固有碳酸盐和硅酸盐对太姥油页岩热解产物的影响

通过逐级酸洗脱除新疆太姥油页岩中的碳酸盐和硅酸盐矿物,采用铝甑炉对油页岩原样和脱矿样进行热解,分析油气产物的组成性质,基于产物产率和性质考察了固有矿物质对油页岩热解的影响。结果表明,碳酸盐能促进热解生油,且使页岩油中含氮、氧化合物含量增大,硅酸盐则抑制热解生油,并抑制含氧化合物的生成,二者均使页岩油的H/C降低。硅酸盐可促进烷基自由基与氢自由基的结合,使页岩油中烷烃含量升高、烯烃含量降低,且使H₂产率减小,并能催化长链脂肪烃的裂解,使页岩油中长链烃含量降低、短链烃含量升高,且使烃类气体产率增大,而碳酸盐则抑制自由基的结合和长链脂肪烃的裂解。     

固有碳酸盐和硅酸盐对太姥油页岩热解产物的影响

通过逐级酸洗脱除新疆太姥油页岩中的碳酸盐和硅酸盐矿物,采用铝甑炉对油页岩原样和脱矿样进行热解,分析油气产物的组成性质,基于产物产率和性质考察了固有矿物质对油页岩热解的影响。结果表明,碳酸盐能促进热解生油,且使页岩油中含氮、氧化合物含量增大,硅酸盐则抑制热解生油,并抑制含氧化合物的生成,二者均使页岩油的H/C降低。硅酸盐可促进烷基自由基与氢自由基的结合,使页岩油中烷烃含量升高、烯烃含量降低,且使H_2产率减小,并能催化长链脂肪烃的裂解,使页岩油中长链烃含量降低、短链烃含量升高,且使烃类气体产率增大,而碳酸盐则抑制自由基的结合和长链脂肪烃的裂解。     

油页岩热解技术研究进展

针对油页岩热解反应过程复杂,产油率低的问题,进行了油页岩的热解机理和反应过程介绍,探讨了材料特性、炉型种类、催化剂类型、热解温度、加热速率和停留时间对热解转化率的影响及其变化规律。研究发现材料特性影响页岩油产率和品质,粒径尺寸适宜范围在1. 2³ mm;固体干馏炉比气体干馏炉好,其油页岩利用率和油收率最高可达100%;催化剂由于其独特的性质和结构特点能够加速油页岩的热解,增大油页岩热解转化率,提高页岩油产率;此外,热解温度在5203 mm;固体干馏炉比气体干馏炉好,其油页岩利用率和油收率最高可达100%;催化剂由于其独特的性质和结构特点能够加速油页岩的热解,增大油页岩热解转化率,提高页岩油产率;此外,热解温度在520⁵50℃、加热速率在12550℃、加热速率在12¹5℃/min和停留时间在2015℃/min和停留时间在20⁴0 min范围内能够提高页岩油产率,改善页岩油的品质。指出了油页岩热解技术发展趋势,以期为我国非常规、战略接替能源的开发利用提供一定的参考。     

油页岩热解技术研究进展

针对油页岩热解反应过程复杂,产油率低的问题,进行了油页岩的热解机理和反应过程介绍,探讨了材料特性、炉型种类、催化剂类型、热解温度、加热速率和停留时间对热解转化率的影响及其变化规律。研究发现材料特性影响页岩油产率和品质,粒径尺寸适宜范围在1. 2~3 mm;固体干馏炉比气体干馏炉好,其油页岩利用率和油收率最高可达100%;催化剂由于其独特的性质和结构特点能够加速油页岩的热解,增大油页岩热解转化率,提高页岩油产率;此外,热解温度在520~550℃、加热速率在12~15℃/min和停留时间在20~40 min范围内能够提高页岩油产率,改善页岩油的品质。指出了油页岩热解技术发展趋势,以期为我国非常规、战略接替能源的开发利用提供一定的参考。     

全馏分页岩油制取催化裂解原料工艺的研究

油页岩热解过程中,有机质受热分解形成页岩油,页岩油碳氢比类与天然石油相近。我国典型页岩油属性为三高一低,也就是烯烃、蜡含量、氮含量较高;沥青质浓度较低,属于高氮石蜡基油种。对此,笔者将全馏分页岩油作为材料,通过各环节工艺形成催化热解材料,主产品是加氢精致蜡油能够用在后续催化热解装置原料;副产品可以应用在后续加工,对分页岩油制取催化热解原料工作进行简要分析。     

金属氧化物对油页岩热解产物收率及组成分布的影响

通过固定床反应器,对4种金属氧化物(Al_2O_3、MgO、CaO、Fe_2O_3)对油页岩热解所得油、气产率及成分的影响进行了研究。结果显示,碱性CaO对油、水、气、焦产率分布影响较为突出,可提高页岩油与半焦产率,并降低热解气产率;而酸性较强的Al_2O_3可同时提高页岩油、热解气和热解水的产率,有利于促进挥发分的析出;比较而言,MgO和Fe_2O_3的作用相对较弱。4种金属氧化物均可提高热解气中H_2、CH_4和C2的产率;CaO作用下CO_2含量降低,而其他金属氧化物对CO_2的产生有不同程度的促进作用;Fe_2O_3可促进H_2产生;Al_2O_3作用下CH_4含量有所增加。4种金属氧化物均可促进页岩油中芳香烃的产生,并且CaO和MgO两种碱土金属氧化物作用下,短链(C6~C12)烷烃和烯烃含量均增加,而掺混Al_2O_3时页岩油中仅短链(C6~C12)烷烃含量增加。对此机理进行推测认为,碱性CaO和MgO首先与以脂肪酸形式存在的有机质进行酸碱反应,得到脱羧活性更高的羧酸盐,后者脱羧所得中间产物具有生成烷烃或烯烃两条可能路径,同时得到碳酸盐;而在具有Lewis酸特征的Al_2O_3作用下,脱羧产物为CO_2,并同时得到饱和烃产物。     

低阶煤催化热解研究进展及展望

为推动煤催化热解技术的发展,论述了金属类催化剂、负载类催化剂和煤基催化剂的催化机理及其对煤热解转化特性、产物分布的影响。根据催化机理不同,将煤催化热解工艺分为直接催化热解工艺、间接催化热解工艺和热解产物催化热解工艺,并论述了各工艺的研究现状。过渡金属、分子筛可改变低阶煤热解产物分布,提高焦油产率;金属氧化物催化剂可提高热解转化率,调节气体产品分布,提高气相产品收率。液化残渣与褐煤共热解降低了活泼分解阶段的反应活化能,加快了反应速率,提高热解焦油产率,影响气相产物分布。首次提出煤直接液化残渣与煤混合热解所产生的正协同作用也可看成是一种对煤热解的正向催化。     

油页岩催化热解气态产物析出特性

采用气相色谱仪和微量硫分析仪在铝甑干馏炉上考察了不同催化剂作用下油页岩热解干馏气和含硫化合物的析出特点。结果表明:催化热解降低了干馏气的产率,不同催化剂对干馏气组成的影响不同;Ni2O3和环烷酸钴促进氢气的析出,降低了CH4的析出;13X分子筛促进烃类析出,Ni2O3和活性白土降低了烃类的析出。催化剂促进了CO2的析出,但对CO析出的影响较小。与常规热解相比,催化热解促进了油页岩干馏气中含硫化合物的析出,皂土和Mo S2的促进作用最大,总硫析出量比常规热解提高4.58倍和3.95倍;活性白土和环烷酸钴的促进作用较常规热解提高了64.01%和32.95%。     

过渡金属氧化物担载型USY分子筛对神东煤催化热解行为的影响

利用粉-粒流化床热解实验装置,研究了过渡金属氧化物改性的USY分子筛对神东煤热解行为的影响。结果表明:过渡金属氧化物改性后USY分子筛骨架结构未发生变化,酸量变化显著。催化剂对神东煤一次热解挥发分的催化作用明显,半焦收率基本保持在66%左右;在实验所选五种催化剂作用下热解挥发分的脱氧反应都增强,热解气中CO和CO_2的收率明显增加,液体产物收率下降,强酸性导致积碳严重,双金属改性后积碳情况改善。USY分子筛对轻质芳烃的形成具有较高的催化活性,其酸性中心能促进焦油中含氧化合物、稠环芳烃和脂肪烃向萘类芳烃转化,负载WO_3后会抑制焦油中萘类芳烃的生成,NiO引入后催化剂的双金属活性导致此抑制作用更为明显,且NiO的裂解性和脱氢性能会显著增加焦油中脂肪烃的含量和气体中H2的收率。     

单颗粒油页岩热解产物影响因素试验研究

油页岩是我国重要的非常规油气资源,其开发利用对缓解我国能源短缺问题具有重大意义。油页岩灰分高,使油页岩热解过程中气相物质在颗粒内受到的传质阻力较大,影响热解产物的分布。搭建了单颗粒油页岩热解试验台,针对灰层传质阻力对单颗粒油页岩热解特性的影响进行试验研究,对油页岩热解过程提供更本质的理解,为热解模型搭建提供基础,重点探究颗粒粒径、热解温度等因素对热解产物分布的影响,得到不同气体流速、颗粒粒径和热解温度下单颗粒油页岩热解产物的分布。研究发现,气体流速对油页岩颗粒热解产物分布影响不大;随着颗粒粒径增加,热解一次产物在析出颗粒前,发生更多热解二次反应,通过复杂的热解二次反应使部分热解产物重新被固定于半焦中,导致产物中页岩油比例下降、气体比例增加。颗粒粒径越大,在高热解温度下热解二次反应越明显,导致粗颗粒热解产物中页岩油比例随热解温度的升高,呈先升后降的趋势,而细颗粒热解产物中页岩油的比例随着热解温度的增加而增加。     

神木烟煤与桦甸油页岩的共热解特性

采用热重分析仪和固定床反应器研究了神木烟煤和桦甸油页岩的混合共热解特性及协同作用机制. 结果表明,神木煤与桦甸油页岩混合共热解的失重率高于计算值,表明二者在热解和挥发分逸出过程中存在相互作用,促进了挥发分释放,减少了半焦生成. 煤与油页岩的协同作用可增加热解油收率、降低半焦和水收率. 油页岩与煤质量比为1:1时,所得油收率最高,为9.84%,比计算值提高8.8%. 共热解有助于提高轻质油含量和收率,油页岩与煤质量比为1:4时,轻质油含量超过80%,收率约为7.5%,比计算值分别提高了8%和11.2%,表明添加少量油页岩可明显提高热解油品质. 共热解过程中油页岩产生的富氢组分及自由基能抑制煤热解产生的芳香族化合物的聚合反应,促进芳烃向产物油转化,提高热解油的收率和品质.     

金属氧化物对油页岩热解产物收率及组成分布的影响

通过固定床反应器,对4种金属氧化物（Al₂O₃、MgO、CaO、Fe₂O₃）对油页岩热解所得油、气产率及成分的影响进行了研究。结果显示,碱性CaO对油、水、气、焦产率分布影响较为突出,可提高页岩油与半焦产率,并降低热解气产率;而酸性较强的Al₂O₃可同时提高页岩油、热解气和热解水的产率,有利于促进挥发分的析出;比较而言,MgO和Fe₂O₃的作用相对较弱。4种金属氧化物均可提高热解气中H₂、CH₄和C₂的产率;CaO作用下CO₂含量降低,而其他金属氧化物对CO₂的产生有不同程度的促进作用;Fe₂O₃可促进H₂产生;Al₂O₃作用下CH₄含量有所增加。4种金属氧化物均可促进页岩油中芳香烃的产生,并且CaO和MgO两种碱土金属氧化物作用下,短链（C₆~C₁₂）烷烃和烯烃含量均增加,而掺混Al₂O₃时页岩油中仅短链（C₆~C₁₂）烷烃含量增加。对此机理进行推测认为,碱性CaO和MgO首先与以脂肪酸形式存在的有机质进行酸碱反应,得到脱羧活性更高的羧酸盐,后者脱羧所得中间产物具有生成烷烃或烯烃两条可能路径,同时得到碳酸盐;而在具有Lewis酸特征的Al₂O₃作用下,脱羧产物为CO₂,并同时得到饱和烃产物。     

两种金属盐对稻壳热解生物油的影响

利用固定床反应器对稻壳进行热解实验,研究操作条件及金属盐催化剂对稻壳热解生物油的影响规律。结果表明,稻壳单独热解时,在热解终温550℃、升温速率20℃×min~(-1)的条件下,生物油产率最高为53.81%。Na_2CO_3和CaCO_3两种催化剂均能提高生物油的产率和品质,但Na_2CO_3的催化效果优于CaCO_3。随着两种催化剂添加量的增加,生物油产率增加幅度逐渐减小,在Na_2CO_3和CaCO_3添加量为2.5%(wt)时,生物油产率分别可达到60.92%和57.67%。随着Na_2CO_3添加量的提高生物油酸值减小和热值增加的幅度均增大;CaCO_3则使得生物油酸值减小幅度先下降后升高,而热值增加幅度较小。GC-MS对生物油组成进行分析可知,催化剂的添加改变了生物油的组成,促进了生物油中酚类、醇类和芳烃类化合物的生成,抑制了酸类和糖类化合物的产生。     

油页岩热解中间产物的反应特性

对油页岩在不同终温热解所得半焦进行溶剂萃取,得到了热解中间产物(热解沥青)和终产物.采用气相色谱-质谱联用仪分析了热解沥青和页岩油的组成,采用热裂解-气相色谱-质谱联用仪检测了热解沥青的裂解产物,并与热解页岩油进行对比,研究了油页岩热解沥青的反应特性.结果表明,油页岩热解沥青在最快产油阶段生成最多且稳定存在,375℃时收率最大;375~400℃时热解产油速率最大,热解沥青收率下降,表明热解沥青在高温下不稳定,有机质生成中间产物后便转化成终产物.随热解温度升高,热解沥青中轻质组分含量增加.杂原子化合物最先从有机质上断裂进入中间产物,而热解油中烯烃化合物大部分来自有机质直接裂解,来自热解沥青裂解的较少.热解温度升高,热解沥青的裂解产物中烯烃含量增加,且热解沥青中芳香烃的长侧链易通过裂解变短.     

含油污泥在ZSM-5沸石上催化热解产物特性

采用U型固定床管式炉研究了含油污泥在ZSM-5分子筛催化剂上的热解产物特性。发现在450℃下未使用催化剂热解时,GC-MS和GC测得的油泥热解油产物中的主要成分为烷烃和烯烃,芳烃含量较低;气体产物中主要为短链烃类,氢气产量较少。而在ZSM-5分子筛的催化作用下,热解油中芳香烃产量达到88.4%,气体产物中的氢气产量和短链烃类产量均明显增加。研究了400～550℃之间分子筛对含油污泥的催化效果,发现ZSM-5在500℃时催化效果最佳,油相产率达到65.6%,油相中的沥青质和胶质含量较低,芳香烃产量达到90.9%。通过热重和XPS分析发现分子筛上的积炭主要以多环芳烃焦炭的形式存在。     

新疆托里油砂的催化热解

利用固定床热解装置,考察了温度、氢气浓度、催化剂种类及催化剂与油砂的接触方式对新疆托里油砂热解特性和油砂油收率的影响及催化剂对热解反应活化能的影响. 结果表明,在N2气氛下,550℃时,油砂油收率最高,达44.52%(w);热解气氛中H2浓度增加可促进油砂油中饱和分的二次裂解,使油砂油收率减小,烃类气体产率增加,H2浓度为40%(j)时,饱和分含量降至28.96%(w),较纯N2气氛减少25.43%;以2%(w)的NiO, WO3, ZnO和纳米CuO为催化剂,油砂油产率分别增加15.77%, 16.87%, 3.79%和5.62%;金属氧化物催化剂与油砂的接触方式对油砂油收率有较明显的影响,NiO与油砂分层放置时有利于提高油砂油收率及品质,而纳米CuO和WO3更适合与油砂混合热解;ZnO, NiO和纳米CuO可有效降低油砂热解的活化能.     

含油污泥在ZSM-5沸石上催化热解产物特性

采用U型固定床管式炉研究了含油污泥在ZSM-5分子筛催化剂上的热解产物特性。发现在450℃下未使用催化剂热解时,GC-MS和GC测得的油泥热解油产物中的主要成分为烷烃和烯烃,芳烃含量较低;气体产物中主要为短链烃类,氢气产量较少。而在ZSM-5分子筛的催化作用下,热解油中芳香烃产量达到88.4%,气体产物中的氢气产量和短链烃类产量均明显增加。研究了400~550℃之间分子筛对含油污泥的催化效果,发现ZSM-5在500℃时催化效果最佳,油相产率达到65.6%,油相中的沥青质和胶质含量较低,芳香烃产量达到90.9%。通过热重和XPS分析发现分子筛上的积炭主要以多环芳烃焦炭的形式存在。     

桦甸油页岩的微波干馏特性

在自行设计的微波干馏装置上研究了桦甸油页岩、半焦及其混合物在微波场中的升温特性。发现油页岩本身是一种微波弱吸收物质,纯油页岩在微波场中升温能力较差;油页岩热解产物半焦在微波场中升温很快,可以作为油页岩微波干馏的微波吸收剂,将油页岩和半焦的混合物放入微波场中能达到良好的热解效果。实验研究了半焦和油页岩的混合比、微波功率、粒径等因素对微波干馏效果的影响,结果发现,随着半焦比例加大,产油率增加,半焦产率降低;在相同时间内,微波功率越大,产油率和气体损失产率越大,半焦产率降低;油页岩粒径对微波热解影响较小,但当粒径小于0.2mm时实验中出现了较严重的夹带现象。     

微波功率对油页岩热解的影响

对甘肃油页岩进行了微波热解实验研究,考察了油页岩在微波场中的升温特性及功率对页岩油、半焦、干馏气产率和组成的影响。结果表明：在微波场中油页岩干馏终温可达800℃以上;不同功率下干馏气组成不同,在480 W时干馏气中有效组分（H2＋CH4＋CO）达55%以上;随着功率的增大,半焦产率逐渐减小;页岩油产率随功率先增加后减小,在480 W时达到最大值13.5%;而干馏气产率随功率逐渐增大,在480 W时可达10%。     

影响油页岩热解的因素分析

油页岩是一种富含有机质的细粒沉积岩，在我国储量巨大且分布广泛，具有广阔的应用前景。研究油页岩的热解过程，对于提高页岩油品质及产率、优化热解条件有着重要意义。目前虽然进行了大量相关研究，但因热解过程的复杂性以及受到诸多因素不确定性的影响，研究大多还停留在半定性的层面。结合有氧干馏工艺综述了影响油页岩热解因素的研究现状，为进一步开发利用油页岩资源奠定基础。