Ni掺杂改性的SO/ZrO固体超强酸的制备及对胜利稠油的降粘作用

摘要

稠油是一种重要的非常规的原油资源，随着世界经济的发展和石油消耗量的不断增加，稠油资源的开发和利用越来越引起人们的关注。然而，由于稠油具有粘度较高、密度较大的特点，使其开采、集输和加工非常困难。稠油化学改质是解决这个困难的有效方法之一。本论文采用Ni2+掺杂改性的SO42-/ZrO2固体超强酸(Ni2+/SZ)对胜利油田的稠油油样进行催化改质，这是将固体超强酸运用到重质油改质方面的尝试。 Ni2+/SZ的制备过程对其催化性能有很大影响。通过采用胜利稠油降粘反应作为评价方法，对比不周焙烧温度和不同镍离子浓度下制备的Ni2+/SZ的催化降粘性能，得到制备该催化剂适宜的焙烧温度为650℃，适宜的镍离子浓度为0.2 mol·L-1。催化剂的比表面积、含硫量大小、晶型和酸中心结构分别采用BET、TG、XRD和FTIR进行表征。结果显示，催化降粘效果最好的Ni2+/SZ具有较大的比表面积、合适的含硫量；晶型为四方相和单斜相混合，且四方相占主导，表面分布有微量的硫酸镍晶体；结构中含有机酸酯结构，能诱导其形成超强酸。 确定了制备Ni2+/SZ适宜的焙烧温度和镍离子浓度后，考察不同反应条件对1＃胜利稠油催化降粘反应的影响。当反应时间为8h～24h时，1＃油样的降粘率相差不大；当Ni2+/SZ的用量从0.01g/100 goil)增至0.05 g/(100 g oil)时，1＃油样的降粘率随之增大；水的存在对1＃油样催化降粘反应不利；甲醇能吸收l＃油样催化降粘反应的产物，促进反应进一步进行。 为研究胜利稠油经催化降粘反应后粘度降低的原因，将100 g 2＃胜利稠油和0.05 g Ni2+/SZ混合后于高压反应釜中240℃下反应24h，反应后，油样粘度降低，降粘率达到57.7％，比不加催化剂体系稠油降粘率提高了21.3％。通过GC分析反应后釜中气体，发现有H2S、COS、CS2、CH4和C3H8等气体生成：反应后，2＃油的总烃含量由原来的74.71％增加到86.08％，非烃含量由25.29％降低为13.92％；杂原子S、N含量降低。此外，由红外谱图分析得知，稠油在催化降粘过程中，发生了部分脱烷基侧链的反应，而且其芳香烃含量增加。根据化学键理论，C-O键、C-S键和C-H键中，C-S键的键能最小。同时，由于S的电负性大于C，故在有机硫化合物中，S带负电而C带正电，所以与催化剂结合的水分子中的H+进攻S，而OH-进攻C，使电子云发生偏移，造成了C-S键能的进一步降低。因此，在反应过程中，稠油中有机硫化物的C-S键断裂，从而使沥青质的含量降低、稠油的相对分子质量减小，因此稠油的粘度降低。

目录

文摘

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声明

第一章文献综述

1.1稠油的基本概念及性质

1.1.1稠油的分类方法

1.1.2稠油的性质

1.2稠油的开采方法

1.2.1热采

1.2.2冷采

1.2.3微生物采油

1.2.4化学采油

1.3稠油水热裂解研究进展

1.3.1水热裂解反应的发现

1.3.2水热裂解催化剂

1.4稠油水热裂解机理

1.4.1高温水的作用

1.4.2金属离子的催化作用

1.4.3油层矿物的催化作用

1.5水热裂解开采稠油技术的优点及存在的问题

1.6 SO42-/ZrO2固体超强酸简介

1.6.1 SO42-/ZrO2固体超强酸定义、结构及用途

1.6.2 SO42-/ZrO2性能的影响因素

1.7本论文研究的目的、意义及内容

第二章实验部分

2.1引言

2.2材料、仪器及装置

2.2.1原料与试剂

2.2.2仪器

2.2.3装置

2.3实验方法

2.3.1稠油性质分析方法

2.3.2催化剂的制备、评价及表征方法

2.3.3胜利稠油的催化降粘方法

2.3.4催化降粘后胜利稠油的性质分析

第三章胜利稠油的基本性质

3.1引言

3.2比重

3.3水含量

3.4动力粘度

3.5有机元素含量

3.6烃类族组成

3.7小结

第四章催化剂制备条件对其性能的影响

4.1引言

4.2催化剂的筛选

4.3 Ni2+/SZ的制备条件对其性能的影响

4.3.1焙烧温度对Ni2+/SZ性能的影响

4.3.2镍离子浓度对Ni2+/SZ性能的影响

4.4 Ni2+/SZ的酸性

4.5小结

第五章反应条件对胜利稠油降粘反应的影响

5.1引言

5.2反应时间的影响

5.3催化剂用量的影响

5.4水的影响

5.5甲醇的影响

5.6小结

第六章胜利稠油催化降粘原因分析

6.1引言

6.2 Ni2+/SZ对2#油样的催化降粘效果

6.3反应生成气的组成

6.4降粘后稠油的SARA变化

6.5降粘后稠油的有机元素组成变化

6.6降粘后稠油的红外光谱分析

6.6.1红外光谱与物质的结构

6.6.2胜利稠油的红外光谱

6.7小结

第七章结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

附录

在学期间所发表论文

致谢