青川沥青热解行为的多尺度解析：环境参数与矿物组分的协同调控机制

针对天然沥青热解机制不清、能效转化率低等问题，研究人员通过TG-DSC-FTIR联用技术系统研究了青川沥青(QCB)在空气/惰性气氛下的三阶段热解行为(LTO/FD/HTO)，揭示了加热速率、样品质量及黏土矿物(蒙脱石>伊利石>高岭石)对氧化峰温的调控规律，为优化沥青能源化利用提供了关键参数。

　　

在全球能源转型背景下，如何高效开发非常规油气资源成为关键课题。青川沥青(QCB)作为中国储量最大的天然沥青资源(超1亿吨)，其高沥青烯(Asphaltenes)和干酪根(Kerogen)含量、复杂的黏土矿物组成(含伊利石、高岭石、蒙脱石等)，使得传统热解工艺面临能效转化率低、排放控制难等挑战。现有研究多聚焦单一因素影响，缺乏对多参数协同作用的系统认知，制约着这一战略资源的工业化开发。

针对这一瓶颈，中国国家自然科学基金委资助的研究团队通过标准化实验平台，首次对QCB开展了多参数耦合的热解机制研究。研究人员采用同步热分析-红外联用技术(TG-DSC-FTIR)，在统一原料基础上系统考察了外源参数(气氛、升温速率)与内禀因素(组分、黏土矿物、样品质量)的交互影响。关键技术包括：1) 采用四川广元神通矿业提供的原矿样本；2) 通过TG-DSC-DTG三线联用解析质量变化与热流特征；3) 利用TG-FTIR监测CO₂(2250-2400 cm^-1)、轻烃(2800-3000 cm^-1)等气态产物；4) 对比不同黏土矿物(蒙脱石/伊利石/高岭石/绿泥石/地开石)的催化活性。

燃烧阶段划分
热分析揭示QCB在空气中的燃烧呈现三阶段重叠特征：低温氧化阶段(LTO, 30-400°C)以挥发分氧化为主；燃料沉积阶段(FD, ≈400-485°C)发生聚合/缩合反应形成半焦；高温氧化阶段(HTO, ≈485-620°C)完成焦炭氧化。值得注意的是，450°C以上富氧环境会引发额外放热反应，与无氧条件下的热裂解路径形成鲜明对比。

外源参数影响
升温速率提升10°C/min可使氧化峰温偏移达20°C，反映动力学加速效应；而样品质量增加会延迟HTO阶段，FD阶段峰值温度因轻烃浓度升高而降低，CO₂和H₂O产率提升15%。

组分-矿物协同效应
干酪根含量增加会使FD和HTO阶段热转变区间拓宽30%；黏土矿物对HTO阶段催化活性呈现蒙脱石>伊利石>高岭石>绿泥石>地开石的序列，其中蒙脱石因酸性位点丰富可使氧化峰温降低达40°C。

该研究首次建立了QCB热解的多参数调控模型，证实通过调控黏土矿物类型(优选蒙脱石)与工艺参数(控制升温速率5-15°C/min、样品量<10mg)，可使燃烧效率提升30%。这些发现不仅为青川沥青资源的精准开发提供了理论依据，其揭示的黏土矿物催化机制对全球重油热转化技术具有普适指导价值。论文成果发表于《Fuel Communications》，相关参数已被新疆油田公司应用于现场试验(AHH019项目)。