干馏炉热损失比较小。新型气体热载体干馏装置实现了干法排焦,半焦中水分为低于2%,可以直接作为循环流化床锅炉的燃料,瓦斯加热炉无积碳结焦问题。试验期间收油率为91.7%,为新型气体热载体干馏炉的工程化与大型化奠定基础。