油页岩有机质与无机矿物伴生赋存关系及有机质结构特征的研究

摘要

石油能源的巨大消耗和开采成本的增加促使人们广泛寻找替代能源。油页岩，作为一种重要的替代能源资源，因其巨大的储量以及多元化的利用，已引起全球研究者的广泛关注。前人的研究表明，油页岩是由固体有机质分布于无机矿物骨架中形成的一种沉积岩。作为一种化石燃料与煤相似，油页岩具有较高的矿物含量，矿物质在于馏生油过程中影响着气体产物并增加了热解残渣，有机质的内在分子结构特征指导着热解工艺条件的调控。由此可见，有机质与无机矿物的赋存关系和有机质结构特征的研究对于高效利用油页岩这一潜在能源资源是必不可少的。
　　本文采用逐步处理的方法中对油页岩中有机质和无机矿物赋存关系进行了探索研究;针对有机质结构特征，力图在分子水平上揭示油页岩有机质结构特征，采用了逐级热溶解聚和催化加氢解聚的手段进行了有机质的解离，结合多种分析表征手段反映解聚过程中的结构变化。本文的主要工作及结论如下:
　　(1)研究了三种不同地区油页岩经过萃取、碱解、酸解、HF处理后有机碳含量和无机矿物结构形态，对比三种油页岩处理前后的TOC、FT-IR和XRD变化。依兰、桦甸、龙口油页岩中无机矿物以高结晶度的石英为含量最高，在种类上各有差异。高岭石在依兰油页岩中出现，碳酸盐矿物和蒙脱石矿物则在桦甸、龙口油页岩中较明显;桦甸、龙口油页岩蒙脱石结构层间存在有机质赋存在无机矿物层间的结合形态;三种油页岩中存在部分可溶性有机质被碳酸盐矿物和石英嵌布依附的结构形态。
　　(2)依兰油页岩经逐级热溶解聚后可溶物收率达79.8％，热溶产物主要由脂肪烃、酚/醇类、芳香烃、酮类、醚/酯类和其他化合物组成，分别占比为36.9％（直链烷烃27.4％，含支链烷烃8.7％）、5.5％、32.0％、12.7％、5.4％和7.5％。同时存在从碳数在14～30不等的中等长链的脂肪烃碳氢化合物，在可溶性组分中直链烷烃的碳数分布在C16和C26呈现两个峰值。
　　(3)考察了依兰油页岩催化加氢的反应条件，随着反应温度的升高，催化加氢的油气收率增加;随着反应时间的延长，油气收率呈现先增加后下降的趋势;氢气初压基本对油气收率没有较大影响，可能的原因是体系中使用大量的供氢溶剂。催化加氢的液体产物中包含芳烃、脂肪烃、酚类、酮类和含氮杂原子化合物、氯代物、醇类、酯类、环氧醚、苯胺类物质，液化产物中出现的酚类化合物可能的来源是酚醚键的断裂。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．2 油页岩的资源现状及加工利用

1．3 油页岩的组成

1．4 油页岩有机质与无机矿物的赋存关系

1．5 油页岩有机质结构模型

1．6 油页岩有机质结构的研究方法

1．6．1 溶剂萃取法

1．6．2 氧化法

1．6．3 热溶解聚法

1．6．4 仪器表征

1．7 课题的提出

1．8 本课题研究的内容

第二章 有机质与无机矿物伴生赋存关系的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验步骤及实验内容

2．2．4 样品表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 油页岩原样的矿物质分析

2．3．2 油页岩逐步处理的总质量和TOC分析

2．3．3 油页岩逐步处理的FT-IR分析

2．3．4 油页岩逐步处理的XRD分析

2．4 本章小结

第三章 依兰油页岩有机质逐级热溶解聚的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验步骤及实验内容

3．2．4 样品表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 逐级热溶解聚物的收率

3．3．2 逐级热溶解聚物的组成分析

3．3．3 油页岩有机质和热溶解聚残渣的FT-IR分析

3．3．4 油页岩有机质和热溶解聚残渣的13C-NMR分析

3．4 本章小结

第四章 依兰油页岩有机质催化加氢解聚的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验步骤及实验内容

4．2．4 样品表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 反应温度对油气收率的影响

4．3．2 反应时间对油气收率的影响

4．3．3 氢气初压对油气收率的影响

4．3．4 液化油的组成分析

4．3．5 沥青烯的组成分析

4．3．6 前沥青烯的组成分析

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表学术论文情况

作者和导师简介