粘土--过渡金属配合催化稠油水热裂解反应及机理研究
稠油地层环境复杂、粘度高、流动性差，导致其开采困难。目前关于水热裂解催化降粘技术的研究仅局限于外源催化剂的引入或者地层原位矿物对反应降粘效率的影响，未考虑外源催化剂引入后与地层原位矿物发生反应形成稳定复合物，共同配合催化稠油水热裂解反应。因此本文采用外源和内源矿物所制备的稳定复合物，对稠油进行水热裂解反应，优化反应条件，探究催化降粘反应机理，为水热裂解催化降粘技术的应用提供理论支撑。 选取河南油样作为实验用油，测定油样基本理化性质并对油样进行水热裂解反应的条件进行优化，确定最佳反应条件为:反应温度180℃、反应时间4h、加水量30％、矿物种类钠基蒙脱土、矿物加量0.2％,反应后油样降粘率可达到23.8％。 选取甘氨酸、哌嗪作为配体合成了一系列过渡金属配合物，进而合成内源外源结合的稳定复合物，并对其进行红外、热重、扫描电镜等分析表征，考察复合催化剂对油样水热裂解催化降粘反应的催化效果。S@Cr(Ⅲ)G复合催化剂对河南油样油样降粘催化效果最佳，降粘率可达到63.1％;S@Ni(Ⅱ)P复合催化剂对河南油样油样降粘催化效果最佳，降粘率可达到67.5％。之后引入甲醇作为S@Cr(Ⅲ)G复合催化剂体系的助氢剂，考察甲醇与S@Cr(Ⅲ)G协同作用对水热裂解反应的催化效果，降粘效果可达到78.8％;引入乙醇作为S@Ni(Ⅱ)P复合催化剂体系的助氢剂，考察乙醇与S@Ni(Ⅱ)P协同作用对水热裂解反应的催化效果，降粘效果可达到88.3％。 对反应前后河南油样油样进行热重分析、气相色谱分析、元素分析和差示扫描量热仪分析，发现反应后油样中部分难以分解重组分转化为轻组分，轻质组分含量升高，对油样中蜡的溶解度增大，析蜡点降低，油样中所含N、S等杂原子含量减少，饱和烃中低碳烃含量增加。 最后选取苯并噻吩、噻吩、苯酚、壬基酚、喹啉和吡啶六种模型化合物模拟油样中部分官能团进行水热裂解催化反应，采用GC-MS对产物进行分析，苯并噻吩、噻吩在反应过程中发生C-S键的断裂，生成CO2、H2S与低碳数烃类;苯酚在反应过程中羟基发生脱除，苯环发生加氢反应，生成烷烃;壬基酚在反应过程中长链断裂并生成酮;喹啉上氮原子发生脱除，生成氨气与环烷烃，进一步明确稠油进行水热裂解降粘反应的反应机理。
稠油;水热裂解;催化降粘;模型化合物
西安石油大学
硕士
化学工程
陈刚
2023
中文
TE624.41
2023-08-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）