委内瑞拉常压渣油供氢热转化研究

采用高压釜研究了委内瑞拉常压渣油的常规减黏裂化与供氢热转化过程。结果表明,相比常规减黏裂化而言,供氢热转化过程中的供氢剂能够抑制气体产物、沥青质以及焦的形成,后者的气体收率比前者低0.5%~1.2%,生焦率低0.02%~0.98%,残渣油沥青质含量低0.6%~1.3%;在反应温度425℃、反应时间5~20 min条件下,供氢热转化过程的总降黏率、净降黏率变化分别为46.1%~54.8%、10.2%~33.0%;供氢热转化过程的较佳反应条件为425℃、5 min,此条件下供氢热转化生成油斑点实验等级为一级(ASTM D4740),运动黏度(50℃)为185.5 mm²/s,净降黏率为26.4%,满足了船运的基本要求。     

委内瑞拉减压渣油供氢热转化基础研究

在热反应装置上考察了委内瑞拉合成原油减压渣油的供氢热转化与常规减黏裂化两种过程,利用显微镜观察了这两种反应体系的相态变化规律,研究了两种生成油的安定性并对两种残渣油的四组分组成进行了分析。结果表明,在反应温度为425℃时,随着反应时间的延长,采用显微镜能够清晰观察到无定型小体形成、长大及聚集的相态变化历程,两种过程残渣油的胶质与沥青质含量均呈下降趋势;相比常规减黏裂化,供氢热转化过程中供氢剂能够抑制无定型小体的长大、延缓相分离、抑制焦的形成、改善生成油安定性。     

沥青质含量对渣油加氢转化残渣油收率和性质的影响

以塔河常渣脱沥青油掺兑不同含量的沥青质为原料,于高压釜反应器内进行加氢转化反应实验,考察沥青质含量对渣油加氢转化残渣油收率和性质的影响。研究结果表明,随原料中沥青质含量的增加,加氢残渣油的收率逐渐降低,加氢残渣油中的沥青质和焦炭产量之和与原料中沥青质含量的比值逐渐减小,在实验选定的条件下,高沥青质含量时沥青质更倾向于发生氢解反应生成小分子组分。与原料相比,反应后所得>350 ℃残渣油的平均相对分子质量、H/C摩尔比减小,密度增大,硫含量降低,氮含量增加,饱和分和沥青质含量增加,芳香分及胶质含量降低。随渣油中沥青质含量的增加,硫、氮脱除率先增加后降低。     

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。     

热改质过程中渣油结构及其重组分溶剂化变化规律研究

以委内瑞拉减压渣油为原料,采用微型反应釜,研究了其在410℃、2.0 MPa氮气初压下,不同反应停留时间的热改质过程生成油的化学结构组成及其重组分溶剂化变化规律。通过1H-NM R技术研究了热改质过程生成油中沥青质和重胶质不同化学位移归属氢的转化路径;并结合改进的Brown-Ladner法分析了热改质过程生成油中沥青质和重胶质的平均分子结构参数变化;采用蒸汽压渗透法考察了热改质过程生成油中沥青质和重胶质在甲苯溶液中所形成的复合超分子结构的平均相对分子质量。结果表明,随着热改质程度的加深,沥青质和重胶质的H/C原子比减小,供氢能力逐渐下降,沥青质和重胶质的芳香环共轭程度和fA在体系生焦后(45 min)显著提高;沥青质的聚集趋势相关值在热改质15 min前变化不大,15 min后显著增强,而重胶质在整个热改质过程中,其聚集趋势相关值的增势较为缓和;沥青质和重胶质的聚集趋势相关值差异逐渐增大,15 min时增加了1.5%、25 min时增加了50.8%、45 min时增加了142.3%,表明沥青质和重胶质的结构差异越来越明显;重胶质溶剂化沥青质的能力逐步减弱,体系的溶剂化参数从0时的32.9%逐步降到15 min时的29.5%、25 min时的14.1%和45 min时的9.6%;热改质生成油的斑点实验等级逐渐增加,体系的胶体稳定性逐渐降低。     

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%。     

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。     

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。     

大港常压渣油临氮与临氢热反应过程中胶体稳定性变化研究

对比了大港常压渣油临氮和临氢热反应过程中的胶体稳定性变化。结果表明,随着反应时间的延长,在热反应生焦诱导期内,渣油样品的胶体稳定性迅速下降;开始生焦后,胶体稳定性缓慢下降。从组分组成和组分性质角度,对大港常压渣油样品在热反应过程中胶体稳定性变化原因进行了分析。结果表明,随着反应时间的延长,沥青质含量先上升、后下降,在生焦诱导期结束时达到最大值,与体系胶体稳定性的变化特征相一致。随着热反应的进行,饱和分和轻芳烃组分的含量在上升,重芳烃、轻胶质、中胶质、重胶质含量下降,临氮热反应过程中轻胶质、中胶质、重胶质含量的下降更为显著。对渣油样品各组分的数均相对分子质量和平均偶极矩进行了研究。结果表明,随着热反应的进行,轻、中、重胶质组分的数均相对分子质量和平均偶极矩呈下降趋势,而沥青质的数均相对分子质量和偶极矩先增大后减小,从而使沥青质和胶质的分子性质差别先增加后减小,与体系胶体稳定性的变化趋势一致;同时沥青质的偶极矩变化表明,强极性的沥青质优先聚集生焦、临氢热反应过程中,氢与催化剂的作用有助于抑制沥青质分子量增大和极性增强,从而有助于抑制生焦。     

石油沥青质的NMR测定及其模型分子推测

从6种不同原油中分离提取了正己烷不溶的沥青质，测定了沥青质的1H NMR(Nuclear Magnetic Resonance)和13C NMR谱，从不同类型氢和碳原子的质量分数计算得到了一系列平均结构参数，结合相对分子质量测定和元素分析，给出了沥青质基本结构单元的平均分子式，推测了模型分子的结构。结果表明，沥青质的基本结构单元可以用稠环芳烃连接环烷烃和烷基侧链并含氧、氮和硫等杂原子的单元表示，结构单元之间形成缔合体，缔合数为4～6。     

煤基和石油基C7-沥青质的结构特征及缔合行为

采用核磁(NMR)、小角散射分析(SAXS)、X射线光电子能谱(XPS)、改进的B-L法等手段,研究了煤基C7-沥青质(CT-asp)和石油基C7-沥青质(M-asp)两类沥青质的化学组成、官能团和分子结构等组成结构特征以及差异性,进而通过极性溶剂中沥青质稳定参数研究两类沥青质的缔合行为和聚集体尺寸以及两者之间的氢键和酸碱作用。结果表明,CT-asp分子芳香环数较少且有较多短烷基侧链,且芳香度较高,较高含量氧杂原子以芳香醚和酚羟基赋存形态为主;而M-asp的芳香核尺寸和平均相对分子质量明显高于CT-asp,芳香环数虽较多且有较多长烷基支链,且芳香度较小;两类沥青质缔合聚集程度关联物质的量比(n_(CT-asp)/n_(M-asp))及其分子结构特征,源于杂原子官能团的氢键和酸碱作用是两类沥青质缔合的主要作用力。     

全氢菲在分子筛催化剂上环烷环开环反应的研究

在小型固定流化床(FFB)装置上考察了Y与ZSM-5分子筛催化剂以及Y分子筛催化剂上温度、剂油比对全氢菲裂化环烷环开环反应的影响。结果表明,全氢菲在分子筛催化剂上通过环烷环开环反应生成环己烷、十氢萘等单环或双环环烷烃;单环或双环环烷烃进一步侧链断裂生成2-甲基戊烷、甲基己烷等异构烷烃等,异构化生成二甲基环戊烷、甲乙基环戊烷等烷基环戊烷,氢转移生成苯、甲苯、二甲苯等烷基苯,进行深度氢转移反应生成萘、烷基萘等双环芳烃;另外,全氢菲也会通过脱氢缩合生成菲、芘等三环以上芳烃甚至焦炭等。由于扩散和吸附性能的影响,其裂化开环反应的选择性在Y分子筛催化剂上比在ZSM-5分子筛催化剂上高。因此,全氢菲环烷环开环与脱氢缩合反应的相对比例(s(NRO)/s(DHC))在Y分子筛催化剂上较高;在Y分子筛催化剂上,温度为475~550 ℃、剂油比为3.0~9.0,反应温度升高或者剂油比增加,双分子氢转移以及脱氢缩合反应增强,导致环烷环开环反应产物选择性降低。     

Heat Treatment Condition Influence on Novokuibyshevsk Vacuum Residue Component Composition

The article presents the information about thermal degradation of Novokuibyshevsk vacuum residue and change of products composition during this process. The optimal conditions for the thermal destruction of vacuum residue components were established. The regularities of material balance composition change, S_general were determined depending on cracking conditions. The basic directions of resin-asphaltene component transformations were identified, changes in their structural-group parameters in the process of initiated cracking were analyzed. Conducting of Novokuibyshevsk vacuum residue thermolysis leads to deep resins-asphaltenes average molecules structure characteristic changes. Developed alkyl and naphthenic moieties, which are presented in initial molecule, undergo degradation, amount of structural blocks in resins and asphaltenes molecules reduces, their average size decreases. Also the reduction in total content of the rings (saturated and aromatic) was established in average structural unit, at the same time decrease of rings substitution and length of the aliphatic fragments can be observed. In general the process of vacuum residue thermal cracking causes partial degradation of saturated (aliphatic and naphthenic) fragments and, partially, aromatic rings, which contain heteroatomic elements.     

1H-NMR评价不同重油缓和热转化过程中的相对供氢能力

以蒽为化学夺氢探针,采用 ¹H-NMR为检测手段测定了三种典型重质渣油及其亚组分在380℃、临氮初压4MPa、反应8 min条件下的可供氢含量,并分析了产物的甲苯不溶物、液体馏程分布以及气体组成。结果表明,本实验条件下的热反应较为缓和,渣油及组分反应前后结构变化不明显,样品体系内部主要发生渣油及组分向夺氢体(蒽)的氢转移反应。¹H-NMR中化学位移在1.4~2.0的H_cβ和2.5~4.7的H_cα含量的变化值与化学探针法测定的实际可供氢量有较好的线性关联,可利用此两段化学位移内的氢含量评价不同重质油品在缓和热改质过程中的相对供氢能力。     

十氢萘在分子筛催化剂上的开环反应研究

在小型固定流化床(FFB)装置中研究了Y分子筛与ZSM-5分子筛催化剂上的十氢萘裂化开环反应性能,考察了温度和剂油比对Y分子筛开环反应催化性能的影响。结果表明,十氢萘在分子筛催化剂上通过环烷环开环反应生成丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、甲基戊烷和环戊烷、环己烷等非芳烃以及苯、C_1~4烷基取代苯等单环芳烃,并通过脱氢缩合反应生成四氢萘、萘、甲基萘和菲、芘等多环芳烃甚至焦炭等。由于扩散和吸附性能的影响,ZSM-5分子筛催化剂的裂化开环反应选择性比Y分子筛催化剂的高,因此,十氢萘环烷环开环与脱氢缩合反应的相对比例(NRO/DHC)在ZSM-5分子筛催化剂上较高。在Y分子筛催化剂上,温度为450~550 ℃、剂油比为3~9,反应温度升高或者剂油比增加,双分子氢转移以及脱氢缩合反应增强,从而导致环烷环开环产物选择性降低。     

大港常压渣油各组分平均偶极矩的研究

将大港常压渣油利用液相色谱法分成六个组分,测定了各组分的平均偶极矩。结果表明,渣油分子具有极性,饱和分和轻芳烃组分、重芳烃、轻胶质、中胶质、重胶质、沥青质的偶极矩依次增大,分别为1.19、2.88、3.79、4.92、6.36、11.70 Debye。元素分析表明,从饱和分和轻芳烃组分到沥青质组分,H/C原子比逐渐下降,表明H/C原子比减小与平均偶极矩增大有关;从饱和分和轻芳烃组分到沥青质组分,S/C、N/C原子比总体呈现上升趋势,渣油组分的杂原子含量与其极性有一定的关系,但两者并不完全一致,渣油组分分子的平均偶极矩还受到其他因素的影响。