加工化石类能源物质的催化剂、物料、催化热解化石类能源物质的方法、加工油页岩的方法技术

本发明专利技术涉及矿采、化石类能源技术领域，具体涉及一种在加工化石类能源物质中应用的催化剂、一种用于化石类能源物质加工的物料、一种催化热解化石类能源物质的方法、一种加工油页岩的方法。该催化剂包含活性组分，且所述活性组分选自酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物，可以明显降低化石类能源物质热解加工过程的活化能。加工过程的活化能。加工过程的活化能。

【技术实现步骤摘要】
加工化石类能源物质的催化剂、物料、催化热解化石类能源物质的方法、加工油页岩的方法


[0001]本专利技术涉及矿采、化石类能源
，具体涉及一种在加工化石类能源物质中应用的催化剂、一种用于化石类能源物质加工的物料、一种催化热解化石类能源物质的方法、一种加工油页岩的方法。

技术介绍

[0002]以原油为代表的常规化石类能源的有限储量以及人们对能源需求的不断增加，使能源危机成为了限制和妨碍人类社会可持续良性发展的主要瓶颈之一。除了大力发展生物质能、地热能、风能、太阳能、水能、海洋能等可再生非化石能源类清洁能源外，实现以油页岩、页岩油、稠油等为代表的非常规化石类能源的有效开发和利用，亦引起了科学
和社会各界的广泛关注，被认为是有望补充或者替代常规化石类能源的重要途径和契机之一。作为一种重要的非常规化石类能源，油页岩是一类具有片层状结构特征的高灰分致密沉积岩。目前全球已探明的油页岩资源储量高达约10万亿吨，折算为页岩油后的储量约为6890亿吨，而全球可开采原油储量约为1700亿吨。从储量层面来看，前者基本上为后者的近4倍之多。目前，我国已探明的油页岩储量高达约7199亿吨，可折算成约476亿吨页岩油，位居世界第二位，足见其巨大的开发潜力和重要的战略意义。
[0003]在非氧化性或弱氧化性的无氧或贫氧环境条件下，通过加热来处理油页岩，是当前在实验室层面对油页岩进行研究以及在工业化规模层面对其进行开采的重要途径之一。从一定程度上来看，加热处理几乎贯穿了油页岩开采过程的各个环节。尽管目前人们已经发展了各种加热手段以为其开采提供有效的热能驱动，但大量热能的使用却从很大程度上增加了其能耗、时间、环境以及设备等成本。
[0004]因此，亟需一种能够降低化石类能源物质，如油页岩，热解加工过程中的活化能的解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有用于热解加工化石类能源物质过程中的活化能高的问题，提供一种在加工化石类能源物质中应用的催化剂、一种用于化石类能源物质加工的物料、一种催化热解化石类能源物质的方法、一种加工油页岩的方法，能够明显降低化石类能源物质进行热解加工的活化能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种在加工化石类能源物质中应用的催化剂，该催化剂包含活性组分，且所述活性组分选自酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物。
[0007]优选地，所述酞菁和/或其衍生物的结构式如式(I)所示，所述卟啉和/或其衍生物的结构式如式(II)所示：
[0008][0009]其中，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
各自独立地为通过化学合成键合到式(I)或式(II)结构式上的取代基团；和/或，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
中任意相邻的两个侧基之间成环或不成环；
[0010]其中，M和M
′
各自独立地选自金属元素和/或非金属元素。
[0011]本专利技术第二方面提供一种用于化石类能源物质加工的物料，该物料包括催化剂和化石类能源物质，其中，所述催化剂包含活性组分，且所述活性组分选自酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物；
[0012]其中，所述催化剂和化石类能源物质的重量比为1:5000～10:1，优选为1:1～1:1000。
[0013]本专利技术第三方面一种催化热解化石类能源物质的方法，该方法包括：在缺氧或惰性气体或非氧化性气体的氛围下，将催化剂与化石类能源物质接触并进行热解反应，以降低热解反应的活化能，得到热解产物；
[0014]其中，所述催化剂包含活性组分，且所述活性组分选自酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物。
[0015]本专利技术第四方面提供一种加工油页岩的方法，该方法包括：在缺氧或惰性气体或非氧化性气体的氛围下，将催化剂与油页岩混合并进行热解反应，得到热解产物，以实现油页岩热解反应活化能的降低；
[0016]其中，所述催化剂包含活性组分，且所述活性组分选自酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物。
[0017]相比现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0018](1)从多样性层面来看，以矿物、金属氧化物、金属盐等为代表的经典无机催化体系具有一定局限性，这从很大程度上限制了实践中可供选择的催化材料范围。本专利技术提供的技术方案中，选用的催化剂中，选用酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物作为活性组分，尤其是以式(I)/式(II)所示的化合物直接作为催化剂使用，能够实现化石类能源物质进行热解反应过程的活化能降低，该类化合物具有的大环中心空腔可以填充70多种包括过渡金属、稀土金属、碱金属、碱土金属等在内的金属元素或非金属元素。更为重要的是，可以通过分子科学工程，在该类大环分子体系上嫁接各种化学官能团或取代基(例如，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
，包含但不限于本专利技术说明书中列举的官能团或取代基(仅用于举例示例)，只要能够实现在所述大环分子体系上通过化学合成键合的即可)，亦可在其中心金属上嫁接各种配体(包含但不限于本专利技术说明书中列举的配体(仅用于举例示例)，只要能够
实现与所述大环分子体系上的中心金属形成配位关系即可)。这些因素赋予了该类化合物丰富的多样性和灵活性，进而为其作为油页岩热解催化剂的应用提供了丰富多样的可选择材料基础。
[0019](2)负载于载体上的复合催化材料可以同时发挥载体和催化剂的催化性能，因此复合催化材料是倍受关注的重要催化体系之一。基于金属氧化物、无机矿物的经典催化材料在溶剂中极小的溶解度，从实践层面为实现这类传统催化剂与其他载体的复合带来了一定困难。与此不同的是，本专利技术所采用的酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物，尤其是式(I)/式(II)所示化合物在诸多溶剂中具有良好的溶解性，这便于通过简单的溶剂浸渍来实现其与其它载体的复合，进而有利于构筑种类繁多的基于(I)/式(II)所示化合物的针对油页岩热解的新型复合催化材料。
[0020](3)本专利技术中，基于(I)所示化合物的催化剂可以将热解加工过程的活化能降低25％左右；基于(II)所示化合物的催化剂可以将热解加工过程的活化能降低10％左右。
[0021](4)尽管负载于载体上的(I)/式(II)所示化合物对油页岩热解活化能的降低仅为12％左右，但其负载量仅为约0.07％左右。一方面，这表明了该类催化材料优良的催化活性。另一方面，这表明通过采用复合催化体系，可以在(I)/式(II)所示化合物用量极低的情况下实现油页岩热解活化能的降低。提高加工化石类能源物质(如油页岩)的油气产率。
附图说明
[0022]图1A是不含酞菁衍生物的原始摩洛哥油页岩体系在不同升温速率下的TG曲线；图1B是不含酞菁衍生物的原始摩洛哥油页岩体系在不同升温速率下的DTG曲线；图1C是含酞菁衍生物的摩洛哥油页本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在加工化石类能源物质中应用的催化剂，其特征在于，该催化剂包含活性组分，且所述活性组分选自酞菁和/或其衍生物，和/或，卟啉和/或其衍生物。2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述酞菁和/或其衍生物的结构式如式(I)所示，所述卟啉和/或其衍生物的结构式如式(II)所示：其中，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
各自独立地为通过化学合成键合到式(I)或式(II)结构式上的取代基团；和/或，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
中任意相邻的两个侧基之间成环或不成环；其中，M和M'各自独立地选自金属元素和/或非金属元素。3.根据权利要求2所述的催化剂，其中，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
各自独立地选自H、卤素、未取代或取代的C1‑
C
20
的烷基、未取代或取代的C1‑
C
20
的烷氧基、未取代或取代的C6‑
C
30
的芳基、未取代或取代的C4‑
C
30
的杂环芳基、未取代或取代的C2‑
C
20
的酯基、未取代或取代的C2‑
C
20
的羰基、未取代或取代的C2‑
C
20
的醚基、烯基、炔基、胺基、酰胺基、硝基、羧基、磺基、羟基或巯基；优选地，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
各自独立地选自H、卤素、未取代或取代的C1‑
C
16
的烷基、未取代或取代的C1‑
C
16
的烷氧基、未取代或取代的C6‑
C
18
的芳基、未取代或取代的C5‑
C
18
的杂环芳基、未取代或取代的C2‑
C
12
的酯基、未取代或取代的C2‑
C
12
的羰基、胺基、酰胺基、硝基、羧基、磺基、羟基或巯基；优选地，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
各自独立地选自H、卤素、C1‑
C4的烷基、C1‑
C4的烷氧基、C6‑
C
10
的芳基；优选地，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
各自独立地选自H、F、甲基、甲氧基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、苯基、苄基；优选地，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
中存在的取代基各自独立地选自卤素、胺基、硝基、磺基、羟基、巯基、O、N、S，优选选自卤素、胺基、羟基、巯基、O、N、S，更优选选自F、O、N、S。4.根据权利要求2或3所述的催化剂，其中，R1‑
R
16
和R'1‑
R'
12
中任意相邻的两个侧基之间成环或不成环，且形成的环上具有或不具有取代基；优选地，所述成环形成饱和或不饱和的环状结构，所述环状结构含有或不含有杂原子；优选地，所述环状结构选自含或不含杂原子的、饱和或不饱和的多元环和/或其衍生物，优选选自芳环和/或其衍生物、苯和/或其衍生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏磊，徐国敬，李彭，王振鹏，王楠楠，刘鸣华，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：