大港减压渣油的多层次分离与组成结构研究

采用超临界戊烷萃取分馏技术，分离了大港减压渣油，得到16个窄馏分和1个萃余残渣，对其组成和结构进行了表征；对超临界萃取分离窄馏分进行了四组分分离，研究了饱和分、芳香分、胶质和沥青质等亚组分的元素组成、相对分子质量分布和平均分子结构。结果表明，由窄馏分得到的四组分（SARA）性质结构差别很大，饱和分的平均分子结构最简单，芳香分的平均相对分子质量最小，胶质中的硫、氮含量最多，从萃余残渣中得到的沥青质相对分子质量分布范围最宽（200~40000）。     

大港减压渣油超临界萃取萃余残渣结构特征研究

〗通过超临界萃取方法对大港减压渣油进行深度窄馏分切割，利用钌离子催化氧化（RICO）对其抽余残渣进行选择性降解，对降解生成的混合物进行分离，其中非挥发性羧酸进行甲酯化处理，挥发性羧酸进行苯甲酰甲酯化，最后分别利用GC-MS等方法进行定性定量分析。结果表明，大港减压渣油超临界萃取萃余残渣分子中含有大量与芳环相连的正构烷基侧链和桥接芳环的聚亚甲基链，芳环的缩合程度小于利用结构族组成等分析方法分析大港减压渣油沥青质得到的结果。大港减压渣油超临界萃取萃余残渣的共价结构信息可对该原料的加工和优化利用提供指导。     

高温煤焦油的超临界萃取分馏研究

采用正戊烷溶剂,在超临界状态下,于220℃和5MPa~15MPa循序升压条件下,将高温煤焦油萃取分馏为10个液相窄馏分和1个固相沥青产物;切割深度达78.36%,萃余沥青收率为21.64%,明显低于常规蒸馏沥青收率。研究发现,所用高温煤焦油的初馏分萃取收率最高,随着萃取压力的增加,较低压力段一次萃取液相馏分的收率迅速减少;压力达到10 MPa,液相馏分总收率趋于峰值。元素分析和色质联用分析数据表明,随着萃取压力的增加,一次萃取获得窄馏分的碳氢原子比逐渐增加,平均环数和相对分子质量均逐渐增大,萃取馏分逐渐变重。     

沙特常压渣油超临界流体萃取分馏宽馏分中含硫化合物的分子表征

采用超临界流体萃取分馏(SFEF)装置,将沙特中质原油常压渣油(SZAR)按照分子大小和极性强弱进行多级萃取分馏,得到四个宽馏分和一个萃余残渣。考察了四个宽馏分沸程分布、密度、残炭值、黏度、相对分子质量、硫和氮含量以及结构族组成等基本性质均随萃取压力的变化趋势。采用甲基衍生化作用使含硫化合物转化为含有极性的甲基硫盐,结合正离子模式下的电喷雾(ESI)电离源的傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)分析各馏分中所包含的含硫化合物的分子组成。结果表明,超临界萃取分馏技术可以将馏分按照分子大小进行分离,且对于非烃类化合物具有富集作用。各个馏分中含量最高的均为包含一个硫原子的S1类化合物,且二苯并噻吩(DBE=6)类含量最高。馏分越重,S1、S2类化合物含量越高、种类越繁多、且缩合程度更高,包含的更多的大分子含硫化合物。     

中东常压渣油及其超临界流体萃取分馏馏分中极性化合物的分子表征

实验采用超临界流体萃取分馏装置,按照分子大小和极性强弱将中质原油常压渣油进行多级萃取分馏,获得4个宽馏分和1个萃余残渣。获得原料和宽馏分的密度、粘度等基本物化性质;高温模拟蒸馏及凝胶渗透色谱获得沸程分布及烃类分子分布信息;正、负离子模式下的电喷雾电离源傅立叶变换离子回旋共振质谱分析原料和4个宽馏分中所包含的极性化合物的分子组成。结果表明,各个馏分中相对丰度最高的均为N1类化合物。馏分由轻到重,N1、N1O1、N1S1等类型含氮化合物的DBE和碳数分布范围变宽,且馏分越重,分子缩合度越高,碳数越大,分布越均匀。     

重金属对重油热转化过程生焦特性的影响

以委内瑞拉减渣、辽河减渣、克拉玛依减渣三种劣质减压渣油为原料,在微型反应釜中进行反应,研究重金属等因素对重油热转化过程生焦特性的影响。结果表明,重油中重金属含量越高,其在热转化过程中的生焦诱导期越短。随着重金属总含量的增加,重油的生焦量明显增多,生成的焦颗粒也逐渐变大。延迟焦化产物分析结果进一步表明,重金属含量越高的重油,焦产率越高,导致液体产物收率下降。     

吡啶萃取对烟煤热解过程焦油生成特性的影响

煤中含有以非共价键结合的可萃取物，煤的萃取物和萃余物热解反应性不同。本研究首先用醋酸消除煤中静电作用力，再以吡啶萃取消除氢键作用力，通过热重和固定床研究了煤萃取物和萃余物的热解特性。相对于原煤，萃取物（E1）的H/C原子比较高，而萃余物（R1）比原煤的孔径有所增大。热重实验表明，萃取物热分解温度低，失重率大；萃余物在485℃之前失重大于原煤，温度高于485℃小于原煤。固定床氮气热解表明，萃取物（E1）的焦油产率和气体比原煤高；萃余物（R1）的焦油产率低于原煤焦油产率。而氢气气氛下，萃取残渣的焦油产率明显高于原煤，这是由于吡啶萃余物具有更开放的孔结构，有利于加氢热解过程氢向孔内扩散，减少了缩聚反应。     

孤岛减压渣油窄馏分的热反应动力学：——反应级数的计算

用超临界流体萃取精密分馏技术将孤岛减压渣油分成１５个窄馏分，选取其中８个在热重装置上进行了反应动力学研究。所得数据用（经本文作者改进）Ｚｓａｋｏ法进行动力学处理，计算了各窄馏分的热反应级数。结果发现，升温速率的改变对各窄馏分在同一转化率范围的反应级数影响不大，而在每一升温速率下，反应级数随反应温度和转化深度不同而改变。同时，不同升温速率下，随着转化深度的增加，各窄馏分的表观活化能升高。     

红外光谱法研究重质油分子的轻度热转化

为了从分子水平快速经济地分析重质油在热转化过程中的变化规律，利用四种模型化合物萘、四氢萘、十氢萘和正庚烷组成的混合体系来模拟重质油及其热转化缩合产物分子的基本组成，研究其红外吸收特性与平均分子参数（亚甲基和甲基的数目之比 N CH2/NCH3、芳氢率faH、芳香环系氢碳原子比NHar/NCar等）的关系。将重质油焦化重蜡油馏分进行轻度热转化，利用不同强度的系列溶剂将热转化产物的重质馏分顺序分离成系列溶剂族组分，将这些族组分进行红外分析。结果表明，混合物系列模拟体系的〖ＷＴＢＸ〗f〖ＷＴＢ１〗aH同其红外吸收在2750cm－1～3100cm－1的3000cm－1～3100cm－1强度分率（S3000~3100/S2750~3100）之间存在良好的线性关系，同时NCH2/NCH3 同2920cm－1和2960cm－1处的吸光度比值A2920/A2960之间也存在良好的线性关系。依据这些关系式可以合理解释重质油分子在热转化过程中分子结构的变化规律。随着重质油热转化的进行，NCH2/NCH3 饱和烃分子先增大后减小，芳香性族组分分子则持续降低；faH或NHar/NCar芳香性族组分分子呈现升高的趋势。     

吡啶萃取对烟煤热解过程焦油生成特性的影响（英文）

煤中含有以非共价键结合的可萃取物,煤的萃取物和萃余物热解反应性不同。本研究首先用醋酸消除煤中静电作用力,再以吡啶萃取消除氢键作用力,通过热重和固定床研究了煤萃取物和萃余物的热解特性。相对于原煤,萃取物(E1)的H/C原子比较高,而萃余物(R1)比原煤的孔径有所增大。热重实验表明,萃取物热分解温度低,失重率大;萃余物在485℃之前失重大于原煤,温度高于485℃小于原煤。固定床氮气热解表明,萃取物(E1)的焦油产率和气体比原煤高;萃余物(R1)的焦油产率低于原煤焦油产率。而氢气气氛下,萃取残渣的焦油产率明显高于原煤,这是由于吡啶萃余物具有更开放的孔结构,有利于加氢热解过程氢向孔内扩散,减少了缩聚反应。     

碳质颗粒添加物对渣油热反应生焦的影响

在高压反应釜中研究了三种不同碳质颗粒添加物对克拉玛依常压渣油420℃氮气气氛下热反应生焦的影响。实验结果表明，反应初期碳质颗粒在一定程度上抑制渣油的热反应生焦。碳质颗粒抑制生焦的能力与其表面对极性组分的润湿吸附能力有直接关系，表面易被极性组分润湿的颗粒吸附沥青质的能力强，其抑制渣油生焦的能力也强。碳质颗粒对沥青质的吸附能力和抑制生焦的能力与其比表面积没有直接关系。生焦量随反应时间的变化表明，碳质颗粒在生焦的初期有抑制生焦的作用，后期有促进作用。对甲苯不溶物（TI）的扫描电子显微镜（SEM）和热重（TG）分析表明，和不含添加物的TI相比，含添加物的TI中，小球状甲苯不溶物的数量少、直径小。沥青质和生焦前驱相在碳质颗粒添加物表面的吸附和铺展作用是抑制渣油生焦的主要原因，该作用可以限制生焦前驱相的融并长大，在反应的初始阶段减少生焦量。     

在分散型催化剂下渣油中饱和分和芳香分临氢热反应行为的研

在微型高压釜中研究了克拉玛依常压渣油（KLAR）和辽河减压渣油（LHVR）的饱和分、芳香分在分散型催化剂作用下的临氢热反应行为并计算其动力学参数。结果表明，饱和分与芳香分主要发生裂化反应，生成石脑油与柴油馏分，不会生成甲苯不溶物，极少量的芳香分缩合生成沥青质。在相同的反应苛刻度下，KLAR与LHVR饱和分裂化和缩合产物产率没有明显的差别，而KLAR芳香分的裂化产物产率略高于LHVR芳香分，而其缩合产物产率略低于LHVR饱和分。     

超声波处理对渣油加氢过程的影响

对四种减压渣油的超声波处理前后渣油加氢反应产物分布研究表明,超声波处理后渣油加氢反应的焦炭和>500℃残渣油收率降低,气体、汽油、柴油和VGO收率提高,轻油产率提高6~10个百分点,渣油转化率增大,轻质化性能明显增强;不同渣油经超声波处理后的加氢反应性能改变不同;利用超声波处理后渣油加氢的虹吸作用模型,从宏观层次解释了超声波改善渣油加氢效果的原因;超声波处理后杂原子的脱除效果均有不同程度的提高,尤其是对金属钒的脱除影响最为明显。超声波处理后加氢残渣油的饱和分和沥青质含量增加,芳香分和胶质的含量减少。     

供氢(氘)剂在减压渣油四组分裂化中的作用及其同位素效应

研究了辽河减渣四组分在微型高压釜内中临氮热裂化、临氢热裂化和临氢催化加氢反应，考察了供氢剂或供氘剂对上述反应的影响。结果表明，临氮热裂化时沥青质是大量生焦的物种，胶质的生焦能力不显著，芳香分、饱和分不生焦；临氢热裂化沥青质生焦量减少，胶质很少生焦，芳香分和饱和分不生焦；临氢催化加氢时，辽河减渣四组分在临氢反应基础之上，生焦量进一步降低。辽河减渣四组分在临氮热裂化、临氢热裂化和临氢催化加氢过程中添加供氢剂或供氘剂后，生焦反应得到显著抑制，相比之下供氢剂的作用更为明显。三种氢源都具有抑制渣油四组分缩合或缩聚反应的作用。渣油四组分从供氢剂或供氘剂中获得氢（氘）的能力不同，沥青质>胶质>芳香分≈饱和分。就同一组分而言，供氢剂或供氘剂的表观供氢（氘）率随反应条件不同而不同，临氮热裂化> 临氢热裂化>临氢催化加氢过程。供氢剂与供氘剂在所有的过程中都存在明显的动力学效应，并且这个动力学效应随加工环境的不同而变化，在临氮热裂化过程中动力学同位素效应明显。在临氢热裂化过程，尤其是催化加氢裂化过程中动力学效应逐渐变得不明显。2H-NMR分析表明，氘代四氢萘的环烷环中的α位比β位的脱氢选择性高，氘代四氢萘脱氢选择性大小的顺序为：临氮热裂化>临氢热裂化>临氢催化加氢过程。     

辽河稠油减渣深度戊烷脱沥青的研究

以戊烷为溶剂,在脱沥青实验装置上对辽河稠油减渣进行梯级分离,得到轻脱油、重脱油和脱油沥青。在温度155℃~170℃、压力为4.0 MPa~7.0 MPa,考察了温度、压力变化对脱沥青油收率及性质的影响。用超临界萃取分馏的实验结果关联了脱沥青油残炭、N元素、Ni元素的脱除率。结果表明,压力升高、温度降低,脱沥青油收率增加,轻、重脱油的残炭值及S、N、Ni、V等元素含量升高,脱沥青油性质变差。在脱沥青油收率最高为74.23%时,Ca、Ni元素的脱除率分别为92.75%、74.50%;残炭的脱除率为62.13%;N、S元素的脱除率分别为40.17%、24.10%。超临界萃取馏分油的杂质脱除率与脱沥青油的杂质脱除率有较好的相关性。     

渣油在加氢处理中的性质和结构变化规律研究

利用渣油加氢处理中试装置,获得了经过脱金属催化剂、脱硫催化剂和脱氮催化剂的系列渣油加氢处理产物,分析了各产物的性质。随加氢深度增加,硫、氮、残炭、镍和钒在渣油加氢产物中的的质量分数降低,总脱除率分别为84.9%、51.3%、62.8%、84.8%和94.0%。各产物的组分分布发生变化,饱和分组分增加,芳香分、胶质、沥青质组分减少,重组分胶质和沥青质组分的转化分别达到了57.5%和73.3%。以核磁共振为基础计算了渣油加氢产物组分的平均结构参数。结果表明,芳香分和胶质组分单元结构芳香环数和环烷环数减少,芳香碳分率fA、环烷碳分率fN和烷基碳分率fP变化不明显;而沥青质分子fA增加,fN和fP降低。从平均结构参数还可以看出,不同加氢产物同一种组分在结构上有其共性,但不同组分有明显区别。     

反应温度对加氢残渣油四组分含量和结构的影响

以沙轻减渣为原料,在高压釜内研究了不同反应温度下加氢反应前后渣油的四组分含量及其结构组成变化。结果表明,加氢残渣油中的饱和分含量明显增加,而芳香分和胶质的含量均降低,四组分含量随反应温度的升高均呈现规律性变化。加氢后四组分的H/C摩尔比和平均相对分子质量均降低,芳碳分率增加。随反应温度升高,四组分的H/C摩尔比和平均相对分子质量降低,烷基碳分率降低;芳香分、胶质和沥青质的芳碳分率增加;胶质和沥青质的总环数和芳环数均降低。渣油加氢过程中四组分都发生了明显的氢解和脱烷基反应。加氢反应中,胶质和沥青质结构单元间的各种桥键可发生明显地断裂,导致其结构单元数减少,且结构单元数随反应温度的升高而减少。