抚顺油页岩干酪根热解反应性分子动力学-量子力学模拟

采用MS（Materials Studio 2017）软件中Forcite模块,对自主构建的抚顺油页岩干酪根二维结构模型进行能量最小化分子动力学模拟,通过能量最优化过程得到干酪根初始优化结构。在此基础上进行分子动力学退火模拟,获得全局能量最优化构型,即油页岩干酪根分子三维结构模型。基于密度泛函理论的量子力学模拟方法,计算分析干酪根三维结构模型的动力学、键能、键级、电荷密度等参数,分析化学活性位点,探讨了干酪根热解微观化学演化机理,进而预测了反应性。     

油页岩颗粒燃烧释放二氧化硫的非催化气—固反应通用模型

本文在考虑油页岩燃烧过程中热解挥发份燃烧产生的火焰能量反馈以及矿物质分解所得碱性氧化物的在自固硫效应这两方面影响，并耦合了辐射、对流和传导三种形式的传及氧气与二氧化硫传质和化学反应动力学的基础上，建立了颗粒油页岩流化床燃烧释放二氧化硫的非稳态渐进扩散反应的通用模型。对所得多变量的偏微分方程组形成了一个有界Ｗｅｇｓｔｅｉｎ数值求解方法，具有收敛快，计算精度高等优点。数值计算表明，对茂名油页岩，热解阶     

金属有机化合物中二级化学键的理论研究(Ⅱ) ——苯环共轭π键与Hg形成的二级化学键

根据实验数据分析,指出在芳基取代烷基汞分子中存在着Hg的空6p_x轨道与苯环共轭π键形成的弱二级化学键。应用分子力学以及MNDO方法对分子进行计算,从理论上证明了上述结论的正确性。     

有机金属化合物中二级化学键的理论研究（V）——二级化学键生成的分子力学

用分子力学方法对一些金属汞化合物进行了探讨和研究，通过与对考体系对比以及内旋转势垒计算的方式，说明了在诸如cis-ClHgCHCHCl(I),o-C6H4HgCL2(IV),Cl-Hg-CH2-CH2-CN(VIIa),Cl-Hg-CH2-CH2-C6H5(XIa)分子中，非相邻的Cl,Hg原子间存在着弱相互作用。     

有机金属化合物中二级化学键的理论研究(V)——二级化学键生成的分子力学研究

用分子力学方法对一些金属汞化合物进行了探讨和研究.通过与参考体系对比以及内旋转势垒计算的方式，说明了在诸如cis-ClHgCHCHCl(Ⅰ)，0-C     

油页岩与煤的混烧特性研究

使用STA409型热综合分析仪进行了桦甸油页岩与高硫合山煤的混烧特性实验研究，得到了油页岩和高硫煤混烧的TG和DTG曲线，分析了不同Ca/S对油页岩和高硫煤混烧特性的影响规律，同时运用Freeman-Carroll法计算得到了不同Ca/S下的油页岩燃烧特性化学反应动力学参数。研究表明，在高硫煤中加入少量的油页岩，高硫煤的燃烧特性有所改善，燃烧特性趋好；油页岩的加入使得高硫煤低温段的燃烧产物初析温度降低，着火温度提前；在高硫煤中加入20%左右的油页岩作为可燃脱硫剂从燃烧角度讲是切实可行的。     

有机金属化合物中二级化学键的理论研究(Ⅴ)──二级化学键生成的分子力学研究

用分子力学方法对一些金属汞化合物进行了探讨和研究.通过与参考体系对比以及内旋转势垒计算的方式,说明了在诸如cis-ClHgCHCHCl(Ⅰ),o-C₆H₄HgCl₂(Ⅵ),Cl_Hg_CH₂_CH₂_CN(Ⅶa),Cl_Hg_CH₂_CH₂_C₆H₅(Ⅺa)分子中,非相邻的Cl,Hg原子间存在着弱相互作用.     

某些镧系化合物化学键特性的INDO研究

本文用INDO方法研究了不同价态镧系化合物的成键性质和4f轨道在成键中的作用,结果表明,镧系化合物的成键受许多因素,如价态、半径、配体、配位数、空间构型等影响。不同配体与镧系元素成键的强度差别较大;高价态的共价性大于低价态的;配位数低的大于配位数高的。某些特殊构型的镧系化合物除σ键外,还形成重叠较好的π配键,使Ln—L键共价性大大增强。4f轨道在成键中的作用比5d的少得多,三价(二价态)的4f轨道基本定域(<0.1％),四价态的4f轨道对成键的贡献明显增大,可接近1％。     

某些镧系化合物化学键特性的INDO研究

本文用INDO方法研究了不同价态镧系化合物的成键性质和4f轨道在成键中的作用,结果表明, 镧系化合物的成键受许多因素, 如价态、半径、配位数、空间构型等影响。不同配体与镧系元素成键的强度差别较大; 高价态的共价性大于低价态的; 配位数低的大于配位数高的。某些特殊构型的镧系化合物除σ键外, 还形成重叠较好的π配键,使Ln-L键共价性大大增强。4f轨道在成键中的作用比5d的少得多, 三价(二价态)的4f轨道基本定域(<0.1%), 四价态的4f轨道对成键的贡献明显增大, 可接近1%。     

油页岩颗粒燃烧释放二氧化硫的非催化气－固反应通用模型

本文在考虑油页岩燃烧过程中热解挥发份燃烧产生的火焰能量反馈以及矿物质分解所得碱性氧化物的自固硫效应这两方面影响，并耦合了辐射、对流和传导三种形式的传热及氧气与二氧化硫传质和化学反应动力学的基础上，建立了颗粒油页岩流化床燃烧释放二氧化硫的非稳态渐进扩散反应的通用模型。对所得多变量的偏微分方程组开发了一个有界Ｗｅｇｓｔｅｉｎ数值求解方法，具有收敛快，计算精度高等优点。数值计算表明，对茂名油页岩，热解阶段的火焰温度比床温高出１２０℃左右，促进了热解析硫的过程；油页岩半焦中氧化钙的自固硫转化率达４０～６０％。     

Effects of acid treatments on Moroccan Tarfaya oil shale and pyrolysis of oil shale and their kerogen

In this study, the kerogen of oil shale from Moroccan Tarfaya deposits was isolated and the changes in the initial organic matter during the removal of the mineral matrix were examined. Chloroform extraction of the oil shale increases the intensity of the peaks in the X-ray diffractograms. Infrared spectra and X-ray diffractograms reveal the presence of mineral, calcite, quartz, kaolinite, and pyrite in the mineral matrix of the oil shale. Hydrochloric and hydrofluoric acids dissolution do not alter the organic matter. The nonisothermal weight loss measurements indicate that thermal decomposition of the isolated kerogen can be described by firstorder reaction. A single kinetic expression is valid over the temperature range of kerogen pyrolysis between 433K and 873K. Furthermore, the results indicate that the removal of mineral matter causes a decrease in the activation energies of the pyrolysis reactions of oil shale.     

干酪根组成结构及其热解生油特性的红外光谱研究

对五种不同地区油页岩中干酪根进行了固体KBr压片红外吸收光谱分析,并通过曲线分峰拟合建立了干酪根中脂肪烃区域结构参数的定量测定方法。利用TG-FTIR联用分析技术对干酪根在20 ℃/min升温速率下热解挥发分析出组分在线定性分析,得到了脂肪烃结构参数随热裂解过程的反应特性及变化规律。研究表明,油页岩中干酪根由脂肪烃结构、芳香烃结构和含氧等官能团三部分组成。脂肪烃结构相对含量为18.5%~78.2%,并均以含长链亚甲基结构为主。随着演化程度的加深,干酪根中脂肪烃含量逐渐减少,生油能力也不断降低。干酪根热分解主要发生在350~520 ℃,520 ℃后热失重现象趋于平缓,在此温度下各样品残余半焦的质量分数为19.5%~52.2%。在线红外分析结果表明,干酪根热裂解过程中先析出游离水,随后发生解聚和脱水反应,主要的烷基侧链不断脱落、环化及含氧基团逐渐断裂生成各种烷烃类、羧酸类、醇类和醛类等物质,直至形成更加稳定的类石墨态结构。     

FLASHCHAIN模型应用于汪清油页岩热解研究

采用~(13)C-NMR技术表征出汪清三个矿区油页岩的碳原子化学结构,并获得碳骨架结构的12个重要参数。利用热重和傅里叶红外联用技术(TG-FTIR)得出了在50℃/min升温速率和热解终温600℃下油页岩热解时轻质气体的生成规律。采用基于燃料化学结构的FLASHCHAIN模型对热解产物的析出进行了模拟,并与实验结果相比较。结果表明,FLASHCHAIN模型用来模拟汪清油页岩热解时,在520℃之前有较好的效果,当温度高于520℃时,由于二次热解反应及页岩中矿物质分解对热解过程的影响,导致模型的预测值与实验值存在一定的误差,且随着温度的升高两者之间的误差也随之加大。     

柳树河油页岩微波干燥及其对热解特性的影响

在对家用微波炉改造基础上搭建了微波干燥实验台,研究了柳树河油页岩微波干燥特性及对热解特性的影响。结果表明,微波干燥所需的时间为传统干燥所需时间的20%;微波干燥速率要明显大于传统干燥速率;Page模型适用于描写柳树河油页岩微波干燥过程。微波干燥的油页岩同热风干燥后及原样油页岩的热解活化能随转化率的变化曲线基本一致,整体呈先上升后下降的趋势,在转化率为0.7时达到最大值;热解活化能在80~200 kJ/mol变动;微波干燥油页岩热解反应有机质分解段的活化能增加。     

The determination of a complex kinetic expression of oil shale pyrolysis using combined non-isothermal and isothermal TG

The kinetic expression commonly used in the thermal analysis of oil shale pyrolysis was derived on the basis of a simple first order kinetic equation of kerogen decomposition. The activation energy, as well as the reaction rate constant of oil shale pyrolysis could be determined by using non-isothermal (NI) or isothermal (I) TG. However, the kinetic parameters determined by using either NI or I did not enable the good prediction of the kerogen conversion at other conditions.The comparative results of the NI and I-TG of different oil shales are discussed in the study, as well as the effects of the so-called combined non-isothermal and isothermal TG (NI/I). The obtained results indicate that a mechanism must be postulated based on a complex reaction scheme which involves more than one simple reaction.

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Zusammenfassung Die im allgemeinen benutzte Kinetikgleichung in der Thermoanalyse von Ölschieferpyrolyse wurde auf der Grundlage einer einfachen kinetischen Gleichung erster Ordnung der Kerogenzersetzung erhalten. Mittels nichtisothermer (NI) oder isothermer (I) TG kann sowohl die Aktivierungsenergie als auch die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante der Ölschieferpyrolyse bestimmt werden. Die unter Anwendung von NI oder I ermittelten kinetischen Parameter ermöglichen jedoch keine gute Voraussage des Kerogenumsatzes bei anderen Bedingungen.Es werden hier die Vergleichsergebnisse aus NI- bzw. I-TG von verschiedenen Ölschiefern als auch die Auswirkungen auf die sogenannte kombinierte nichtisotherme und isotherme TG (NI/I) besprochen. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß ein Mechanismus angenommen werden muß, der auf einem komplexen Reaktionsschema aus mehr als aus einer einfachen Reaktion basiert.

     

桦甸油页岩热解过程中热沥青的组成变化规律

将桦甸油页岩分别在300、350、400、450、500和550℃热解得到半焦,对半焦进行逐级抽提和酸洗,得到自由沥青、碳酸盐束缚沥青和硅酸盐束缚沥青,采用柱层析、FT-IR和GC-MS表征不同沥青的化学组成和结构特征,探讨沥青的化学组成变化及与矿物质的相互作用。结果表明,沥青总产率先增大后减小并在400℃取得最大值4.63%,400-450℃大量沥青分解生成页岩油,使沥青产率降至0.98%。350-450℃自由沥青主要发生羧酸脱羧、酯基分解和长链烷烃裂解反应,使羧酸和酯类化合物含量降低、烷烃碳链长度缩短。干酪根分解生成的羧酸与碳酸盐反应生成羧酸盐,使400℃碳酸盐束缚沥青中羧酸含量达78.82%;含氧化合物可与黏土矿物结合,且烷烃可进入蒙脱石层间,使400℃硅酸盐束缚沥青中含氧化合物和烷烃各占80.79%和19.21%。     

Combustion characteristics of lignite and oil shale samples by thermal analysis techniques

In this research thermal analysis and kinetics of ten lignite's and two oil shale samples of different origin were performed using a TA 2960 thermal analysis system with thermogravimetry (TG/DTG) and differential al analysis (DTA) modules. Experiments were performed with a sample size of ~10 mg, heating rate of 10°C min^-1. Flow rate was kept constant (10 L h^-1) in the temperature range of 20-900°C. Mainly three different reaction regions were observed in most of the samples studied. The first region was due to the evaporation of moisture in the sample. The second region was due to the release of volatile matter and burning of carbon and called as primary reaction region. Third region was due to the decomposition of mineral matter in samples studied. In kinetic calculations, oxidation of lignite and oil shale is described by first-order kinetics. Depending on the characteristics of the samples, the activation energy values are varied and the results are discussed. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

油页岩飞灰对重金属离子的吸附动力学及热力学

采用批式振荡吸附法研究了燃油页岩电厂循环流化床锅炉飞灰对重金属离子Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附动力学及吸附热力学特性,并提出了吸附机理。结果表明,油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附平衡数据符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,但Freundlich方程能够更好地描述吸附等温线。在油页岩飞灰对重金属离子吸附的初始阶段,拉格朗日准一级动力学方程、准二级动力学方程、Elovich方程、粒子内扩散模型均能很好地反映吸附模式,而整个吸附过程则遵循二级反应动力学方程,其吸附过程是液膜扩散和粒子内扩散共同作用的结果。油页岩飞灰对Pb²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+的吸附是吸热反应。     

Kinetics of combustion of oil shale with polystyrene

The combustion kinetics of Göynük oil shale, polystyrene and several polystyrene-oil shale blends were investigated by thermogravimetric analysis in the present study. Experiments were conducted at non-isothermal conditions with a heating rate of 5, 10 and 20 K min^?1 in the 298–1173 K temperature interval under an air atmosphere. Differential thermogravimetric data were analyzed by two different models. Effects of blending ratio of oil shale and polystyrene and heating rate on the combustion kinetics were investigated. Kinetic parameters were determined and the results were discussed.