超声波辅助稠油层内催化水热裂解实验研究

将超声波应用到稠油催化水热裂解实验中,研究了超声波辅助催化水热裂解对胜利油田孤东稠油物化性质的影响。结果表明,超声波辅助作用下稠油的降黏率达到86.2%,与催化水热裂解相比,稠油的平均相对分子质量进一步减小,饱和烃和芳香烃组分含量增加,胶质和沥青质组分含量减少,稠油组分的氢碳原子比增加,杂原子含量减小。动态模拟实验中超声波辅助层内催化水热裂解效果显著,稠油采收率达到53.91%,降黏率达到80.5%。由此表明,超声波辅助催化水热裂解具有可行性,超声波与催化剂协同作用促进了水热裂解反应,一定程度上改善了稠油的品质。     

水溶性配合物催化的稠油低温热裂解研究

在一种新型稠油低温裂解催化体系中合成了两个系列10个过渡金属配合物催化剂。该反应体系中水对原油热降解反应有一定的影响,合适的用量水/油(质量比)为0.3。部分合成水溶性催化剂180℃下对稠油热裂解具有明显的催化作用,催化剂N5的降凝作用效果最好,经催化水热降解改质反应后原油的凝点降低11.4℃;催化剂N2和N5的催化降黏效果较好,降黏率可达70%以上,催化剂N5的最佳用量为0.5%;热重分析和气相色谱分析显示原油热催化降解反应后轻质组分明显增加。     

自由基引发剂强化稠油催化水热裂解降黏行为

本文考察了自由基引发剂对胜利油田单56区块稠油样品催化水热裂解反应过程的协同强化作用.在反应温度为220℃,添加0.2 wt%的引发剂——过氧化二叔丁基,使水热裂解后的降黏率由不加引发剂时的61.4%升高到72.7%.此外,在引发剂存在、150℃条件下,降黏率可达到69.0%,表明引发剂的加入可显著提高较低反应温度下的水热裂解效果.对反应前后油样进一步分析发现,反应样品中饱和分、芳香分、胶质和沥青质平均分子量均下降;饱和分、芳香分含量增加,而胶质、沥青质含量下降;胶质、沥青质中氢碳原子比增加,含硫量减少,含氮量变化不大;表明重质组分在水热裂解过程中发生了裂解反应、尤其是含硫官能团在水热裂解中发生了反应;反应样品沥青质及胶质芳香环系的缩合程度降低.实验结果表明,反应过程中稠油重质组分发生了裂解,而且胶质的裂解程度更大,轻质组分含量增加,导致稠油黏度降低、流动性提高,在一定程度上改善了稠油的品质;引发剂可以在较低温度下产生自由基,从而使水热裂解反应在较低反应温度下有效进行.     

双亲催化剂作用超稠油水热裂解降黏机理研究

合成双亲催化剂,200℃与超稠油反应后,降黏率达96.26%。通过气相色谱仪、元素分析仪、分子量测定仪、红外光谱仪及核磁共振波谱仪对反应前后稠油的物化性质进行分析。结果表明,反应后稠油胶质与沥青质含量减小,稠油分子量下降,沥青质分子量降低幅度最大;稠油及其重质组分的氢碳原子比增加,硫的含量减小。稠油发生水热裂解反应的同时,存在沥青质的聚合反应,沥青质的裂解在降黏反应中起到了关键的作用;双亲催化剂促进了水热裂解反应,同时抑制了聚合反应;双亲型催化降黏剂携带的具有活性催化功能的离子协同高温水作用于分子中的C-S、C-N、C-O、C-C及C=S、C=O、C=N、C=S等键,使其发生系列链的断裂、加氢、开环、成环、脱硫等反应,促进了稠油黏度的降低,稠油及其重质组分的氢碳原子比增加,稠油的品质得到一定程度的改善。     

水热裂解开采稠油技术研究的进展

从水热裂解反应、催化作用下的水热裂解反应、反应机理及水热裂解开采稠油现场应用实验等四个方面综述了国内外水热裂解开采稠油技术的研究进展。并对此技术的研究成果及未来发展进行了探讨，认为水热裂解开采稠油技术具有很高的潜在价值，是未来经济高效开采稠油的新途径。当前水热裂解开采稠油技术的主要研究方向是深入研究高温水的特性及其作用；对更多稠油中可能参与水热裂解反应的不同组分，选用合适的模型化合物进行模拟实验或其它方法，建立这些组分的反应热力学和动力学模型库；然后，根据具体稠油中所含的组分，设计水热裂解反应的路线，选择合适的催化剂，促使反应向稠油改质降粘的方向进行。其中，最关键的还是针对不同稠油研制成本低、活性和选择性高、反应条件宽的催化剂，并筛选或研制协同效果好的助剂，进而研究催化剂及其助剂在油层中与稠油作用的机理，设计合理的现场实施技术和工艺。     

油藏矿物和化学剂强化稠油水热裂解降黏研究

采用大庆、辽河两种稠油,研究了油藏矿物、硫酸镍催化剂以及四氢萘供氢剂对其水热裂解反应的影响。结果表明,与单纯水热裂解相比,油藏矿物的加入能使两种稠油的平均相对分子质量减小,饱和烃和芳香烃组分含量增加,胶质和沥青质组分含量减少,稠油的降黏率分别从7.41%和12.95%增加到16.05%和25.29%,油藏矿物对稠油水热裂解反应具有催化作用;将硫酸镍和四氢萘加入反应体系后,稠油平均相对分子质量进一步降低,族组分中饱和烃和芳香烃进一步增加,胶质和沥青质组分进一步减少,稠油黏度明显降低,降黏率可高达84.39%。     

基于油藏实际的稠油层内水热催化裂解机理研究

开展了稠油层内水热催化裂解技术在胜利油田的先导实验,五口井平均周期单井增油653 t,稠油初期降黏率达79.8%,措施14周后降黏率仍大于62%。利用Brookfield DV-Ⅲ黏度计、ElementarVario EL III元素分析仪、Knauer K-700蒸气压渗透仪、Agilent 6890N气相色谱仪和EQUINOX 55傅里叶变换红外光谱仪等,对措施前后稠油的物化性质进行分析。结果表明,层内水热催化裂解后稠油黏度及平均分子量减小、轻烃含量增加、重质组分含量减少、氢碳原子比增加、杂原子含量减小。稠油层内裂解反应受催化剂体系、高温水及储层矿物因素控制,催化剂是促进稠油裂解的主要因素,供氢剂及分散剂等助剂有助于提高裂解效果,高温水的酸碱性质及储层矿物对稠油具有催化裂解作用。多因素协同作用下使稠油发生脱侧链、分子链异构、断链、加氢、开环、成环、脱硫等系列反应,使得稠油大分子分解成小分子物质,降低了稠油黏度,改善了稠油品质,证实该技术在现场应用中具有可行性。     

稠油催化裂解前后咔唑类化合物的变化及其催化降黏机理的研究

在稠油族组成分离中,采用低毒试剂正己烷、二氯甲烷、无水乙醇及其混合溶剂,将反应前后已除去沥青质的稠油分离为饱和烃、芳烃和含氮化合物。优化并确立了各步分离条件,用GC-MS对各组分进行检测,了解水热催化裂解降黏前后各组分的变化,剖析了胶质中咔唑类化合物的变化。并结合¹HNMR、元素分析等分析手段,证明稠油经水热催化裂解反应后,重质组分中的含氮组分发生了变化,生成了部分咔唑类化合物, 同时,重质组分的组成和结构也发生了一定程度的改变,其超分子结构在一定程度上遭到破坏,生成二环、三环低环数芳烃和小分子量直链烃。这些变化使得稠油黏度降低。
     

纳米Ni催化剂在超稠油水热裂解降黏中的应用研究

采用甲基环己烷水正辛醇AEO9形成的微乳液体系制备纳米金属Ni催化剂，并利用该催化剂催化辽河超稠油的水热裂解反应。研究结果表明， 280℃时纳米金属Ni能够促进超稠油的水热裂解反应。与原超稠油相比，反应后样品的硫质量分数由0.45%降到0.23%，胶质、沥青质质量分数分别降低了15.83%、15.33%；GC-MS分析结果表明，甲基环己烷在改质过程中能够脱氢生成甲苯；C、H元素分析结果表明，反应后样品中胶质、沥青质的H/C原子比增加，说明从甲基环己烷上脱下的氢能够转移到超稠油中。表面活性剂AEO9、水和油，在改质结束后的降温过程中，形成了稳定的油包水型乳液，起到乳化降黏作用；而添加的甲基环己烷、正辛醇均能起到稀释降黏作用；在上述降黏作用的协同影响下，反应后样品50℃时的黏度由原来的139800mPa·s降至2400mPa·s，由此表明，纳米Ni催化剂对辽河超稠油水热裂解降黏的催化效果显著。     

稠油催化降黏技术开发研究进展

随着常规油气资源的过量开发和快速消耗,稠油等低品位油气资源的高效开采越来越受到人们的重视.稠油由于其黏度大和流动性差导致开采效率低下、开发困难.因此,降低稠油黏度并提高其流动性是稠油高效开采的技术关键.1982年HYNE首次报道了金属催化剂在稠油水热降黏中的结果,Ni、Cu等金属催化剂的加入可以有效降低稠油黏度.此后,水热催化降黏的方法得到了长足的发展,目前催化剂的类型主要包括矿物质催化剂、水溶性催化剂、油溶性催化剂、分散性催化剂、超强酸催化剂等.在水热催化反应中稠油的4个组分(沥青、胶质、烷烃、芳香烃)会发生变化,特别是S、N等杂原子含量的变化对稠油的黏度和品质有着重要的影响.本文作者针对稠油的开采工艺、水热催化降黏剂的种类和特点、水热反应的机理等进行了评述,并对今后的研究方向进行了展望.     

蒸气开采过程中金属盐对稠油粘度及平均分子量的影响

探讨了在注蒸气条件下，稠油的粘度和平均分子量随蒸气温度、反应时间的变化规律，研究了金属盐、油层矿物对稠油水热裂解反应的影响。实验结果表明，在注蒸气的条件下，辽河稠油可以发生水热裂解反应。金属盐的存在，可以加速稠油的水热裂解反应，从而导致粘度和平均分子量的进一步降低，使稠油的粘度由原始的124.5 Pa·s下降到32.4 Pa·s，下降了74.0%，平均分子量由反应前的654下降到398。高温下油层矿物对水热裂解反应有促进作用，在反应体系中，在有水时加入质量分数为10%的油层矿物时，稠油的粘度由原始的124.5 Pa·s下降到82.5 Pa·s，下降了33.7%。在蒸气条件下，在金属盐和油层矿物共存时，稠油粘度由124.5 Pa·s下降到26.8 Pa·s，下降了78.5%。这为实现井下催化降粘开采稠油提供了理论依据。     

稠油的可控氧化热采：MnO2催化剂上的重油低温氧化分解行为

采用MnO2纳米催化剂促进稠油重组分的低温氧化裂解及高温氧化生热,进而促进火烧油层技术在超稠油油藏开发中的应用,提高火烧油层技术的采收率.结果表明, MnO2促进了稠油的低温裂解,高温生热量并不随燃料沉积量的减少而降低. MnO2的加入促进了低温下小分子的生成,并使高温氧化反应更加温和,提高了高温产物的氧化度.相比无催化剂的氧化反应, MnO2使稠油的低温氧化和高温氧化的表观活化能分别降低了10–30 kJ/mol和20–40 kJ/mol.     

稠油的可控氧化热采：MnO2催化剂上的重油低温氧化分解行为

采用MnO2纳米催化剂促进稠油重组分的低温氧化裂解及高温氧化生热,进而促进火烧油层技术在超稠油油藏开发中的应用,提高火烧油层技术的采收率.结果表明, MnO2促进了稠油的低温裂解,高温生热量并不随燃料沉积量的减少而降低. MnO2的加入促进了低温下小分子的生成,并使高温氧化反应更加温和,提高了高温产物的氧化度.相比无催化剂的氧化反应, MnO2使稠油的低温氧化和高温氧化的表观活化能分别降低了10–30 kJ/mol和20–40 kJ/mol.     

金属盐对辽河稠油水热裂解反应影响研究

在 2 40℃条件下研究了多种金属离子对辽河稠油水热裂解反应的影响。实验结果表明 ,实验所选用的金属盐对辽河稠油的水热裂解反应有催化作用 ,其中 ,以Fe2 的催化效果最好。当加入的Fe2 浓度为 0 0 1mol L时 ,能使辽河稠油的粘度从仅用蒸汽处理后的 8935 7mPa·s降低到 2 36 5 4mPa·s ,降粘率达到 73 5 % ,达到了较好的降粘效果 ,同时稠油的族组成也发生了明显的变化     

稀土改质催化剂对废食用油制备燃料油的影响

利用浸渍法制备稀土改质催化剂,用于废食用油脂催化裂解的裂解气催化改质。考察了催化剂活性组分含量、硅铝比、焙烧温度、改质反应温度对产物组成、烯烃含量及收率的影响。得最佳条件:ZSM-5作为催化剂载体,催化剂活性组分镧稀土含量为6%,催化剂焙烧温度为550℃,改质反应温度为360℃。在最佳条件下催化改质,燃料油烯烃含量降低了34.3%,汽油含量提高了14.36%,轻柴油含量提高了1.67%,重柴油含量下降了6.72%,重油含量下降了2.2%,燃料油总收率提高了7.12%,油品质显著提高。     

纳米Fe_3O_4催化剂在稠油水热裂解降黏中的应用

通过高温热解法和低温双相回流法制备了四种不同尺寸的纳米Fe_3O_4催化剂,并将其应用于辽河油田稠油水热裂解降黏实验中。结果表明,制备过程中加入重烷基苯磺酸钠(HABS)表面活性剂能够有效提高Fe_3O_4催化剂在稠油水热裂解体系中的分散性,以高温热解法制备出的HABS修饰的9 nm Fe_3O_4催化剂降黏效果最佳。当稠油量为250 g时,按m(稠油)∶m(催化剂)∶m(油层水)质量比为100∶0.3∶30加入催化剂和油层水,加入0.75 g正作为己烷供氢体,在240℃下反应24 h,辽河油田稠油黏度从86200 mPa·s下降到2065 mPa·s,降黏率高达到97.6%。反应机理分析显示,纳米Fe_3O_4催化剂攻击稠油长链上键能最低C-S键,使其断键,重组分转化为轻组分。     

超稠油供氢水热裂解改质降黏研究

通过超稠油水热裂解反应前后黏度、沥青质、硫质量分数等性质的变化，研究了超稠油进行水热裂解的主要影响因素及规律。结果表明，超稠油中含有一定量的硫是地层注蒸汽温度下进行水热裂解反应的前提。温度和时间对反应有很大影响。供氢剂中四氢萘对超稠油水热裂解影响最大。四氢萘供氢剂与硫酸镍催化剂复配使用对超稠油水热裂解有协同效应。水热裂解物理模拟实验表明,胜利单家寺油田超稠油通过供氢催化水热裂解降黏率可达70%以上。胶质、沥青质、硫质量分数降低，H/C原子比提高，超稠油得到一定程度的改善。     

用于费托合成的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂

以骨架Co 为内核, 通过水热合成在其表面包覆HZSM-5 分子筛膜, 制备了具有核壳结构的骨架Co@HZSM-5 催化剂. 采用元素分析、氮物理吸附、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜、氨脱附等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征. 在气相费托合成反应中, 骨架Co@HZSM-5 核壳催化剂显示了比物理混合的骨架Co-HZSM-5催化剂更好的催化裂解作用, 故C₅-C₁₁汽油段产物选择性高. 通过改变水热时间, 对分子筛膜厚进行了调节, 发现适当的分子筛膜厚在保证催化剂具有较高活性的前提下, 使长链费托合成产物完全裂解, 高选择性地得到汽油段产物. 提高反应温度有利于费托合成反应的进行以及分子筛上裂解效率的提高, 但产物分布向短链烃方向移动. 在水热4天制备的骨架Co@HZSM-5核壳催化剂上及反应温度为250 ℃时, 得到了最佳反应结果, 汽油段产物选择性达79%, 说明费托合成活性中心与催化裂解酸中心之间形成了良好的协同作用.     

整体式MnOx-CeO2／ZrO2-TiO2催化剂用于NH3低温选择性催化还原NO

以MnOx为活性组分, CeO2为助剂, ZrO2-TiO2为载体制备了MnOx-CeO2/ZrO2-TiO2整体式催化剂,考察了焙烧温度对该催化剂上NH3低温选择性催化还原反应(NH3-SCR)的影响. 通过X射线衍射、比表面积测定、储氧量测定和X射线光电子能谱等手段对催化剂进行了表征. 结果表明,催化剂的织构性能和储氧量对低温NH3-SCR反应有较大的影响,活性组分锰以+3价和+4价共存时具有最好的低温活性. 该催化剂经600 ℃焙烧后,在空速为 36?000 h-1 时,反应有最低的起燃温度160 ℃和很宽的反应温度窗口176～393 ℃(转化率为60%～95%). 该催化剂在固定源,尤其在移动源柴油车上催化净化氮氧化物具有良好的应用前景.     

催化剂对原油低温氧化的影响

在模拟地下油藏条件下,加入催化剂进行重质原油低温氧化反应实验研究,对氧化前后的气体组成及含量变化、原油组分变化进行分析.结果表明,加入催化剂后在150℃以下显著提高了原油低温氧化效率,且与未加入催化剂的低温氧化反应对比,加入催化剂后氧气消耗更多,生成二氧化碳含量增加.200℃以下原油重质组分含量下降,饱和烃、芳香烃轻质组分含量增加.