MoS2在低熟有机质热演化生烃中的催化作用

doi:10.11743/ogg20230115

石油与天然气地质 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 186-194.doi: 10.11743/ogg20230115

MoS₂在低熟有机质热演化生烃中的催化作用

李亢^1,^2,^3,⁴(), 卢鸿^1,²(), 马宏良⁵, 赵忠峰^1,^2,³, 黄华梅⁴, 彭平安^1,²

^1.中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室，广东广州 510640
^2.中国科学院深地科学卓越创新中心，广东广州 510640
^3.中国科学院大学，北京 100049
^4.南海规划与环境研究院，广东广州 510300
^5.广东泽域实验设备有限公司，广东广州 510440

收稿日期:2022-05-27 修回日期:2022-11-10 出版日期:2023-01-14 发布日期:2023-01-13
通讯作者: 卢鸿 E-mail:likang1116@163.com;luhong@gig.ac.cn
第一作者简介:李亢（1994—），男，博士研究生，油气地球化学。E?mail： likang1116@163.com。
基金项目:
中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA14010102);国家重点研发计划重点专项(2017YFC0603102);国家重点研发项目(2019YFC0605502);国家自然科学基金项目(41973069)

Catalytic role of MoS₂ in hydrocarbon generation during thermal evolution of low-maturity kerogen

Kang LI^1,^2,^3,⁴(), Hong LU^1,²(), Hongliang MA⁵, Zhongfeng ZHAO^1,^2,³, Huamei HUANG⁴, Ping’an PENG^1,²

^1.State Key Laboratory of Organic geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, CAS, Guangzhou, Guangdong 510640, China
^2.CAS Center for Excellence in Deep Earth Science, Guangzhou, Guangdong 510640, China
^3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
^4.South China Sea Institute of Planning and Environment Research, Guangzhou, Guangdong 510300, China
^5.Guangdong Zeyu Experimental Equipment Co. , Guangzhou, Guangdong 510440, China

Received:2022-05-27 Revised:2022-11-10 Online:2023-01-14 Published:2023-01-13
Contact: Hong LU E-mail:likang1116@163.com;luhong@gig.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

MoS₂常用作有机质催化加氢热解的高效催化剂，通过活化流动相的高压H₂来提高热解产物的产率。但是MoS₂催化剂是否对有机质自身热演化生烃有影响却少有研究。为此，通过对低成熟Alum页岩干酪根及添加MoS₂催化剂的干酪根进行热模拟生烃对比实验，探究了MoS₂对干酪根热演化生烃的影响。实验结果表明MoS₂的加入使低熟干酪根具有更高的成烃潜力：①使轻烃（C_6-14）峰值产率增加且峰值温度前移24 ℃，但重烃（C₁₄₊）峰值产率显著降低，表明MoS₂加速了重烃向轻烃的热裂解转化；②使湿气产率在峰值温度（456 ℃）前轻微增加，但峰值温度后明显降低，表明MoS₂促进了湿气的生成及后期的裂解；③使甲烷（C₁）产率明显增加，特别是在528 ℃后C₁增加了近50 %，这可能是因为MoS₂促进了高-过成熟阶段干酪根的加氢作用；④通过FeS₂（黄铁矿）与MoS₂催化效应的系统对比，认为两种催化效应的差异主要受催化剂的结构、稳定性及硫的活性控制。

关键词: MoS₂催化剂, 加氢, 催化效应, 硫, 热模拟, 干酪根, 生烃潜力

Abstract:

MoS₂ has been commonly used as an efficient catalyst for the kerogen hydropyrolysis to improve the yield with activated high-pressure and mobile phase of H₂. However， there is little document on whether MoS₂ has a certain effect on the thermal maturation of organic matter and hydrocarbon generation. In this study， the effects of MoS₂ on the thermal evolution of organic matter and hydrocarbon generation are investigated by comparative thermal simulation experiments on kerogen of low maturity from the Alum Shale with and without MoS₂ added. The results show that low-mature kerogen has greater potential for hydrocarbon generation in presence of MoS₂. MoS₂ acts to increase the peak yield of light hydrocarbons （C_6-14）， while decrease the peak yield of heavy hydrocarbons （C₁₄₊）， and lowering the temperature of peak hydrocarbon generation by about 24 ℃ at the same time， indicating that MoS₂ serves to accelerate the thermal cracking of heavy hydrocarbons to light hydrocarbons. The adding of MoS₂ also can slightly increase the yield of wet gases （C_2-5） before the peak hydrocarbon generation temperature （456 ℃） is reached， but significantly decrease it after the temperature surpasses its peak hydrocarbon generation value， indicating that MoS₂ can promote the generation and later cracking of wet gases. In addition， the existence of MoS₂ also remarkably raise the yield of methane （C₁）， especially at a temperature higher than 528 ℃ when the methane yield increases by nearly 50 %， a possible result of MoS₂ promoting the hydrogenation of kerogen at the high-to-over-mature stage. The difference of catalytic effect between pyrite （FeS₂） and MoS₂ is systematically compared， which is mainly controlled by the structure， stability and sulfur activity of catalysts.

Key words: MoS₂ catalyst, hydrogenation, catalytic effect, sulfur, thermal simulation, kerogen, hydrocarbon generation potentia

中图分类号:

TE122.1

李亢,卢鸿,马宏良,等. MoS₂在低熟有机质热演化生烃中的催化作用[J]. 石油与天然气地质, 2023, 44(1): 186-194. doi: 10.11743/ogg20230115 Kang LI,Hong LU,Hongliang MA,et al. Catalytic role of MoS₂ in hydrocarbon generation during thermal evolution of low-maturity kerogen[J]. Oil & Gas Geology, 2023, 44(1): 186-194. doi: 10.11743/ogg20230115

图/表 9

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表1

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参考文献 35

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样品号	产率/（mg·g^-1）
样品号	C₁	C₂H₆	C₃H₈	iC₄	nC₄	iC₅	nC₅	C₂—C₅	C₁—C₅	C₆—C₁₄	C₁₄₊	CO₂	H₂	H₂S
Alum-336	1.61	1.03	0.54	0.15	0.13	0.07	0.03	1.94	3.55	8.80	51.83	18.05	0.02	1.31
Alum-360	4.48	7.98	2.00	0.29	0.38	0.28	0.37	11.31	15.79	19.48	204.49	24.43	0.03	2.02
Alum-384	13.74	14.41	11.69	1.96	5.83	1.63	2.64	38.15	51.89	37.00	225.16	36.19	0.05	6.48
Alum-408	25.25	23.21	18.78	3.20	9.50	2.81	4.68	62.18	87.42	39.42	109.90	34.52	0.10	7.00
Alum-432	43.47	33.84	27.74	5.01	13.42	4.22	6.25	90.48	133.95	46.34	44.91	38.35	0.14	7.51
Alum-456	69.38	45.85	36.86	7.29	15.83	4.20	5.57	115.60	184.98	38.97	14.26	44.30	0.22	9.10
Alum-480	103.32	54.79	34.86	6.95	7.79	1.05	0.74	106.18	209.51	13.41	13.01	51.68	0.31	8.10
Alum-504	140.61	51.50	16.88	2.53	0.58	0	0	71.50	212.11	4.36	20.82	60.08	0.48	6.04
Alum-528	181.21	30.10	1.79	0.07	0.04	0	0	32.00	213.22	1.28	25.92	66.16	0.56	4.31
Alum-552	203.43	10.14	0.26	0	0	0	0	10.40	213.83	0.58	12.80	67.08	0.59	3.53
Alum-576	219.06	1.19	0	0	0	0	0	1.19	220.25	0.95	8.27	78.35	0.64	0
Alum-600	222.87	0.65	0	0	0	0	0	0.65	223.52	0.93	15.81	88.67	0.81	0
Alum-MoS₂-336	2.16	1.58	0.89	0.20	0.25	0.12	0.08	3.11	5.27	11.43	62.99	37.11	0.01	2.24
Alum-MoS₂-360	7.64	8.19	6.75	1.10	3.23	0.88	1.32	21.48	29.12	30.56	190.18	57.63	0.04	17.85
Alum-MoS₂-384	18.23	17.51	14.06	2.26	7.06	1.97	3.30	46.17	64.40	49.11	168.37	45.38	0.10	18.97
Alum-MoS₂-408	29.97	25.15	20.02	3.21	9.55	2.74	4.24	64.91	94.88	62.06	70.07	44.38	0.13	21.98
Alum-MoS₂-432	55.12	36.63	29.02	5.20	12.99	3.92	5.30	93.06	148.18	40.45	65.96	43.94	0.23	28.04
Alum-MoS₂-456	79.05	44.76	33.99	6.47	12.77	3.07	3.64	104.70	183.76	27.21	47.53	55.57	0.33	27.11
Alum-MoS₂-480	110.42	48.96	28.86	4.93	5.21	0.41	0.31	88.68	199.10	24.54	18.35	62.83	0.47	24.36
Alum-MoS₂-504	165.87	35.93	7.05	0.58	0.12	0	0	43.68	209.55	15.68	20.26	80.68	0.72	18.63
Alum-MoS₂-528	203.03	14.07	0.69	0	0	0	0	14.76	217.78	3.61	15.77	97.28	0.86	16.54
Alum-MoS₂-552	245.68	5.69	0	0	0	0	0	5.69	251.38	1.77	20.62	112.3	1.01	18.03
Alum-MoS₂-576	275.51	5.25	0	0	0	0	0	5.25	280.76	1.94	13.18	142.6	1.05	18.77
Alum-MoS₂-600	292.49	0.64	0	0	0	0	0	0.64	293.13	1.05	16.41	153.8	1.10	15.18

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MoS₂在低熟有机质热演化生烃中的催化作用

Catalytic role of MoS₂ in hydrocarbon generation during thermal evolution of low-maturity kerogen

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图/表 9

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