超稠油水热裂解反应催化剂及其载体的研制

论文摘要

常规原油的产量在上个世纪的最后二十年达到最高峰以后,预计将进入持续的下降阶段,并且这种下降是大势所趋。在这种条件下,一方面随着人口的增长以及人们对能源需求量的增加,另一方面由于能源的短缺以及原油价格的不断攀升,迫切要求提高非常规原油的开采量,使得稠油、超稠油在国民经济中承担着越加重要的任务。超稠油以其丰富的资源,促使着人们为开采技术的不断发展作着不懈的努力。普遍采用的蒸汽吞吐技术具有较高的采油速度、投资较少、工艺较简单的优点,但是原油采收率不高。因此有必要研究出一种低成本、高收率的稠油开采新技术,以指导现场实验。本文针对辽河油田超稠油开采实际,特别是根据采油时注入井中的蒸汽与地下超稠油之间发生的水热裂解反应,开发一种油层中能就地、不可逆降粘的采油新工艺及其应用中涉及的新型化学剂。本文重点研究内容是研制和筛选实用的催化剂及其载体,依此强化井下超稠油就地水热裂解达到提高采收率的目的。在研究超稠油水热裂解反应机理方面,以噻吩、四氢噻吩为模型化合物,研究了模型化合物的水热裂解反应,较全面地完善了超稠油水热裂解反应的机理。研究结果表明,在反应体系中加入适当的催化剂,可以加速辽河超稠油的水热裂解反应,缩短水热裂解反应的时间,使超稠油的粘度大大下降。同时,超稠油的族组成、平均分子量和结构都发生了较大的变化。研制出了适合于辽河超稠油的水热裂解催化剂体系:主催化剂为 Fe2+（Ni2+）。加入过渡金属活性组分后,其降粘效果存在着明显的不同,降粘效果最明显的应属 Fe2+、Ni2+,降粘率分别为:50.3%和 54.7%。自制了脂肪醇聚氧乙烯醚类乳化剂,确定可用该乳化剂作为催化剂体系的外部载体,这样保证了超稠油降粘重复性好。助催化剂为四氢化萘。将作为供氢剂的四氢化萘加入到“稠油+水+催化剂”体系后,降粘率由超稠油水热裂解的 57.1%提高到 72.6%,说明供氢剂具有抑制超稠油的粘度增加的作用。确定了适用的 pH 范围。当 pH 达到 6 左右时（酸浓度=3×10-4wt%）,降粘率为92%,表明酸起到了裂化的作用。确定了超稠油最佳工艺条件:反应温度:180℃、反应时间:24hr、催化剂浓度:0.02wt%、加水量:20～30wt%、供氢剂加量:0.06wt%、pH:6、超稠油降粘率达到 92.4%。通过对反应后的稠油为期 60 天的稳定性考察:粘度反弹率不到 5%,说明采用水热裂解法能够达到不可逆降粘的目的。本文的研究工作对辽河油田稠油、超稠油的有效开采具有重要的指导意义。

论文目录

• 第一章 文献综述
• 1.1 稠油催化降粘开采技术
• 1.2 均相、多相催化反应中的金属有机化学
• 1.2.1 烃类化合物C—H 键的活化
• 1.2.2 羰化反应
• 1.2.3 氧化反应
• 1.2.4 纳米级金属胶体及催化
• 1.3 本论文研究思路及主要任务
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究思路
• 1.3.3 研究的主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验仪器
• 2.2 稠油性质分析方法
• 2.3 试剂
• 2.4 实验装置及实验步骤
• 2.4.1 实验装置
• 2.4.2 实验步骤
• 第三章 水热裂解反应可行性及有关机理研究
• 3.1 超稠油水热裂解反应可行性研究
• 3.1.1 辽河超稠油物性分析
• 3.1.2 工艺条件对超稠油水热裂解反应前后稠油组成的影响
• 3.1.3 反应前后超稠油的烃分布及元素分析
• 3.2 模型化合物的水热裂解反应机理
• 3.2.1 模型化合物的选择
• 3.2.2 模型化合物的水热裂解反应
• 3.2.3 金属盐与噻吩和四氢噻吩的反应
• 3.3 超稠油水热裂解催化可行性研究
• 3.3.1 反应前后油样粘度的变化
• 3.3.2 反应前后水样的变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 水热裂解反应催化剂及其载体的研制
• 4.1 超稠油水热裂解催化作用及催化剂的选择依据
• 4.1.1 超稠油水热裂解催化作用
• 4.1.2 超稠油水热裂解反应催化剂成分的选择依据
• 4.2 催化剂载体乳化剂的研制
• 4.2.1 乳化剂的选择
• 4.2.2 超稠油乳化剂的研制
• 4.2.3 乳化剂的理化性能测试
• 4.2.4 超稠油乳化机理探讨
• 4.3 催化剂的制备
• 4.3.1 催化剂成分的选择
• 4.3.2 载体乳化剂的确定
• 4.3.3 碱液对油层矿物的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 催化剂应用效果室内评价
• 5.1 催化剂应用条件的考察
• 5.1.1 反应温度对催化剂作用的影响
• 5.1.2 反应时间对催化剂作用的影响
• 5.1.3 加水量对催化剂作用的影响
• 5.1.4 降粘稳定性的考察
• 5.2 催化水热裂解反应前后胶质和沥青质的变化
• 5.2.1 反应前后超稠油的组成分析
• 5.2.2 催化水热裂解反应前后胶质的变化
• 5.2.3 催化水热裂解反应前后沥青质的变化
• 5.3 本章小结
• 结论
• 本论文的创新点
• 参考文献
• 致谢
• 博士期间发表的论文及科研情况
• 中文详细摘要