本發(fā)明涉及一種離子液體催化體系在催化油頁巖原位轉化中的應用，屬于非常規(guī)油氣田開采。

背景技術：

1、隨著能源需求持續(xù)攀升，傳統(tǒng)的常規(guī)油氣資源日益枯竭，非常規(guī)油氣資源因其豐富的儲量和廣泛的分布成為能源開發(fā)的熱點。其中，油頁巖作為典型的非常規(guī)油資源，因其蘊藏量巨大、潛力廣闊，受到了高度重視。油頁巖是一種富含可燃性有機質的沉積巖，孔隙中的固態(tài)有機部分干酪根在加熱時能產生頁巖油和頁巖氣。目前油頁巖的開發(fā)利用方式主要包括地面干餾和地下原位轉化兩種，較地面干餾，地下原位轉化具有污染小、收率穩(wěn)定等優(yōu)勢，但轉化過程中需要將油頁巖層加熱至500℃的高溫才能熱解得到油頁巖油，能源消耗巨大，產生的大分子烴類導出速率慢，有機質易結焦并易發(fā)生二次裂解，使得油頁巖中的油轉化速率和提取率降低。利用催化劑直接促進油頁巖的裂解和轉化，不僅提高了資源利用率，還能降低加熱溫度和能耗。而催化劑的選擇和設計成為提升催化轉化效果的關鍵。

2、目前，油頁巖熱解中使用的催化劑包括四大類：粘土礦物、天然礦石(蒙脫石、石膏、黃鐵礦等、無機化合物(金屬氧化物、金屬硫化物和金屬鹽類等)、分子篩和金屬負載類催化劑。中國專利文獻cn103878031a提供一種油頁巖熱解用催化劑，由以下質量百分含量的原料制成：分子篩2%~8%，活性白土1%~5%，有機鈷酸鹽10%~60%，金屬硫化物5%~20%，甘油酸酯8%~30%，石蠟15%~35%；所述有機鈷酸鹽為醋酸鈷、草酸鈷、環(huán)烷酸鈷和新癸酸鈷中的一種或幾種；所述金屬硫化物為硫化鉬和/或硫化鎳。但是其包含功能組分多，催化劑的穩(wěn)定性欠缺。中國專利文獻cn113353954a提供一種用天然礦物綠色合成梯級孔sapo-11分子篩的合成方法，包括以下步驟：先將熱活化高嶺土溶于正磷酸溶液，攪拌后加入去離子水、補充鋁源、模板劑，水熱晶化后離心得到固體產物，然后高溫焙燒脫除模板劑即得到所述分子篩。但傳統(tǒng)催化劑如分子篩、金屬氧化物等在油頁巖復雜環(huán)境中往往存在流動性差、易失活、回收困難等缺陷，限制了其實際應用。

3、離子液體作為一種新興的綠色催化介質，憑借其獨特的物理化學性質，在催化領域展現(xiàn)出巨大潛力。離子液體催化劑是以有機陽離子和有機或無機陰離子構成，可通過設計引入具有不同功能的官能團作為陰陽離子，實現(xiàn)離子液體功能化。例如以硫酸根、羧酸根或磺酸根等作為陰離子提高離子液體酸性，引入芳烴或烷烴側鏈改變離子液體的極性，添加過渡金屬提升其催化性能等。功能化離子液體在稠油改質降粘、促進瀝青質分散，提高采收率等方面有一定應用。例如，中國專利文獻cn106350051a公開了一種具有供氫功能和芳環(huán)雙核催化中心的離子液體催化劑，應用于稠油催化降黏中，證實了離子液體催化斷裂c-r（o、n、s）鍵的能力，促進稠油加氫降黏。但該方法合成的離子液體催化劑效果較差，降黏率僅為76.8%。中國專利文獻cn115058239a采用離子液體微乳液用于稠油改質降黏中，實現(xiàn)了低溫下稠油改質降黏反應的發(fā)生。該發(fā)明的缺點在于除了使用離子液體以外，同時添加了烴類、表面活性劑和助表面活性劑，以上物質均為有機質，成本較高，不利于工業(yè)應用。

4、目前離子液體催化劑均應用于稠油降黏改質中，并且所構建的催化體系涉及到多種有機物，未見采用無機物與離子液體催化劑構成催化體系應用于油頁巖原位催化轉化中。因此，提出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，尤其是針對現(xiàn)有油頁巖裂解催化劑與頁巖孔喉配伍性差、熱解效率低的問題，本發(fā)明提供了一種離子液體催化體系在催化油頁巖原位轉化中的應用。本發(fā)明的離子液體催化體系通過咪唑類前體和過渡金屬鹽反應得到離子液體催化劑，后續(xù)溶解于水中得到。該離子液體催化體系具備離子液體合成簡單、體系組成成分少、成本低、綠色環(huán)保的優(yōu)點，將其用在油頁巖原位催化熱解中，將油頁巖與離子液體催化體系混合，在co2存在下進行油頁巖裂解，可將裂解溫度降低至400℃，產油產氣率高，有利于推進油頁巖原位催化轉化工業(yè)化應用。

2、本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種離子液體催化體系在催化油頁巖原位轉化中的應用，具體應用方法如下：將油頁巖與離子液體催化體系混合，然后通入co2進行熱裂解，所述油頁巖與離子液體催化體系的質量比為1000:80~120；通入co2至熱裂解體系的壓力為4~6mpa。

4、根據(jù)本發(fā)明，所述離子液體催化體系的制備方法，包括步驟如下：

5、（1）將咪唑類前體加熱至反應溫度，加入鎳鹽，進行反應；反應完成后，經洗滌、干燥，得到離子液體催化劑；

6、（2）將離子液體催化劑加入水中，攪拌均勻，得到離子液體催化體系。

7、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（1）中所述咪唑類前體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（[bmim]cl）、1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽（[bmim]br）或1-丙基-3-甲基咪唑氯鹽（[pmim]cl）。

8、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（1）中所述鎳鹽為ni(no3)2·6h2o、nicl2·6h2o或ni(ococh3)2·4h2o。

9、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（1）中所述咪唑類前體與鎳鹽的摩爾比為1~3:1，進一步優(yōu)選為2:1。

10、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（1）中所述反應溫度為60~120℃，所述反應的時間為30~60h。

11、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（1）中所述洗滌為使用洗滌液離心洗滌至上清液ph為中性，所述洗滌液為二氯甲烷、正己烷、氯仿中的一種或幾種。

12、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（1）中所述干燥為在60~100℃下干燥8~18h。

13、根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟（2）中所述離子液體催化劑與水的質量比為1:50~200，進一步優(yōu)選為1:80~120。

14、本發(fā)明將上述離子液體催化體系應用于催化油頁巖原位轉化中，可以降低油頁巖裂解溫度，提高油氣采收率。

15、本發(fā)明的技術特點及有益效果如下：

16、1、本發(fā)明合成的離子液體催化體系僅涉及到一種有機物咪唑類前體，其余原材料（鎳鹽、水）均為無機物，合成過程簡單，耗時短，綠色環(huán)保無污染，生產成本低。

17、2、本發(fā)明的離子液體催化體系由過渡金屬型咪唑類離子液體、水構成。過渡金屬型咪唑類離子液體中芳香基團能夠與油頁巖中大分子有機質產生相互作用，阻礙其團聚，過渡金屬的lewis酸特性使其成為主要活性中心，引發(fā)c-c、c-n和c-s鍵斷裂，實現(xiàn)有機質裂解。水一方面可充當供氫劑，促進熱裂解，另一方面可將活性組分ni2+攜帶至油頁巖內部，提高熱解效率。同時，在離子液體催化體系與油頁巖混合后，再通入co2進行裂解，整個催化裂解體系中包含離子液體催化劑、水和co2，在反應溫度和壓力下，co2處于超臨界狀態(tài)，具有低粘度、高傳熱傳質率的特性，在油頁巖原位催化轉化中，能夠深入頁巖孔隙內，促進干酪根分解，提高油氣采收率。

18、3、油頁巖原位催化轉化過程是使用高溫加熱裝置對頁巖地層中的干酪根進行熱裂解，催化劑用于加速反應發(fā)生，降低反應溫度。本發(fā)明的催化裂解體系兼具催化、萃取雙功能，過渡金屬和近臨界水具有催化熱解能力，咪唑類離子液體和超臨界co2對烴類產物的良好溶解性可協(xié)助產物油品的萃取分離。在本發(fā)明的離子液體催化體系催化和裂解條件下，油頁巖原位轉化溫度降低至400℃，加熱效率增加，油氣采收率明顯提升。本發(fā)明的離子液體催化體系應用于油頁巖原位催化轉化中，可達到控制成本和增產增效的目的。