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随着全球能源需求增长和传统原油资源减少，油页岩作为替代能源受关注。但油页岩一步热解产物有局限，研究人员用 NMP、DMF 和 THF 溶胀高、低品位油页岩后热解，揭示溶胀热解机制，为优化溶剂选择提供参考。
在当今时代，能源领域正面临着巨大挑战。全球能源需求持续攀升，而传统原油资源却日益枯竭，就像逐渐干涸的泉水，供应愈发紧张。据国际能源署（IEA）预测，即便可再生能源发展迅速，在未来一段时间内，化石燃料依旧是全球能源结构的重要组成部分，原油的需求总量在 2023 - 2030 年间预计还会增长 3.2 万桶 / 日。但传统原油不仅储量减少，开采成本也不断增加，这就迫切需要寻找替代能源。油页岩，这种蕴含着巨大潜力的非常规烃类资源，因其丰富的脂肪族结构、较低的芳烃和氧含量，有望成为传统原油的有力替代品，备受科学界瞩目。它就像一座隐藏在地下的宝藏，等待着人们去挖掘和利用。
然而，从油页岩中获取能源的过程并非一帆风顺。通过一步热解得到的油页岩油，烯烃和重油成分占比过高，这大大限制了它的直接使用。为了解决这个问题，科研人员尝试了多种方法，比如预处理、催化热解和加氢精制等。但催化热解和加氢精制存在成本高昂的问题，催化剂的消耗以及加氢设备的额外投入，让这两种方法的应用受到了限制。相比之下，预处理中的溶胀处理脱颖而出，它操作条件温和、能耗低、成本也较低，而且溶胀过程中使用的溶剂还能回收利用，环保又经济。
尽管溶胀预处理有诸多优势，但对于富含干酪根的油页岩来说，其溶胀 - 热解的内在机制却并不明确。不同品位的油页岩，干酪根结构差异很大，尤其是非共价交联程度不同，这意味着可能需要针对不同品位制定特定的溶胀策略。在这样的背景下，国内的研究人员为了深入探究油页岩溶胀 - 热解的机制，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在了《Fuel》杂志上。
研究人员选用了抚顺油页岩（FOS）和南屯油页岩（NOS），将它们筛分至小于 250μm，并在 105°C 下干燥至恒重。接着，使用 N - 甲基吡咯烷酮（NMP）、N，N - 二甲基甲酰胺（DMF）和四氢呋喃（THF）这三种高电子供体数（EDN）溶剂对油页岩进行溶胀处理，随后在快速加热反应器中进行快速热解。研究中运用了傅里叶变换红外光谱（FTIR）和气相色谱 - 质谱联用（GC - MS）技术，对溶胀前后的油页岩样品、萃取化合物以及热解产物进行分析，并通过曲线拟合分析来探究溶胀和热解过程中的反应，进而揭示不同品位油页岩的溶胀 - 热解机制。
研究结果主要从以下几个方面展开：
- 溶胀对干酪根官能团的影响：通过 FTIR 光谱分析发现，两种油页岩干酪根在溶胀前后存在明显变化。在 3700 - 2800cm-1、1800 - 1000cm-1和 900 - 700cm-1这三个主要吸收区域，溶胀导致了官能团特征峰的改变。例如，3700 - 3100cm-1处代表 - OH 基团的宽峰，以及 3000 - 2800cm-1处代表脂肪族碳的峰，都发生了变化，这表明溶剂有效地破坏了羟基氢键。
- 不同品位油页岩的溶胀 - 热解机制：对于低品位的抚顺油页岩（FOS），溶胀 - 热解机制主要是增强了油页岩的自供氢能力，从而提高了热解油的饱和度；而对于高品位的南屯油页岩（NOS），溶胀预处理促进了化学键的断裂，增加了热解油中轻质芳烃的含量。这一发现揭示了溶胀预处理能够有效地改变油页岩的结构和热解过程。
- 热解产物的分析：利用 GC - MS 技术对热解油中的特定化合物进行鉴定，进一步明确了溶胀预处理对热解产物组成的影响。不同溶剂溶胀处理后的热解油，其成分差异明显，这与溶胀 - 热解机制密切相关。
研究结论表明，高 EDN 溶剂对不同品位油页岩的溶胀 - 热解机制存在显著差异。溶胀过程中的主要反应包括溶剂与干酪根的结合、羟基氢键的断裂、羟基向羰基的转化以及侧链的断裂，这些反应最终导致了热解产物分布的改变。这项研究为基于油页岩品位和目标产物分布来优化溶剂选择提供了重要的实验和理论依据，有助于更高效地利用油页岩资源，为缓解全球能源压力贡献了一份力量。同时，该研究也为后续相关领域的研究指明了方向，具有重要的科学价值和应用前景。
