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—FrIR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。

利用GC-MS与NMR技术研究干馏终温对桦甸页岩油组成性质的影响

通过控制桦甸油页岩干馏终温,得到5个不同终温下页岩油样品,对各页岩油样按沸点300℃进行切割,其中轻质油馏分(<300℃)进行GC-MS检测,对产物分类统计,分析页岩油组成成分随干馏终温变化规律;重质油馏分(>300℃)进行了1H和13C核磁共振波谱分析,对谱图积分获得其氢、碳分布情况,研究了干馏终温对页岩油化学结构的影响。结果显示,轻质油组成中脂肪族化合物占绝大部分,其中正构烷烃、α-烯烃和正构醛、醇三者具有同源性,均由烷基自由基生成。随着干馏终温的升高,长链烷烃分解,支链烷烃侧链断裂,使轻质油脂肪烃碳链长度变短,重质油直链脂肪烃增多,页岩油发生更多的芳环缩合反应导致轻质油与重质油芳香环数量均增多,同时轻质油中芳环缩合程度加深。

矿物质对桦甸油页岩热解产物影响特性

对桦甸油页岩进行逐级酸洗并对原样及各级酸洗样品的热解产物进行了碳平衡计算以及气相色谱和傅里叶红外光谱实验,得到了矿物质对油页岩热解不凝性气体、半焦以及页岩油的影响特性。结果表明,碳酸盐可以促进有机碳和氢向页岩油中转化,而硅酸盐对有机碳和氢向页岩油中转化具有抑制作用,碳酸盐和硅酸盐均可以使得页岩油中氢碳原子比降低。碳酸盐促进了油页岩热解产油并抑制了干酪根向不凝气分解转化,而硅酸盐抑制了油页岩热解产油但对干酪根向不凝气的分解转化具有促进作用。碳酸盐和硅酸盐均可以促进热解不凝气中CO_2和H_2的生成,而对CO的生成具有抑制作用,碳酸盐可以抑制热解不凝气中碳氢化合物的生成,而硅酸盐对其生成具有促进作用。碳酸盐和硅酸盐均可以使得页岩油中脂肪链长度变短及异构化程度变大,并能够提高干酪根热解产物的芳构化程度。

蒙脱石对油页岩干酪根热解特性的影响

选取中国桦甸、抚顺、窑街3个地区油页岩,酸洗得到各干酪根样品。应用TG-FTIR技术对不同升温速率下各干酪根与蒙脱石共热解行为进行了研究,并利用Coats-Redfem积分法对升温速率为10℃/min下的干酪根掺混样品进行热解反应动力学分析,获得了蒙脱石对干酪根热解产物析出规律的影响及热解过程的活化能(E)和指前因子(A)。结果表明,随着蒙脱石掺混比例增大,桦甸和抚顺干酪根热解失重率先升高后降低;在热解过程中,440℃前干酪根与蒙脱石掺混样品的热解失重率较干酪根单独热解低,而440℃后其热解失重率较干酪根热解有所提高;蒙脱石掺混比例增大使得各干酪根热解产物中CH_3/CH_2值有所增加;有蒙脱石掺混的干酪根热解活化能相比干酪根热解活化能有所降低。表明蒙脱石对油页岩干酪根热解具有物理吸附和裂解催化两种作用,且随着热解过程的加深和蒙脱石配比的改变而不同。最后,对升温速率为10℃/min的样品进行了热解反应动力学分析,进一步探讨了蒙脱石对干酪根的热解影响机理。

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。