油页岩的~(13)C-NMR特征及FLASHCHAIN热解模拟研究

采用固体13C-NMR核磁共振技术表征了甘肃窑街矿区油页岩的碳骨架结构,分析并计算了油母质团簇化学结构参数,包括团簇平均碳原子数、芳碳原子数、脂碳原子数及芳环数。在热重红外分析仪(TG-FTIR)上进行了油页岩的热解实验,得到了热解产物的生成规律。结合样品的团簇化学结构参数,采用基于油页岩结构的FLASHCHAIN模型模拟其热解产物的生成过程;模拟结果与TG-FITR实验数据符合较好,印证了模型预测的合理性。     

爱沙尼亚油页岩及其热解产物的电子顺磁共振研究

采用电子顺磁共振（EPR）技术,系统地研究了热解温度对样品自由基浓度、g因子和线宽的影响。结果表明,油页岩干酪根及其制备的热解产物沥青、焦油和半焦的自由基浓度为2.29×10¹⁴-9.16×10¹⁴。当热解温度低于380℃时,主要发生干酪根的热解聚,当热解温度超过380℃,主要为中间产物热沥青的分解阶段,表现为热沥青的自由基浓度N_g和g因子值高于半焦。对EPR谱图线宽分析可知,当温度高于380℃时,焦油的线宽明显大于半焦和热沥青,说明液体内部自由基中自旋粒子间以及自旋粒子与环境的相互作用要比固体剧烈的多。温度低于380℃时,半焦和热沥青由于热解反应的进行,自由基自旋粒子之间及其与环境的相互作用增强,线宽随着温度的升高而增加。温度高于380℃时,半焦和热沥青的EPR曲线线宽降低,表明随着温度的升高自由基自旋粒子的相互作用减弱。     

油页岩热解过程中铅的挥发性研究

油页岩是矿物机体中含有固体可燃有机质的细粒沉积岩,含油率为3.5%～30%,灰分的质量分数大于40%,属于腐泥类煤,由水生物等浮游植物、低等浮游动物经腐败作用和煤化作用而生成[1],油页岩中含有重金属元素及其化合物.国内外根据各元素热力行为的不同,将痕量元素分为三类,易挥发性元素、中等挥发性元素、低挥发性元素.     

油页岩热解过程矿物质行为分析

采用XRD、SEM、灰成分测定等方法对桦甸两个矿区的油页岩样品以及制备的半焦样品矿物质组成进行了分析,确认其主要成分均为,石英、方解石和黏土矿物。而半焦中矿物组成反映了油页岩中矿物质在热解中的变化。研究表明,在热解过程中油页岩中矿物质变化细微,其中,石英、长石没有变化;方解石有微量分解,生成的固体产物CaO与黄铁矿分解的硫反应生成CaS矿物;黏土矿物质受热脱除羟基,放出大量水分,同时分解产生的无定形玻璃体氧化硅与其他金属形成低熔点的共融物,导致部分半焦样品颗粒表面出现熔融态囊状结构。     

水介质条件下油页岩热解机理研究

利用高压釜反应装置,对柳树河油页岩进行了饱和水和不饱和水介质条件下的热压模拟实验,研究了两种条件下油页岩热解产物(气体、油和热沥青)的生成机理.实验结果表明,在油页岩的热解过程中,同时经历自由基反应和碳正离子反应.水在高温的物化性质较在常温常压时发生了巨大的变化,具有酸催化剂和碱催化剂的作用,促使按碳正离子机理进行反应...     

脱矿物质过程对油页岩结构的影响

本文选取窑街油页岩和龙口油页岩作为研究对象,以正交实验为基础,采用HCl和HF脱除油页岩中的矿物质,得出在粒度0～0.2mm、HF浓度40%、浸泡时间5h、固液比1∶10的条件下两种油页岩脱矿物质率最大。采用红外光谱对脱矿物质前后油页岩和页岩灰的矿物质组成以及官能团结构变化进行分析,得到油页岩中矿物质主要有石英、高岭石和含铁矿物质等,酸洗能脱除绝大部分矿物质,但油页岩中的主要有机官能团变化不大,只有羧酸盐和含氧基团在脱矿物质后影响较大。     

应用TGA-FTIR研究不同来源污泥的燃烧和热解特性

在空气气氛下，利用热重分析方法研究了三种不同来源的污泥燃烧特性。探讨水处理工艺和污泥处理工艺对污泥中有机物的分布影响和燃烧特性影响。研究发现，污水厌氧工艺和污泥厌氧工艺均导致结构复杂、燃烧温度高的有机物生成。在氮气气氛下利用热重红外联用技术，对比研究了同种污泥的热解和燃烧特性，污泥热解主要发生有机物裂解成小分子和小分子的挥发，氧气的存在加速了污泥的裂解。污泥热解温度200℃～500℃，主要气体H2O、CO2、CO以及甲烷等烃类，CO2在高温750℃还存在一个析出峰，由于无机碳酸盐的分解。     

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。     

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。     

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。     

TG-FTIR study of gaseous compounds evolved at thermooxidation of oil shale

The combined thermogravimetric (TG) Fourier transform infrared (FTIR) techniques were used for studying the gaseous compounds evolved at thermooxidation of oil shale samples from different deposits (Estonia, Jordan, Israel). In addition to H₂O and CO₂as the major species, the formation and emission of CO, SO₂, HCl and a number of organic species as methane, ethane, ethylene, methanol, formic acid, formaldehyde, chlorobenzene, etc. was determined. Differences in the absorbance of respective bands in FTIR spectra depending on the origin of oil shale and on the heating rate used were established. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

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.     

颗粒粒径对油页岩热解产油率的影响

以桦甸油页岩为原料研究了颗粒粒径对油页岩热解产油率的影响。将油页岩破碎、筛分得到<0.074、0.074~0.125、0.125~0.25、0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm不同粒级样品,再将0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm大粒级样品粉碎制得对应的细粉样品,采用低温干馏法和热重分析分别测定表征样品的油产率和有机质含量。结果表明,油产率随着粒径减小逐渐降低,从1~3 mm下的11.92%降到<0.074 mm下的6.14%。热重分析表明,有机质含量随着粒径降低而降低,且油产率与有机质含量有明显的线性关系。0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm样品经粉碎后油产率降低、气产率升高,但变化值均小于1%。在破碎过程中有机质选择性地富集在大粒级样品中,且页岩油二次反应程度随着粒径的减小而增大,使得页岩油产率随着粒径的降低而降低,且有机质选择性富集是主导因素。     

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%。     

油页岩固定床热解反应器中内构件强化作用

在内构件(传热板和中心集气管)外热式固定床反应器中研究了油页岩热解产物生成特性,并与无内构件的相同常规固定床反应器内的油页岩热解行为对比,考察了两反应器中油页岩升温特性、热解产物分布、页岩油品质以及气体产物组成的变化规律.结果表明,内置传热板和中心集气管显著强化了反应器内的传热,相对于无内构件常规固定床反应器,料层升温速率提高了约2倍.对于依兰油页岩,其热解页岩油产率明显提高,最高达11.1 wt%(干燥基),明显高于无构件常规固定床反应器获得的页岩油产率.随着外加热炉温度的升高,内构件固定床反应器的页岩油产率逐渐增加,而无内构件常规固定床反应器的页岩油产率则明显降低.当外加热炉温度为1000℃时,前者页岩油产率是后者的2.3倍,并且内构件固定床反应器的热解水产率较低.两反应器中热解气产物组成相近,其H2与CH4之和占气体总量的70 vol%左右,热值为4406~5400 kcal/Nm3.