不同沥青质含量渣油临氢热转化反应特性研究

以塔河常压渣油为原料、正己烷为溶剂沉淀出沥青质,并将其回调至渣油中配制成不同沥青质含量的油样进行高压加氢热转化实验;利用热重并结合1H-NMR和13C-NMR对反应产物中不饱和亚组分进行表征。结果表明：随着配制油样中沥青质含量的增加,焦炭和气体收率均呈线性增加趋势,次生饱和分收率在沥青质质量分数为30%时,取得极大值55.04%;不饱和亚组分均发生了烷基侧链的断裂脱落及环烷环开环裂解,致使芳香氢和芳环α位氢含量增加,且饱和碳分率呈显著降低趋势,而芳碳分率、共二环芳碳分率和共三环芳碳均表现为大幅度增加的变化趋势。     

塔河常压渣油中亚组分化学组成与结构分析

以塔河常压渣油为原料、正己烷为溶剂沉淀出沥青质,并将其回调至渣油中配制成不同沥青质含量的油样进行高压加氢热转化实验;利用热重并结合1H-NMR和13C-NMR对反应产物中不饱和亚组分进行表征。结果表明：随着配制油样中沥青质含量的增加,焦炭和气体收率均呈线性增加趋势,次生饱和分收率在沥青质质量分数为30%时,取得极大值55.04%;不饱和亚组分均发生了烷基侧链的断裂脱落及环烷环开环裂解,致使芳香氢和芳环α位氢含量增加,且饱和碳分率呈显著降低趋势,而芳碳分率、共二环芳碳分率和共三环芳碳均表现为大幅度增加的变化趋势。     

反应时间对加氢残渣油四组分含量和结构的影响

以沙特轻质原油减压渣油（ALVR）为原料,采用高压釜考察了不同反应时间下加氢反应后残渣油的四组分含量及其结构组成变化。结果表明,与未加氢渣油相比,加氢残渣油中的饱和分含量大幅度增加,而芳香分、胶质和沥青质的含量均降低,四组分的H/C原子比和平均相对分子质量均降低,芳碳分率升高。加氢残渣油的四组分含量随反应时间的增加均呈规律性变化。随着加氢反应时间的增加,四组分的H/C原子比和平均相对分子质量降低,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。渣油加氢反应过程中,其四组分均发生了明显的氢解和脱烷基反应,胶质和沥青质结构单元间的各种桥键可发生明显的断裂,导致其结构单元数减少。不同来源和属性的渣油加氢反应后各组分的结构变化有一定区别。     

渣油加氢转化过程中沥青质结构单元的变化

以不同沥青质含量的渣油为原料,研究了加氢反应前后沥青质结构单元的变化,并对沥青质结构单元进行初步模拟.结果表明,加氢后沥青质结构单元的平均相对分子质量增大,H/C原子比减小;硫含量降低,氮含量增加;芳碳分率增大,芳香环系周边氢取代率σ及芳香环系缩合度参数HAU/CA减小;HA增加,Hα、HβHγ减少;沥青质结构单元的取代芳碳分率减少,质子芳碳分率增加,表明加氢反应后沥青质的缩合度增大,发生了明显的脱烷基反应.随原料沥青质含量的增加,加氢后沥青质结构单元的环烷环数和芳香环数均逐渐增加,尤其是芳香环数,甚至会大于原生沥青质.加氢过程中沥青质主要以单元薄片为基本单元参与反应.     

NMR 波谱解析渣油组分的化学结构

 采用¹H-NMR 和¹³C-NMR,研究了渣油组分中各种类型碳的分布,尤其是芳碳的分类。在¹H-NMR 中,具有化学位移6.0~9.0区间的质子对应的芳碳为质子芳碳, 化学位移2.0~4.0区间的质子对应的芳碳为取代芳碳。在¹³C-NMR 中,化学位移10~70为饱和碳,化学位移120~130为质子芳碳和芳香内碳,化学位移130~150为取代芳碳和芳香并碳。关联了¹H-NMR 和¹³C-NMR 中部分芳碳的数值对应关系,计算了渣油组分中各种碳的分率。结果表明,从芳香分、胶质到沥青质,饱和碳分率降低,芳碳分率增加,尤其是沥青质含有较多芳香内碳,其缩合最紧密。渣油经过加氢处理后,大部分胶质和沥青质被脱除,剩余部分饱和碳分率降低,芳碳分率增加,特别是芳香内碳分率增加,表明其中芳香环系的缩合程度更高。     

氢初压对渣油加氢产物胶体稳定性的影响及原因分析

在高温高压反应釜内,使用工业加氢转化催化剂对绥中36-1常压渣油进行了加氢反应,考察了氢初压对产物胶体稳定性的影响,并从产物的四组分组成、数均相对分子质量及胶质、沥青质的平均结构等方面对产生影响的原因进行了分析。结果表明,随着氢初压的升高,产物的稳定性先改善后略变差,其稳定性的改善可降低焦炭收率;产物的四组分中饱和分的含量增大,芳香分、胶质的含量变化不大,沥青质含量降低;芳香分、胶质的相对分子质量先增大后减小,沥青质的相对分子质量逐渐减小;胶质、沥青质的H/C原子比先增大后减小,芳香碳分率先降低后增大,二者结构性质的改变决定了产物胶体稳定性的变化趋势。     

超声波处理对渣油加氢反应过程胶体性能的影响

超声波处理改变了渣油饱和分、芳香分、胶质、沥青质(SARA)的含量、结构和分布状态,使渣油胶体稳定性得到改善。沥青质的含量、结构和分布状态对渣油胶体稳定性有重要影响。超声波处理改变了沥青质的结构,减少了渣油中沥青质的含量,大幅增加了溶胶能力强的胶质的含量,改善了沥青质的分散状态,使渣油胶体稳定性增加。超声波处理后渣油四组分理化性质的变化改善了渣油品质,提高了渣油和沥青质的反应性能,加氢反应深度增加,产物分布改善,但加氢残渣油的胶体稳定性降低。超声波处理对渣油及其加氢残渣油的胶体稳定性具有重要影响。     

渣油加氢处理后沥青质组成和结构的变化

采用IR、NMR、XPS等分析手段及钌离子催化氧化(RICO)法,考察了不同加氢反应温度下渣油沥青质组成和结构的变化。结果表明,随着加氢反应温度的升高,沥青质结构中硫质量分数降低,而氮质量分数增加,芳碳率提高;沥青质结构中出现较大的芳香核,芳香环上的取代侧链和芳环间的桥链均变短,分别由C₂₉降至C₁₇、C₂₁降至C₇;沥青质RICO产物中的苯多酸由苯甲酸、苯二甲酸为主逐渐变化为以苯四甲酸至苯六甲酸为主,说明沥青质中的群岛型结构有向大陆型结构转化的趋势。加氢温度升至450℃后,沥青质的组成和结构已基本稳定,说明渣油加氢适宜温度为450℃。     

渣油加氢处理过程中氮分布与脱除规律的研究

在渣油加氢处理中试装置上,考察了渣油中氮化物在不同催化剂上的脱除规律。结果表明,渣油加氢产物中总氮、碱性氮和非碱性氮含量随加氢深度增加而呈逐渐减少的趋势,加氢产物的碱性氮占总氮比率却逐渐增加,总氮、碱性氮和非碱性氮的脱除率分别为51.8%,33.9%,58.5%,表明在加氢脱除过程中,碱性氮较非碱性氮更难脱除。加氢产物组分中碱性氮占总氮的比例由大到小依次为:沥青质组分>胶质组分>芳香分组分。氮在原料渣油和加氢产物组分中的分布规律为:胶质组分>芳香分组分>沥青质组分。     

超声波处理对渣油物性的影响

以四种不同来源和属性的渣油为原料,研究了超声波处理前后渣油基本物性和结构参数的变化,并对超声波处理前后渣油的加氢效果进行了对比研究 。结果表明：经超声处理后渣油的平均相对分子质量减小,粘度降低,密度基本不变;SARA四组分中,饱和分、芳香分和沥青质含量均减小,胶质的含量增加,胶质和沥青质的总含量增加;沥青质含量越高,经超声处理后胶质增加量越多,饱和分减少量越小,芳香分减少越大。超声波处理使渣油的平均分子总碳数C、芳环上的碳数CA、总环数RT、芳环数RA、环烷环数RN均减小,重油特征化参数KH增大,超声波处理改变了渣油的平均结构。沥青质含量和结构的变化是超声波处理引起渣油物性变化的最主要原因。     

沥青质添加量对其加氢反应过程的影响

以十氢萘为溶剂,研究了不同添加量下沥青质在高压釜中的加氢转化反应行为。结果表明,随着沥青质添加量的增加,小于200 ℃组分和焦炭的产率增加,脱氮率、残渣油中饱和分和芳香分的含量降低,沥青质转化率、脱硫率、加氢残渣油中胶质的含量均会出现最大值。加氢后所得沥青质的平均相对分子质量均小于原生沥青质,表明沥青质在加氢反应过程中发生了明显的烷基侧链和单元薄片的脱除反应。在纯沥青质加氢反应条件下,沥青质含量的增加不利于加氢反应的进行。     

催化裂化柴油加工转化过程的经济性分析

立足柴油组分的分子结构，通过分析各类柴油原料和其加氢产品的组成关系，研究柴油组分加氢精制过程中的芳烃饱和反应规律，以及不同加氢深度对催化裂化柴油（简称LCO）回炼时裂化转化结果的影响，从经济性角度探讨LCO的不同加工路线。结果表明：LCO加氢精制生产国Ⅵ标准柴油的过程中，芳烃加氢饱和反应的耗氢量占反应总耗氢量的50%左右；LCO因其密度大、多环芳烃含量高，作为国Ⅵ车用柴油调合组分时需要深度加氢饱和芳烃，因而耗氢成本巨大，经济性极差；LCO选择性加氢-催化裂化组合（LTAG）工艺，LCO的加氢反应深度降低，耗氢成本大幅降低；可利用加氢转化制汽油、加氢转化制芳烃、加氢裂化混合掺炼、渣油加氢和催化裂化组合回炼等技术，实现富含芳烃的LCO资源的高效利用。     

胶质添加量对胜利减压渣油加氢过程的影响

以不同胶质添加量的胜利减压渣油为原料,在高压反应釜中进行加氢反应,并对加氢前后的油样进行元素分析、平均相对分子质量测定、模拟蒸馏及金属（Ni、V）含量分析。结果表明：与原料相比,不同胶质添加量的胜利减压渣油加氢液相产物的平均相对分子质量、硫含量、氮含量、金属含量均不同程度减小,而H/C摩尔比均增大;随着胶质添加量增大,渣油加氢液相产物的平均相对分子质量和H/C摩尔比均逐渐增大,硫含量逐渐减小,氮含量和金属含量则先减小后增大;随着胶质添加量增大,渣油加氢液相产物中汽油+气体、加氢残渣油、焦炭的产率呈降低趋势,而柴油、加氢重油馏分的收率呈上升趋势。     

原料对渣油加氢处理残渣油收率和性质的影响

 分别以来源和属性不同的常压渣油和减压渣油为原料,在同一反应条件下进行加氢转化反应,考察原料属性对加氢残渣油收率和性质的影响。结果表明,无论是常压渣油还是减压渣油,都是性质较差原料的加氢反应转化率较高、汽柴油及焦炭收率较高、残渣油收率较低。与原料油相比,加氢反应所得大于350 ℃残渣油的饱和分含量增加,芳香分含量降低。实验所考察的四种渣油中只有沥青质含量很低的抚顺减压渣油加氢转化后所得沥青质与焦炭的产率之和大于原料中的沥青质含量,表明当原料中沥青质含量较高时,渣油加氢转化反应过程中沥青质主要以发生氢解反应生成小分子组分为主。     

加氢反应温度对塔河沥青质结构组成的影响

以塔河常压渣油的正庚烷沥青质为原料,在高压釜内考察了加氢反应温度对沥青质结构组成的影响。结果表明,与原生沥青质相比,加氢后次生沥青质的H/C原子比、平均相对分子质量、单元薄片数目和芳香环系缩合度参数HAU/CA均减小,芳碳率fA增大;加氢后沥青质单元薄片的平均相对分子质量增大,Hα、Hβ和Hγ减小,HA增加,总环数RT和芳香环数RA也都明显增加,质子芳碳比例增加,取代芳碳比例减小,表明沥青质在加氢过程中发生了明显的烷基侧链和单元薄片的脱除反应及少量的脱氢缩合反应。随加氢反应温度升高,沥青质结构参数的变化更明显,且在653～673 K范围时各结构参数的变化幅度最大。     

渣油亚组分及其形成的胶粒颗粒尺寸的研究

 根据球形分子模型，采用特性粘度法和密度法计算了渣油亚组分(沥青质、胶质、芳香分)分子的颗粒直径；构筑了渣油中沥青质胶粒(胶团)模型，并据此计算了沥青质胶团尺寸。结果表明，采用特性粘度法，溶剂胶党性对测定沥青质大分子直径有影响，以甲基萘和苯为溶剂测定选择性粘度，关联出的沥青质分子直径分别为3.52~4.34nm和3.93~4.96nm。采用密度法计算得到的沥青质分子颗粒直径为2.39~2.79nm。大分子缔合作用对测定分子颗粒尺寸有影响。采用两种方法计算胶质、芳香分小分子颗粒直径均不受影响，分别约为1.60nm和1.25nm。渣油亚组分构成的胶团颗粒随着加氢处理深度的增加呈变小的趋势，73.3%质量分数的沥青质大分子转化成小分子。     

镍在渣油加氢处理过程中的行为研究

采用4反应段固定床连续加氢处理装置研究了镍在渣油加氢处理过程中的变化,分析了混合渣油原料油及各步加氢处理油中镍的含量,并将各油样分离成八组分,对各组分中的元素镍进行了分析,讨论了原料油、各加氢处理油及分离组分中镍的分布变化及原因。结果表明,原料油中的镍主要集中在胶质和沥青质组分中,在保护剂段沥青质组分被大量脱除,并促使重组分中部分镍的存在形式发生一定的转化,减轻了后续床层催化剂的负荷,镍主要在加氢保护剂段和加氢脱金属段被脱除,有利于延长下游催化剂的使用寿命;经连续加氢处理后,镍含量明显降低,由25.4μg/g儋降低到5.3μg/g,镍的累积脱除率达到79.1%。     

常压渣油组分的电导率

 研究了常压渣油组分在苯溶液中的电导率。采用液相色谱法将大港、中东、塔河常压渣油各分成6个组分,测定了各组分苯溶液的电导率,并从各组分的平均相对分子质量、介电常数等数据计算了它们的平均偶极矩。采用极限质量分数电导率比较了大港、中东、塔河常压渣油各组分的导电能力和渣油体系的胶体稳定性。结果表明,各组分苯溶液的电导率随着组分质量分数的增大而增大,两者呈线性关系。3种渣油各组分的极限质量分数电导率均按以下顺序依次减小：沥青质、重胶质、中胶质、轻胶质、重芳烃、轻芳烃和饱和分;平均偶极矩也按该顺序依次下降,与极限质量分数电导率下降趋势相同,但下降幅度不同;大港常压渣油沥青质组分的平均偶极矩远小于中东和塔河常压渣油的,但极限质量分数电导率却大于它们的。3种渣油中,大港常压渣油的胶体稳定性最好。     

加氢反应时间对塔河沥青质结构组成的影响

在高压釜反应器中考察了反应时间对加氢后沥青质结构组成的影响。结果表明,加氢后沥青质缔合体的平均相对分子质量、H/C原子比、结构单元数以及芳香环系缩合度参数HAU/CA均减小,芳碳分率升高,沥青质在加氢反应过程中发生了明显的烷基侧链和环烷环脱除反应及缩合反应,使次生沥青质的缩合度增加。加氢后沥青质中Hα和Hγ所占氢原子的比例减小,Hβ和HA的比例增加,沥青质的加氢过程既有正碳离子反应,又有自由基反应。次生沥青质单元薄片的总环数和平均相对分子质量增大,单元薄片间可以发生脱氢缩合反应。随反应时间的延长,沥青质结构参数的变化幅度逐渐减小,沥青质的加氢转化反应时间以控制在2小时左右为宜,过长的反应时间无益于反应的进一步进行。