过渡金属盐催化剂对抚顺油页岩热解的影响

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.03.003

辽宁石油化工大学学报 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (3): 15-22.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2021.03.003

过渡金属盐催化剂对抚顺油页岩热解的影响

郭闯¹，邹天霖¹，潘颢丹¹，陆浩²，刘潇阳¹，胡红祥²

1.辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁抚顺 113001； 2.中国科学院金属研究所中国科学院核用材料与安全评价重点实验室，辽宁沈阳 110016

收稿日期:2020-03-12 出版日期:2021-06-30 发布日期:2021-07-19
通讯作者: 潘颢丹（1983-），女，博士，讲师，从事新能源综合利用的研究；E-mail:panhaodan@126.com。
作者简介:郭闯（1995-），男，硕士研究生，从事油页岩综合开发利用的研究；E-mail:chaunceyguo@126.com。
基金资助:
辽宁省教育厅高等学校科学研究一般项目(L2016016)；工业生态与环境工程教育部重点实验室开放课题（KLIEEE-18-04）；国家重点研发计划资助项目（2018YFC0808500）。

Effect of Transition Metal Salt Catalysts on Pyrolysis of Fushun Oil Shale

^{Guo Chuang¹， Zou Tianlin¹， Pan Haodan¹， Lu Hao²， Liu Xiaoyang¹， Hu Hongxiang²}

1.College of Petroleum Engineering， Liaoning Petrochemical University， Fushun Liaoning 113001， China；

Received:2020-03-12 Published:2021-06-30 Online:2021-07-19

摘要/Abstract

摘要： 利用FTIR、XRD研究了抚顺油页岩（OS）的组成结构，TG⁃MS分析了过渡金属盐催化剂（页岩灰作为载体负载NiCl2•6H2O、CuCl2•2H2O、ZnCl2）对OS热解的催化作用和挥发分析出的影响规律，采用Coats⁃Redfern模型分析过渡金属盐催化剂对OS热解活化能的影响。结果表明，OS中矿物质主要由石英、硅铝酸盐和少量的碳酸盐组成，有机质主要是脂肪族化合物。三种过渡金属盐催化剂对OS热解均有促进作用，且OS单独热解时，在390.1~581.8 ℃快速热解，占总失重的76.19%。动力学分析结果表明，过渡金属盐催化剂能降低OS热解所需的活化能，其中NiCl2•6H2O降低OS热解活化能的能力最高（18.7 kJ/mol），比OS单独热解活化能降低了23.55%。过渡金属盐催化剂的催化活性由高到低排序为NiCl2•6H2O>CuCl2•2H2O>ZnCl2。此外，过渡金属盐催化剂还能促使OS热解发生挥发分的裂化、芳构化和焦化等反应，从而提高挥发分中脂肪烃（以烷烃、烯烃为代表）和芳香烃浓度。

关键词: 油页岩, 热解, 催化剂, FTIR, TG?MS, 动力学模型

Abstract: The composition of Fushun oil shale (OS) was analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X⁃Ray Diffractomer(XRD).The effects of transition metal salt catalysts (shale ash as a carriers on NiCl₂·6H₂O, CuCl₂·2H₂O, ZnCl₂) on the catalytic effect of pyrolysis of OS and precipitation of volatilization were investigated by TG⁃MS. Coats⁃Redfern model was used to analyze the effect of transition metal salt catalyst on the activation energy of OS pyrolysis. The results show that the minerals in OS are mainly composed of quartz, aluminosilicate and a small amount of carbonate, and the organic matter is mainly aliphatic compound. Three transition metal salt catalysts can all promote the pyrolysis of OS. The OS can be rapidly pyrolyzed at 390.1~581.8 ℃ when it is pyrolyzed alone, accounting for 76.19% of the total weight loss. According to the kinetic analysis, the activation energy required by OS pyrolysis can be reduced by the transition metal salt catalysts. NiCl₂·6H₂O has the highest capacity (18.7 kJ/mol) to reduce the activation energy of OS pyrolysis, which is 23.55% lower than that of OS pyrolysis alone. The catalytic activity of the transition metal salt catalysts are in a sequence of NiCl₂·6H₂O>CuCl₂·2H₂O>ZnCl₂. In addition, the transition metal salt catalysts can also promote the cracking, aromatization and coking of volatiles in the pyrolysis of the OS, Thereby increasing the content of aliphatic hydrocarbons (represented by alkanes and alkenes) and aromatic hydrocarbons in volatiles.

Key words: Oil shale, Pyrolysis, Catalyst, FTIR, TG?MS, Kinetic modeling

郭闯，邹天霖，潘颢丹，陆浩，刘潇阳，胡红祥. 过渡金属盐催化剂对抚顺油页岩热解的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(3): 15-22.

Guo Chuang， Zou Tianlin， Pan Haodan， Lu Hao， Liu Xiaoyang， Hu Hongxiang. Effect of Transition Metal Salt Catalysts on Pyrolysis of Fushun Oil Shale[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2021, 41(3): 15-22.

[1]	高伟, 曾欣, 李金晓, 杨春花, 王雅琪, 李谡民, 吕爽, 潘立卫. Pt/γ⁃Al₂O₃催化剂低温催化甲醇氧化研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(6): 44-47.
[2]	郭启昌, 毛璟博, 刘春雨, 贾玉峰, 周锦霞. 木质素模型化合物愈创木酚加氢脱氧反应研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(5): 1-12.
[3]	张强, 谭昊轩, 崔宇超, 王焕, 张晓彤, 宋丽娟. 高度分散WO _x /SiO₂催化剂的制备及烯烃歧化反应性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(5): 32-37.
[4]	穆晓雪, 丁巍, 张晓帆, 戴咏川, 耿忠兴, 李宇. Fe改性MoNi/γ⁃Al₂O₃催化剂的制备与表征[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(4): 6-10.
[5]	费永鑫, 马会强, 李爽. 改性活性污泥生物炭对水中苯酚吸附性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 19-24.
[6]	宋健伟, 张晶, 檀凯文, 潘立卫, 钟和香. 水处理中非均相臭氧氧化催化剂的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(3): 8-13.
[7]	杨洋, 孙娜, 王雪, 王钰佳, 王海彦. 梯度孔Hβ的制备及其催化苯加氢烷基化性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(1): 7-12.
[8]	刘旭, 张楷文, 张磊, 王胜, 岳旭. 城市生活垃圾各组分焚烧与热解行为研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(5): 9-16.
[9]	刁国华, 潘立卫, 范琳, 韩新宇, 钟和香. 二氧化碳电化学还原用铜基催化剂研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(4): 1-8.
[10]	朱利明，于芳. 多种新型手性磷酸催化剂的合成[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(2): 13-16.
[11]	詹琪，李爽，宗芳，杨长生，马会强. 双金属催化过硫酸盐降解偶氮染料[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(1): 8-12.
[12]	吴爽，刘金宇，刘心好，夏青林，邓桂春，王鑫. 生物质微波热解气化技术研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(5): 22-27.
[13]	王慎, 罗恒志, 冯旭浩, 刘丹, 桂建舟. 络合剂对加氢脱硫催化剂活性相影响的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(4): 6-10.
[14]	王彦, 王晓月, 曹瑞文, 班红艳, 李聪明. 二氧化碳加氢制甲醇反应机理研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(4): 11-20.
[15]	陈春茂, 曹越, 郝康宏, 王庆宏, 郭绍辉. 利用炼化废弃物协同臭氧处理炼化废水的技术策略展望[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2020, 40(4): 21-27.

过渡金属盐催化剂对抚顺油页岩热解的影响

Effect of Transition Metal Salt Catalysts on Pyrolysis of Fushun Oil Shale

HTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics