Pyrolysis of Oil Shale in Hydrogen at Elevated Pressure

Význam tématu

Pyrolýza ropného břidlice je klíčovou analytickou technikou pro stanovení obsahu organické hmoty v matečných horninách. Klasická pyrolytická analýza odhaluje složení alifatických a aromatických uhlovodíků. Rozšířením této metody o působení vodíku za zvýšeného tlaku a následnou katalytickou konverzi lze simulovat podmínky hlubinných rezervoárů a získat cenné informace o možných produktech rafinace.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo porovnat výsledky těkavých produktů z pyrolytického zahřívání ropné břidlice při atmosférickém tlaku a poté při 200 a 400 PSI vodíku. Studie demonstruje, jak vodíková atmosféra a katalytický reaktor ovlivňují složení a míru tvorby aromátů a rozpad dlouhých řetězců uhlovodíků.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzu prováděla pyroprobe HP-R spojená s GC/MS. Surový vzorek ropné břidlice byl zahřát na 750 °C po dobu 15 sekund. Produkt byl veden do platinového reaktoru při 500 °C pod tlakem vodíku 200 PSI a 400 PSI. Transportní plyn byl vodík s průtokem 40 ml/min. GC/MS podmínky:

• Kolona 30 m 0,25 mm 5 fenyl
• Carrier helium se split ratio 50 1
• Program teploty od 40 °C po 2 minutách rostoucí o 10 °C/min do 300 °C
• Rozsah detekce 35 600 AMU

Hlavní výsledky a diskuse

Atmosférická pyrolytická chromatografie ukázala typický profil dlouhých alifatů, aromátů a rozvětvených uhlovodíků. Při 200 PSI vodíku se kromě hydrogenace dvojných vazeb objevilo částečné krakování a zvýšená tvorba menších aromatických sloučenin. Při 400 PSI byl tento trend ještě výraznější s dalším navýšením množství aromátů a fragmentačních produktů. Zvýšení tlaku podporuje zkracování uhlovodíkových řetězců a formování stabilních aromatických kruhů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Získat bližší představu o chování skladby ropy při vodíkové rafinaci
• Simulovat hlubinné podmínky a predikovat vznik produktů
• Optimalizovat katalyzátory a provozní parametry pro průmyslovou aplikaci

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj může zahrnovat různé katalyzátory pro specifickou hydrogenaci a krakování, studium vlivu dalších plynů či doplňkových činidel, stejně jako integraci s hmotnostní spektrometrií s vysokým rozlišením pro detailní strukturální analýzu. Metodu lze aplikovat i na jiné typy matečných hornin a alternativní zdroje uhlovodíků.

Závěr

Přidání vodíku za zvýšeného tlaku a katalytické fáze do pyrolýzy ropné břidlice významně ovlivňuje složení uvolněných uhlovodíků. Výsledkem je zvýšená produkce aromátů a produktů krakování, což pomáhá lépe předpovídat chování suroviny při rafinačních procesech.

Reference

Greenwood P Sherwood N Willett G Chemical examination of some petroleum source rocks by laser pyrolysis mass spectrometry and flash pyrolysis gas chromatography mass spectrometry J Anal Appl Pyrolysis 31 1995 177 202