钙改性HZSM-5 分子筛对油页岩热解特性的影响研究

杨天华 ，刘家兴 ，李秉硕 ，翟英媚 ，王 建 ，佟勃霖

（沈阳航空航天大学 能源环境学院，辽宁 沈阳 110136）

油页岩作为非传统化石能源，含有一种复杂的不溶于有机溶剂的有机物—干酪根，具有很高的产油产气潜力。干酪根中的脂肪族化合物可以通过热解，在高温下发生裂解、环化、缩聚等热化学反应转化为热解气和页岩油，而芳香族化合物经过进一步缩聚形成残炭[1-4]。热解气成分主要为H2、CO、CO2和CH4等气体，页岩油以脂肪烃和芳香烃为主[5]，具有很高的利用价值。

HZSM-5 分子筛因合适的孔道结构和丰富的酸性位点，具有良好的择形性和催化活性，经常被作为煤、生物质等物质的热解催化剂而使用。为了提升催化性能，目前，使用较为广泛的改性方法为碱处理和金属改性。沸石分子筛经过碱处理可以使微孔向介孔转换，热解产物在孔道中更顺利的扩散，减少结焦的形成，提高催化剂使用寿命[6,7]。除此之外，经金属改性的HZSM-5 分子筛的孔道结构和酸性位点均会发生改变，金属会以氧化物的形式附着在HZSM-5 的孔道和表面，对于氢转移和脱氧反应具有催化作用，可以进一步促进烃类的裂解[8]。另外轻质的有机物在分子筛孔道中形成“烃池”，加强Diels-Alder 反应从而增加芳香烃产量[3]。

同时，CaO 作为一种廉价易得的碱土金属氧化物，在催化热解中也有着广泛的应用。Dai 等[9]使用HZSM-5 分子筛和CaO 共同催化螺旋藻和油页岩热解，发现CaO 以选择性脱羧促进芳构化的方式，降低了焦油中酸含量。Zhang 等[10]采用ZSM-5分子筛与CaO 共催化干酪根与灌木热解，发现CaO 可以促进大分子化合物裂解成小分子化合物，并钝化ZSM-5 的酸位点，从而减少结焦的生成。……