發(fā)布時(shí)間：2017-10-26 11:13

  本文關(guān)鍵詞：油頁巖中干酪根的提取與結(jié)構(gòu)構(gòu)建及反應(yīng)性研究

  更多相關(guān)文章： 干酪根 結(jié)構(gòu)特征 分子模型 密度泛函理論計(jì)算 離解能 反應(yīng)過程

【摘要】：干酪根被認(rèn)為是油頁巖熱解干餾時(shí)的重要油氣資源。而干酪根熱解的第一步就是化學(xué)鍵的均裂,干酪根中化學(xué)鍵的離解能可以成為代表化學(xué)鍵均裂時(shí)難易程度的評價(jià)指標(biāo),與干酪根熱解、干餾的本質(zhì)問題密切相關(guān)。因此,基于干酪根結(jié)構(gòu)特性構(gòu)建干酪根分子模型,并計(jì)算多種化學(xué)鍵的離解能對深入探討油頁巖的熱解反應(yīng)過程具有重要的指導(dǎo)意義。本文系統(tǒng)研究了龍口、窯街干酪根分子的結(jié)構(gòu)特征,并利用量子化學(xué)計(jì)算方法,預(yù)測了C-C、C-N、C-O、C-H、C-S和C=C鍵的離解能,分析了自由基穩(wěn)定性、取代基數(shù)量和位置對不同化學(xué)鍵離解能的影響。最后,通過比較多種化學(xué)鍵的離解能來分析干酪根的熱解反應(yīng)過程。借助固體核磁共振波譜(~(13)C NMR)、X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)及X射線衍射光譜(XRD)研究了龍口、窯街干酪根的分子結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明,脂碳構(gòu)成了龍口干酪根主要的碳骨架結(jié)構(gòu)(70.33%),芳碳含量相對較少(28.45%),但芳環(huán)取代度高(δ=0.55-0.75),氧元素主要以C-O、C-OH、O=C-O、C=O形式存在。氮元素主要以吡咯、胺和苯甲腈形式存在。硫元素主要以亞砜、噻吩和硫醚形式存在。窯街干酪根的脂碳率和芳碳率分別為54.84%和44.26%,表明窯街干酪根的不飽和程度較大。窯街干酪根的芳環(huán)取代度為0.48-0.78。氧元素的存在形式主要為C-O、C-OH、O=C-O和C=O。氮元素主要以吡咯、胺和苯甲腈的形式存在。硫元素主要以亞砜、噻吩和硫醚的形式存在。基于密度泛函理論,計(jì)算了554個(gè)干酪根小分子模型的C-C、C-S、C-N、C-O、C-H和C=C鍵的離解能。結(jié)果表明,干酪根分子中多種化學(xué)鍵的強(qiáng)度順序如下:C S鍵C N鍵C O鍵C C鍵C H鍵C=C鍵。離解能不僅與自由基的穩(wěn)定性有關(guān),同時(shí)受所研究的化學(xué)鍵周邊的化學(xué)環(huán)境的強(qiáng)烈影響。因此,當(dāng)周邊化學(xué)環(huán)境相同時(shí),干酪根小分子化學(xué)鍵的離解能可以代表干酪根大分子中相同化學(xué)鍵的強(qiáng)度。通過比較多種化學(xué)鍵的離解能,我們進(jìn)一步分析了干酪根熱解反應(yīng)過程,研究表明,干酪根熱解過程中離解能較低的化學(xué)鍵將首先發(fā)生斷裂,主要為干酪根大分子化合物中連接結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵斷裂以及C-S、C-N和C-O等相對較弱的化學(xué)鍵的斷裂,同時(shí)可能伴有大分子聚合物間游離烴類的放出,這時(shí)熱解產(chǎn)物主要為H2O、CO2、H2S和一些輕質(zhì)烴。然后為中等強(qiáng)度的化學(xué)鍵的斷裂,可能涉及到芳環(huán)支鏈上的C-C鍵斷裂、長鏈烷烴的分解、與雙鍵相連的吡咯α碳原子上的脫氫反應(yīng)、與雜原子相連的C-C鍵的斷裂和脂環(huán)族的開環(huán)反應(yīng)等。這時(shí)將產(chǎn)生大量的油、熱解氣和半焦。這也是生油產(chǎn)氣的主要階段。最后為離解能相對較大的化學(xué)鍵的斷裂,這些反應(yīng)需要在較高的溫度下發(fā)生,主要為C=C鍵的斷裂、芳香環(huán)上的脫氫與縮合、脂環(huán)族化合物的芳構(gòu)化和含有雜原子官能團(tuán)的化學(xué)鍵的斷裂,這時(shí)主要生成半焦和少量的氣體。
【關(guān)鍵詞】：干酪根 結(jié)構(gòu)特征 分子模型 密度泛函理論計(jì)算 離解能 反應(yīng)過程
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE662
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題研究背景12-14
• 1.1.1 當(dāng)今能源概況12
• 1.1.2 油頁巖概況12-13
• 1.1.3 干酪根概況13-14
• 1.2 國內(nèi)外干酪根的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 國內(nèi)干酪根的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 國外干酪根的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 量子化學(xué)計(jì)算方法17
• 1.4 本文研究目的及內(nèi)容17-20
• 1.4.1 本文研究目的17-18
• 1.4.2 本文研究內(nèi)容18-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法20-25
• 2.1 油頁巖中干酪根的提取20-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑及儀器20-21
• 2.1.2 干酪根的提取過程21-22
• 2.2 干酪根的表征手段及測試條件22-23
• 2.2.1 固體核磁共振波譜（~(13)C NMR）22-23
• 2.2.2 傅里葉紅外光譜（FT-IR）23
• 2.2.3 X射線衍射光譜（XRD）23
• 2.2.4 X射線光電子能譜（XPS）23
• 2.3 量子化學(xué)計(jì)算方法23-25
• 第3章 干酪根分子化學(xué)結(jié)構(gòu)特性研究25-36
• 3.1 油頁巖和干酪根的XRD分析25-26
• 3.2 干酪根碳骨架結(jié)構(gòu)分析26-31
• 3.2.1 龍口干酪根 ~(13)C NMR分析26-28
• 3.2.2 窯街干酪根 ~(13)C NMR分析28-31
• 3.3 干酪根中O、N、S的存在形態(tài)分析31-33
• 3.3.1 龍口干酪根XPS分析31-32
• 3.3.2 窯街干酪根XPS分析32-33
• 3.4 干酪根中化學(xué)官能團(tuán)分析33-34
• 3.4.1 龍口干酪根FT-IR分析33
• 3.4.2 窯街干酪根FT-IR分析33-34
• 3.5 本章小結(jié)34-36
• 第4章 干酪根分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及反應(yīng)性研究36-89
• 4.1 干酪根分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)建36-38
• 4.1.1 干酪根分子二維模型的構(gòu)建36-37
• 4.1.2 干酪根小分子模型的抽取37-38
• 4.2 C-C鍵離解能的研究38-62
• 4.3 C-O鍵離解能的研究62-70
• 4.4 C-S鍵離解能的研究70-71
• 4.5 C-N鍵離解能的研究71-73
• 4.6 C=C鍵離解能的研究73-76
• 4.7 C-H鍵離解能的研究76-86
• 4.8 化學(xué)鍵離解能與干酪根反應(yīng)性關(guān)系的研究86-87
• 4.9 本章小結(jié)87-89
• 結(jié)論89-91
• 參考文獻(xiàn)91-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果96-97
• 致謝97

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 秦匡宗;;論干酪根芳碳率的石油地球化學(xué)意義[J];石油勘探與開發(fā);1985年06期

2 盧雙舫;龐雄奇;李泰明;陳章明;;干酪根類型數(shù)值化的探討[J];天然氣工業(yè);1986年03期

3 王匯彤,應(yīng)鳳祥,游建昌,徐冠軍,羅平;煤和干酪根中低碳數(shù)有機(jī)酸的毛細(xì)管電泳法測定及應(yīng)用[J];石油勘探與開發(fā);2002年04期

4 楊琛,傅家謨,盛國英,黨志;菲在不同成熟度干酪根上的吸附與解吸行為[J];中國環(huán)境科學(xué);2005年02期

5 徐永洋;;判別分析在干酪根類型分類的應(yīng)用[J];中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量;2013年08期

6 申家年;楊久瑩;周放;張健;楊貫楠;仇亞平;孫艷;;基于有機(jī)元素的干酪根類型指數(shù)計(jì)算[J];東北石油大學(xué)學(xué)報(bào);2013年05期

7 文素秋,王佩紅;干酪根的光性特征[J];石油與天然氣地質(zhì);1984年02期

8 R.R.F.Kinghorn;盧松年;;比重是干酪根的類型和成熟度的標(biāo)記[J];國外油氣勘探;1985年03期

9 葛修麗;干酪根的熱解—?dú)庀嗌V測定[J];石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì);1986年04期

10 侯讀杰;田時(shí)蕓;;利用多元統(tǒng)計(jì)方法研究干酪根類型參數(shù)的相關(guān)性及分類問題[J];石油勘探與開發(fā);1990年05期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 于冰;曹慶英;張井;付國芬;;干酪根類型劃分及評價(jià)的TEM新技術(shù)[A];第七次全國電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];1993年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 吳琳梅;生物質(zhì)形成干酪根類似物：粘土礦物的作用和類型調(diào)控機(jī)制[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

2 楊琛;煤中干酪根的非均質(zhì)性與疏水性有機(jī)污染物的吸附-解吸行為間的關(guān)系[D];中國科學(xué)院研究生院（廣州地球化學(xué)研究所）;2004年

3 秦艷;鹽湖沉積剖面有機(jī)質(zhì)分子、碳?xì)浞肿油凰嘏c高硫干酪根的生烴特征研究[D];中國科學(xué)院研究生院（廣州地球化學(xué)研究所）;2006年

4 劉虎;干酪根及其演化產(chǎn)物穩(wěn)定碳同位素倒轉(zhuǎn)分布的成因探討及在塔里木油藏中的應(yīng)用[D];中國科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所);2015年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 曹旭輝;甲烷在干酪根中吸附的巨正則Monte Carlo模擬研究[D];中國石油大學(xué)(華東);2014年

2 汪迪;油頁巖中干酪根的提取與結(jié)構(gòu)構(gòu)建及反應(yīng)性研究[D];東北電力大學(xué);2016年

，

本文編號：1098405