一种利用电子束制备页岩油和页岩气的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及油页岩制备页岩油、页岩气技术。
【背景技术】
[0002]电子束以其高能量和快速作用于物体而闻名。是一种改性高分子材料的的新颖有效方法，其能量能诱导各种反应，尤其适用于高分子材料的降解、接枝、固化。电子束热解加热机制明显有别于干馏法，可使植物物质转换成液体燃料，产率是传统的干馏法几倍，例如:电子束降解纤维素、木材、稻草等，得到有机冷凝物的产率大于50 %，且焦油中包含少量的烷基苯和烃基。
[0003]油页岩中的干酪根也属于一种结构复杂的高聚物，目前油页岩制备页岩油的实质就是采用热能干馏方式，使油页岩中干酪根发生裂解反应，此外也有利用微波法使油页岩干酪根发生裂解反应制备页岩油的研宄，地下干馏也有电能、热能等方式，但油页岩制备页岩油的关键还是提供附加能量给油页岩干酪根，使其发生裂解反应生成低分子的烃类化合物而形成页岩油。
[0004]电子束辐射方法能量密度大、操作简便、时间短、方法新颖、先进，将电子束用于油页岩干酪根的裂解反应也是一种有意义的探索尝试，目前还没有关于这方面的研宄报道，基于此点，本专利采用高能量密度的电子束用于油页岩，制备页岩油、页岩气。
[0005]本
【发明内容】
发明的目的在于提供一种以油页岩为原料，利用电子束制备页岩油、页岩气的方法。
[0006]本发明所提供的电子束制备页岩油、页岩气的方法，包括以下步骤:
I)将油页岩破碎，过筛，取粒度为0.5?0.05mm油页岩3_5g，装入电子束用石英反应器中。
[0007]2)启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度小于3X10_2Pa后，采用强流脉冲电子束辐照油页岩；处理参数为:加速电压2-15kV，电流80-200A，脉冲间隔20-60秒，脉冲次数为30-180次。
[0008]3)反应后的产物经水冷冷凝器冷凝，收集页岩油和页岩气。
[0009]根据油页岩辐射前的质量和冷凝器中页岩油的质量，得出页岩油产率；根据油页岩辐射前的质量，冷凝器中页岩油的质量，辐照后油页岩渣的质量，由质量差算出页岩气产率。应用红外光谱对页岩油及辐照后的残渣进行基团分析，根据有机基团透射峰的强度的减弱，说明油页岩经辐射后，有机质含量减少。应用X射线衍射分析经电子束辐照前后油页岩中无机物的变化，由于有机物X射线衍射峰为馒头峰，根据辐照后X射线谱图中衍射峰强度的增加，再次验证经辐照后，油页岩中有机质的含量减少。
[0010]所述的加速电压优选8-15kV，电流优选120-180A，脉冲间隔优选40-50秒，脉冲次数优选50-170次。
[0011]所述的油页岩为辽宁抚顺、吉林桦甸或山东龙口油页岩。
[0012]所述的油页岩中的有机质含量为5%?40%。
[0013]所述的油页岩中的有机质优选为20 %?30 %。
[0014]所述的油页岩的粒径为0.05?5.0mm。
[0015]所述的油页岩的粒径优选0.075?2mm。
[0016]所述的油页岩是在电子束辐射前转入石英反应器中。
[0017]所述的页岩油产率范围为8.3%?27.6%，页岩气的产率范围为5.98%?7.71%。
[0018]本发明的有益效果:采用强流脉冲电子束辐射制备页岩油、页岩气，可处理小颗粒油页岩，具有操作简单，熬时短的优点，是一种全新的制备页岩油、页岩气的方法。
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例1的页岩油红外光谱图；该页岩油和应用普通干馏法制备的页岩油类似:谱带波数在3700 cm—1?3100 cm—1是由于页岩油中存在的游离水及页岩油结构中存在羟基的结果；波数3000 CnT1?2800 cm―1是脂肪链的碳氢伸缩振动引起的，1650cm—1是芳烃及烯烃的双键振动的贡献。
[0020]图2为本发明按实施例1中电子束脉冲后抚顺油页岩的红外光谱图，电子束脉冲次数分别为20次、30次、40次、50次、60次时，得到的油页岩渣红外光谱图；其中波数在3700?3100 CnT1的吸收峰是-OH的伸缩振动引起的，表明油页岩渣中仍然含有一定水份，波数3000 CnT1?2800 cnT1是脂肪链的碳氢伸缩振动引起的，1650 cnT1是芳烃及烯烃双键振动的贡献。随着电子束脉冲次数的增加，波数位于3000?2800 cm—1的脂肪族的特征峰明显减弱。由此可见，电子束脉冲油页岩，生成的气体的产物主要为脂肪族化合物；
图3为本发明按实施例1中电子束脉冲后抚顺油页岩的XRD图，分别用电子束仪冲击薄片状抚顺油页岩样品，脉冲次数为20次、30次、40次、50次、60次时的冲击结果的衍射图；由图可看到，随着冲击次数的增加，X射线衍射分析图谱的衍射峰增强。这是因为随着冲击次数的增加，油页岩中干酪根含量减少，晶质成分相对增加，另外也可能是因为增加冲击次数促使样品中的小晶粒团聚生成大颗粒，结晶度提高，表现出衍射峰增强。
具体实施方案
[0021 ] 实施例中油页岩、强流脉冲电子束仪器、涡轮分子泵均为市购产品。
[0022]实施例1
1、将抚顺油页岩破碎，过筛，取粒度为0.090 mm油页岩3g，油页岩有机含量为5%，装入电子束用石英反应器中。
[0023]2、启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度2.6 X 1-2Pa,采用强流脉冲电子束辐照油页岩，进行表面合金化处理；处理参数为:加速电压8k，电流150A，脉冲间隔30秒，脉冲次数分别为20次、30次、40次、50次、60次后油页岩残渣的红外光谱如图2所示，油页岩残渣的XRD衍射图如图3所示，由图可知，辐照处理后，随着脉冲次数的增加，油页岩中有机质的含量逐渐减少。
[0024]3、反应后的产物经水冷冷凝器冷凝，收集页岩油和页岩气。
[0025]4、按照本实施方案，脉冲次数为40次辐照处理，得页岩油产率8.3%、页岩气产率5.98%。按照本实施方案，得到的页岩油红外光谱如图1所示。
[0026]实施例2 1、将抚顺油页岩破碎，过筛，取粒度为0.05mm油页岩3g，油页岩有机含量为20%，装入电子束用石英反应器中。
[0027]2、启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度2.5X10_2Pa，采用强流脉冲电子束辐照油页岩，进行表面合金化处理；处理参数为:加速电压10kv，电流160A，脉冲间隔40秒，脉冲次数为50次，
3、反应后的产物经水冷冷凝器冷凝，收集页岩油和页岩气。
[0028]4、得页岩油产率8.9 %、页岩气产率6.03 %。
[0029]实施例3
1、将龙口油页岩破碎，过筛，取粒度为2mm油页岩3g，油页岩有机含量为40%，装入电子束用石英反应器中。
[0030]2、启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度2.3X10_2Pa，采用强流脉冲电子束辐照油页岩，进行表面合金化处理；处理参数为:加速电压12kV，电流180A，脉冲间隔50秒，脉冲次数为60次，
3、反应后的产物经水冷冷凝器冷凝，收集页岩油和页岩气。
[0031]4、得页岩油产率22.8 %、页岩气产率7.07 %。
[0032]实施例4
1、将桦甸油页岩破碎，过筛，取粒度为5.0mm油页岩3g，装入电子束用石英反应器中。
[0033]2、启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度2.0X 10_2Pa，油页岩有机含量为30%，采用强流脉冲电子束辐照油页岩，进行表面合金化处理；处理参数为:加速电压15kV，电流140A，脉冲间隔40秒，脉冲次数为50次，
3、反应后的产物经水冷冷凝器冷凝，收集页岩油和页岩气。
[0034]4、得页岩油产率27.6 %、页岩气产率7.71 %。
【主权项】
1.一种利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:包括以下步骤: I)将油页岩破碎，过筛，取粒度为0.5?0.05mm油页岩3_5g，装入电子束用石英反应器中； 2)启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度小于3X10_2Pa后，采用强流脉冲电子束辐照油页岩；处理参数为:加速电压2-15kV，电流80-200A，脉冲间隔20-60秒，脉冲次数为30-180次； 3)反应后的产物经水冷冷凝器冷凝，收集页岩油和页岩气。
2.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的加速电压优选8-15kV，电流优选120-180A，脉冲间隔优选40-50秒，脉冲次数优选50-170次。
3.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的油页岩为辽宁抚顺、吉林桦甸或山东龙口油页岩。
4.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的油页岩中的有机质含量为5%?40%。
5.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的油页岩中的有机质优选为20%?30%。
6.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的油页岩的粒径为0.05?5.0mm。
7.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的油页岩的粒径优选0.075?2mm。
8.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的油页岩是在电子束辐射前转入石英反应器中。
9.采用权利要求1所述的利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，其特征在于:所述的页岩油产率范围为8.3%?27.6%，页岩气的产率范围为5.98%?7.71%。
【专利摘要】一种利用电子束制备页岩油和页岩气的方法，包括如下工艺步骤：包括以下步骤：1）将油页岩破碎，过筛，取粒度为0.5～0.05mm油页岩3-5g，装入电子束用石英反应器中。2）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度小于3×10-2Pa后，采用强流脉冲电子束辐照油页岩；3）反应后的产物经水冷冷凝器冷凝，收集页岩油和页岩气。本发明的有益效果：采用强流脉冲电子束辐射制备页岩油、页岩气，可处理小颗粒油页岩，具有操作简单，熬时短的优点，是一种全新的制备页岩油、页岩气的方法。
【IPC分类】C10G1-00, C10B53-06
【公开号】CN104593035
【申请号】CN201410835733
【发明人】刘艳辉, 苏镜宇, 高景龙, 智业, 王迪, 曹健
【申请人】沈阳理工大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月30日