發(fā)布時間：2020-06-25 00:59

【摘要】：能源是推進世界經濟和人類社會發(fā)展的重要物質保障。由于能源的持續(xù)消耗,能源短缺和能源供需矛盾等問題變得越來越突出,尋找可替代能源已成為推動當今社會可持續(xù)發(fā)展的重要議題。油頁巖作為一種潛在的非常規(guī)能源,以其分布廣泛,儲量巨大等特點引起了全世界的廣泛關注。而提高油頁巖中頁巖油的收率更是國內外關注的焦點。本文以提高油頁巖中頁巖油收率為目的,選用兩個地區(qū)油頁巖(樺甸油頁巖和撫順油頁巖)為樣品對其催化熱解行為進行了研究。采用礦物學和元素地球化學的分析方法對油頁巖中所含元素進行了定量研究,從其礦物組成和化學成分方面預測了干餾熱解產物的組成特點。為提高油頁巖干餾熱解后頁巖油收率,本文篩選了六種過渡金屬鹽,通過熱重分析和熱動力學方法,研究了不同金屬鹽對油頁巖在各個熱分解階段的影響。本文通過改變干餾溫度、催化劑用量及配比,著重研究了氯化鈷、硫酸錳過渡金屬鹽對頁巖油產率及組分的影響,確定了兩種催化劑的最佳使用條件,并推測了相關反應機理。本文從熱力學和動力學方面研究了油頁巖對兩種過渡金屬鹽的吸附性能。主要工作內容如下:第一,通過礦物學和元素地球化學的分析方法,研究了樺甸和撫順油頁巖的礦物組成和元素地球化學特征。通過比較樺甸和撫順油頁巖中所含礦物成分,表明了沉積環(huán)境對礦物組成特征具有一定的影響。樺甸油頁巖所含的粘土礦物主要以蒙脫石為主,重礦物為黃鐵礦;而撫順油頁巖含有的粘土礦物主要為高嶺石、伊利石,重礦物主要為菱鐵礦。兩種油頁巖樣品的常量元素測定結果顯示樺甸油頁巖中常量元素以SiO_2含量為主,其次是CaO、Al_2O_3和TFe_2O_3;與之相比撫順油頁巖含有更高含量的SiO_2、Al_2O_3及TFe_2O_3,而CaO含量較低。微量元素和稀土元素含量測定結果表明撫順油頁巖中稀土元素具有更高的富集程度。通過研究發(fā)現(xiàn)兩種油頁巖中都含有大量粘土礦物(蒙脫石、高嶺石、伊利石等),這些粘土礦物對油頁巖熱解具有一定的催化作用;尤其是蒙脫石因其獨特的化學組成和結構而具有很強的表面吸附能力、層間吸附能力和離子交換能力,在油頁巖熱解中更容易形成粘土-有機復合體而使催化性能增強,為下一步研究工作奠定了基礎。第二,通過采用熱重分析方法和熱動力學方法對六種過渡金屬鹽的催化效果進行了比較,確定了適合油頁巖干餾熱解的兩種過渡金屬鹽-氯化鈷和硫酸錳。兩種金屬鹽的添加不僅降低了油頁巖開始熱分解溫度和最大熱分解速率所對應的溫度,而且減小了反應所需的活化能。通過對比在不同溫度和催化劑用量下獲得的頁巖油產率,確定了油頁巖最佳干餾熱解溫度為520℃,最大產油率為23.25%,最佳催化劑加入量為1.0%。油品組分分析結果表明兩種金屬鹽的加入能顯著提高油品中脂肪烴化合物的含量。通過比較二種催化劑在不同比例混合下獲得的頁巖油產率,結果顯示單純氯化鈷的添加具有更好的催化效果。第三,通過探討油頁巖粒度、吸附時間、溶液初始濃度及p H值對Co~(2+)和Mn~(2+)離子吸附量的影響,確定了油頁巖吸附Co~(2+)和Mn~(2+)離子的最佳時間為30小時和36小時;最大吸附量分別為4766μg/g和3026μg/g。通過比較不同的吸附動力學模型和擴散機理,確定油頁巖對兩種離子的吸附過程符合準二級動力學,Fickian擴散機理和內擴散機理。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE662
【圖文】：

宜資源替代日益減少的油氣資源成為國家能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略問題。油頁巖作為一種重要的非常規(guī)能源，因其儲量巨大而引起全世界矚目，被認為是石油和天然氣的重要補充和替代能源[6,7]。中國擁有豐富的油頁巖資源，如何高效環(huán)保的利用油頁巖資源成為目前急需解決的問題。1.2 油頁巖資源及其開發(fā)利用現(xiàn)狀1.2.1 油頁巖及其資源油頁巖（oil shale）是一種含可燃性有機質(約 5 %～65 %)的沉積巖[8,9]，呈片理狀（圖 1.1），破碎時，常按層分裂成薄片，用火柴點燃時冒煙，具油味，用指甲刻劃有油痕。油頁巖由有機質和無機礦物質組成，其中的有機質通常稱為油母質，大部分不易溶于有機溶劑，但在加熱時能產生石油（即頁巖油），含油率一般為 5～8 %，因而有“固體石油”之稱[10,11]。

區(qū)同煤田共生的油頁巖就屬于這一類型。腐泥質油頁巖主要是由低等動植物和細粒礦物質堆積而成，在成因上接近石油，可成為生油層巖，如大慶下白堊統(tǒng)生油層系和勝利油田下第三系生油層系中，都發(fā)現(xiàn)有良好的腐泥質油頁巖[17,18]。低溫干餾時產生可燃氣和類似天然石油的頁巖油（人造石油），此外，還生成少量氨酚及吡啶。油頁巖作為一種潛在的能源具有多種用途，歸結起來主要有三個方面。首先油頁巖在較低的溫度下干餾可以獲得可燃氣和類似天然石油的頁巖油，此外，還生成少量氨、酚及吡啶，回收其干餾氣體中的氨、硫化氫、吡啶和酚等，可作為化工原料[19-21]。其次，油頁巖可以直接用作燃料燃燒來發(fā)電、取暖及運輸[22-24]。另外，油頁巖干餾和燃燒后的頁巖灰渣經過二次加工可以用于礦井充填或用來制造水泥、熟料、陶瓷纖維和陶粒等建筑材料[25-29]。不同的國家對油頁巖有不同的用途，在我國近 80 %的油頁巖資源主要用于提煉頁巖油和發(fā)電（圖 1.2）。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王擎;張宏喜;遲銘書;崔達;許祥成;;礦物質對樺甸油頁巖熱解產物影響特性[J];燃料化學學報;2016年03期

2 王擎;張宏喜;遲銘書;崔達;許祥成;;蒙脫石對油頁巖干酪根熱解特性的影響[J];化工進展;2016年03期

3 王擎;吳晗;賈春霞;石聚欣;隋義;;不同堿金屬碳酸鹽對油頁巖熱解的影響[J];化工機械;2015年03期

4 暢志兵;初茉;張超;王文涓;曲洋;;顆粒粒徑對油頁巖熱解產油率的影響[J];燃料化學學報;2015年06期

5 侯吉禮;馬躍;李術元;藤錦生;;世界油頁巖資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀[J];化工進展;2015年05期

6 王擎;閆宇赫;賈春霞;朱玉成;;甘肅油頁巖紅外光譜分析及熱解特性[J];化工進展;2014年07期

7 彭雪峰;汪立今;姜麗萍;;準噶爾盆地東南緣蘆草溝組油頁巖元素地球化學特征及沉積環(huán)境指示意義[J];礦物巖石地球化學通報;2012年02期

8 吳艷艷;秦勇;劉金鐘;王愛寬;;礦物/金屬元素在煤成烴過程中的作用——以黔西滇東上二疊統(tǒng)大河邊煤礦煤樣為例[J];天然氣地球科學;2012年01期

9 肇永輝;;撫順礦區(qū)油頁巖資源煉油技術的改造與應用[J];中國高新技術企業(yè);2011年36期

10 李海明;;油頁巖資源開發(fā)利用現(xiàn)狀與趨勢[J];承德石油高等專科學校學報;2011年04期

本文編號：2728626