基于分子动力学模拟蒙脱石对油页岩干酪根热解的影响摘要
油页岩作为一种非常规油气资源,其储量丰富,可通过热解/干馏转化为页岩油和热解气,能作为石油、天然气资源的替代和补充。油页岩是一种高灰分沉积岩,其中有机质的主体部分为干酪根,是产生油气的主要组分,而无机矿物质与有机质均匀细密地混合在一起,在热解过程中必然起到关键的作用,因此探究矿物质对干酪根热解的影响规律和作用机理对于实现热解过程调控、提高干酪根转化率与产物品质具有重要意义。本文采用基于反应力场(Reax FF)的分子动力学模拟方法,研究了绿河油页岩干酪根在有/无蒙脱石矿物质存在条件下的热解反应过程,分析了不同温度下热解的产物分布及矿物质与有机质之间的非键作用特征。通过对比有/无蒙脱石热解体系在升温过程中的产物分布特征,表明了蒙脱石对干酪根热分解具有很强的促进作用,并且降低体系的热解反应温度、拓宽反应的温度跨度。蒙脱石的存在促进了干酪根热解反应中轻质油组分的增加及重质油组分的减少。在一系列特征温度下的恒温模拟结果表明,加蒙脱石热解可以增加小分子片段产率,并抑制高温下大分子片断发生聚合反应。蒙脱石对油页岩干酪根热解具有吸附和催化两种作用,催化作用可以用碳正离子机理解释,吸附作用体现在干酪根和蒙脱石之间存在巨大的非键作用力。
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