油页岩是一种储量巨大的非常规能源，通过低温干馏可以制取碳氢比类似于石油的页岩油和可供燃烧的热解气，是最有潜力的石油补充能源之一。本文以我国新疆吉木萨尔地区油页岩干馏开发为背景，首先通过实验分析系统研究了油页岩的热解特性，为该地区油页岩的干馏开发提供理论基础;然后在此基础上对全循环油页岩干馏炉进行了物理和数值模拟研究，以探明全循环油页岩干馏炉内的流动、传热及热解反应过程;最后提出了一种外热式油页岩干馏炉并进行了数值模拟研究，以探索更为节水的油页岩干馏技术，为我国油页岩干馏利用提供新的研究思路。　　采用热重-质谱联用分析仪、固体核磁共振谱分析仪、红外光谱分析仪等设备，探究了油页岩主要热解产物的生成过程和油页岩热解机理;计算了油页岩热解动力学并确定了其热解反应机理函数;测定了油页岩的化学结构和物理性质等在热解反应过程中的演变过程。研究结果表明，吉木萨尔油页岩干酪根属于Ⅰ型干酪根;其在室温-350℃内的反应主要为游离水和粘土矿物结晶水受热析出、干酪根软化和分子重组;在350-550℃内的反应主要为干酪根中的脂肪碳结构热解生成碳氢化合物(CnHm)、H2、H2O、COx、H2S和SO2等，以及有机质中的芳碳结构缩合生成固定碳;在550℃以上的反应主要为矿物质热解、固定碳二次裂解生成CH4等小分子气体以及黄铁矿与有机质反应生成H2S和SO2。随着油页岩游离水的析出以及热解反应的进行，热解反应活化能逐渐增大，油页岩的官能团结构以及导热系数、比热容、热扩散系数等物理化学性质也发生较大的改变。　　采用铝甑、自主搭建的油页岩热解实验台以及气相色谱质谱联用仪等设备，对不同尺寸范围(6-20、20-30、30-50、50-55mm)块状油页岩的产油产气特性进行了研究，重点分析了热解气中烃类气体的分布规律和页岩油中主要组分分布、化合物碳链长度、元素含量等的变化规律。研究结果表明，油页岩的最佳产油温度为520-550℃;块状油页岩热解过程中烃类气体的生成过程有450℃和550℃两个波峰，其中第一个波峰为有机质热解时直接生成轻质气体，第二个波峰为半焦中的固定碳以及残存的页岩油发生二次反应生成轻质气体;页岩油中有机化合物碳原子数分布范围为C6-C44，主要成分为脂肪烃（烷烃和烯烃），约占总量的70-90％，芳香族化合物和杂原子化合物的含量相对较少;页岩油的C、H元素含量和H/C原子比与国内原油相比较低，而N、S、O含量则相对较高。热解温度和油页岩尺寸影响了热解产物在逸出过程中的二次反应程度，从而导致热解气和页岩油组分发生一定的规律性变化。　　根据相似原理搭建了全循环油页岩干馏炉冷态物理模型（相似比为1∶5），基于dual mesh理论建立了全循环油页岩干馏炉气固流动、传热与热解反应耦合数学模型。通过物理模拟、数值模拟及现场测试，探明了全循环干馏炉内油页岩和干馏气的流动规律、温度分布规律以及油页岩热解生成气态热解产物和半焦的反应过程。研究结果表明，虽然全循环干馏炉内热循环干馏气的偏流现象以及油页岩在炉膛中心流速较大的流动规律带来了炉内温度分布不均匀的问题，但全循环干馏炉可以较好的对炉内的油页岩进行加热干馏，炉底吹入的冷循环干馏气可以较好的对高温半焦进行冷却并回收利用半焦余热;干馏炉干馏效率、油页岩干馏终温、半焦出炉温度和气体出炉温度等均达到设计要求。在此基础上，通过模拟研究，优化了全循环干馏炉的热循环干馏气进气结构和管道系统，探明了油页岩尺寸对干馏炉内热工过程的影响。　　基于焦炉工艺和油页岩干馏特点，提出了一种外热式油页岩干馏炉;并通过建立外热式干馏炉气固流动、传热与热解反应耦合数学模型，研究得到了外热式干馏炉内油页岩和干馏气的流动规律、温度分布规律以及油页岩的热解反应过程。研究结果表明，该外热式油页岩干馏炉可以较好的对油页岩进行加热干馏，采用4孔干馏室时单炉处理量为300t/d;油页岩在下落过程中从壁面附近向干馏室中心部位逐渐热解，在干馏段底部热解完全，平均干馏终温为547.9℃;炉底通入的冷循环干馏气可以较好的回收利用半焦余热，将半焦冷却至403.2℃排出冷却段。对比分析表明，该外热式干馏炉可以通过增加干馏室数量来提高单炉处理量，并且耗煤量和耗水量较少。