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特超稠油改质降粘技术研究

张凯  
【摘要】:随着世界经济的发展和人口的增多,原油的需求量也日益增多。但常规原油的储量与产量已经进入持续下降阶段,在这种条件下作为非常规原油的稠油将在今后国家能源战略中占据重要的位置。 全球范围内稠油的地质储量较大,约为常规原油的三倍,而且动用程度较低。但是稠油的粘度高、相对密度大、流动性差,在开发、储运等方面都有很大的技术难度。 稠油改质降粘是一种反应程度较低的原油加工方法,反应主要包含稠油水热裂解反应、稠油热裂解反应及缩合反应等几种反应。通过改质降粘反应稠油中的胶质、沥青质等大分子分解为分子量较小的中间馏分,使稠油粘度发生不可逆转的减小。这从根本上减小了稠油的粘度,改善了稠油的流动性能,从而降低了稠油的长距离管输和储存的难度。 本文在研究了稠油改质降粘可行性的基础上,筛选了较适合胜利油田稠油改质降粘反应的催化剂,探讨了在催化剂与供氢剂存在条件下各种反应条件对稠油改质降粘反应的影响,并根据实验结果初步探讨了稠油改质降粘的反应机理。 本文的主要研究内容有: (1)研究了稠油改质降粘的可行性。 在稠油改质降粘可行性研究方面,选取了胜利油田三种粘度不同且具有代表性的稠油分别考察了改质降粘反应温度、反应时间等反应条件对稠油四组份组成、粘温关系、馏分等的影响;考察了在上述条件下稠油反应的裂化率和缩合率。实验结果表明,在反应温度300℃~380℃、反应时间20min~60min的反应条件下,反应后稠油粘度明显降低,且随反应温度的增高和反应时间的延长降粘效果变好,降粘率增大。同时稠油组分组成发生了变化,重馏分减少,轻馏分增多。这些变化说明,在实验条件下稠油可以发生粘度降低改质降粘反应。 (2)研究了催化剂、供氢剂对稠油改质降粘反应的影响。 在稠油改质降粘可行性研究的基础上,筛选了三种催化剂,并以高温水蒸气作为供氢剂对稠油改质降粘反应行为进行了研究。考察了催化剂种类、反应时间、反应温度、供氢剂对稠油组分组成、粘温关系、反应产生气体等的影响。结果表明,在催化剂与供氢剂存在的条件下,稠油改质降粘反应的反应速率增大并且可以有效的降低反应温度,稠油降粘效果明显且稠油的组成发生了较大的变化,中间馏分增多。 (3)探讨了稠油改质降粘反应机理。 通过对改质降粘反应后稠油组分的变化及产生气体的组成分析得到以下结论。稠油改质降粘反应是稠油裂解反应和缩合反应相平行的顺序反应;杂原子尤其是硫原子组成的桥键是稠油分子结构中最为薄弱的环节,在热作用下最容易发生断裂生成自由基,该自由基作为诱发剂使裂化反应得以进行;在裂解反应的同时,存在着大分子的缩合反应;供氢剂的存在可以抑制缩合反应的进行,增强稠油改质降粘的效果。


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