渣油催化临氢热转化钼铁双金属催化剂的研究

Replacement of precious single metal catalysts with cost-effective, highly-dispersed composite catalysts for catalytic hydrothermal conversion of residue holds tremendous promise for the residue upgrading technologies. Organic metals were added to the feed as the oil-soluble precursors, and transformed into the catalytic active phases in this work. Physical properties and structures of the composite catalysts had been investigated by X-ray fluorescence spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, scanning electron microscope and transmission electron microscopy. The composite catalysts were found to be highly efficient in the catalytic hydrothermal conversion of both model compound and residue. Increased metal dispersion and synergistic effects of two metals played indispensable roles in such catalytic system. Results showed that under the test conditions in the article, the catalyst had the best catalytic performance when the mass ratio of molybdenum to iron was 1.5.     

碰撞诱导解离技术研究减压渣油四组分中芳环结构的连接方式

The linkage of aromatic ring structures in vacuum residues was important for the refining process. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) combined with collision-induced dissociation (CID) was a powerful method to characterize the molecular structures. In this work, model compounds with different aromatic ring structures were measured by CID FT-ICR MS. The cracking of the parent ions and the generated fragment ions were able to distinguish different linkage of the model compounds. Then, vacuum residues were separated into saturates, aromatics, resins and asphaltenes fractions (SARA), and each fraction was characterized by CID technology. According to the experiment results, the aromatic rings in saturates and aromatics fractions were mainly island-type structures, while the aromatic rings in resins and asphaltenes fractions had a significant amount of archipelago-type structures.     

沥青质临氢热裂化转化规律初步研究

运用APPI+结合FT-ICR MS、XPS等方法分析塔河沥青质结构。以塔河减压渣油为原料研究沥青质在临氢热裂化转化规律。结果表明,沥青质临氢热裂化过程中的裂化反应以热裂化为主,催化剂可以抑制沥青质的缩合反应,并对沥青质中芳环结构加氢以促进其转化。在合适的条件下,塔河减压渣油沥青质转化率可以达到85.8%,裂化率达到78.2%。次生沥青质的转化是沥青质转化的关键,次生沥青质中最难转化的是稠环芳烃结构和氮稠环结构,其转化难度按从难到易的顺序为HC(芳烃结构)、N1(含1个氮原子的芳香性氮化物结构)、N2(含2个氮原子的芳香性氮化物结构)。含硫结构以及含有2种或多于2种杂原子的沥青质结构的转化率较高。加氢反应是沥青质轻质化的关键。     

分散性催化剂作用下噻吩类化合物的临氢转化规律

以有机钼为前驱体制备了分散性纳米RDC-Mo催化剂,采用微型反应釜进行了噻吩类模型化合物噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩(DBT)热转化及RDC-Mo催化临氢热转化反应,对比了热转化及催化临氢过程噻吩类模型化合物热转化反应效果。采用X射线衍射(XRD)及高分辨率的透射电镜(HRTEM)对所制备的分散型催化剂进行了分析表征。采用模拟计算方法深入研究了分散型催化剂催化临氢热转化显著提高噻吩类化合物转化率以及不同结构噻吩类反应差异的内因。结果表明：制备的分散型催化剂RDC-Mo具有高度分散纳米尺寸特征,其晶粒尺寸为3.63 nm。相比于热转化,高分散纳米催化剂RDC-Mo作用的催化临氢过程显著强化了噻吩类化合物的转化,使其转化率大幅度提高。高分散度纳米催化剂显著强化了噻吩类化合物与催化剂活性中心、H₂的可接近性;H₂经纳米催化剂活化形成的氢自由基强化噻吩类化合物中与S相连的芳环碳定向加氢,促使C—S键断裂能垒大幅下降,在较低温发生断裂;该反应路径正是造成分散型催化剂临氢体系显著提高噻吩类化合物裂化转化率的内在原因。受定向加氢的概率、在活性中心MoS₂吸附难易以及定向加氢后C—S键键长变化3方面的影响,不同结构噻吩类化合物转化率由大到小顺序为苯并噻吩、噻吩、二苯并噻吩。     

减压渣油胶体稳定性的分子模拟研究

分子结构特性决定分子间相互作用,进而决定其溶解性能。通过分子模拟研究减压渣油不同结构分子的分子间相互作用、互溶性及由此导致的渣油胶体稳定性。研究表明,芳环数目越多、烷基侧链越短的分子结构内聚能密度越大,溶解度参数越大。在渣油体系中,沥青质、重胶质分子聚集形成胶核,饱和烃、芳香烃、轻胶质分子形成连续相。胶质分子结构影响其胶溶性能,侧链长度适中的胶质分子,其与沥青质、芳香分互溶性好,胶溶性能优异;沥青质的聚集程度随胶质分子含量的增加而降低。芳香分、胶质分子的协同作用使沥青质、饱和烃分子稳定存在于同一体系中,因此渣油胶体稳定性取决于不同分子结构的连续性和配伍性。     

热分析技术在沥青表征中的应用

介绍了近些年来国内外热分析技术在沥青分析中的应用进展。首先阐述了热分析技术在沥青产品的相态与结构、硬化过程、低温抗裂能力、老化、热稳定性、流变性等六方面的应用,最后展望了热分析技术在沥青表征方面的应用前景。     

浆态床油溶性加氢催化剂前体的研究进展

浆态床渣油加氢工艺是加工劣质油品的有效方法，由于原料具有高沥青质、高金属含量的特点，工艺的核心在于提供稳定高效的加氢裂化催化剂。油溶性催化剂前体能够原位转化为纳米级尺寸的催化剂活性相，其分散度高、加氢活性高，因而成为浆态床渣油加氢工艺的首选。本文主要介绍了4类常见的油溶性有机钼化合物，即二烷基(芳基)二硫代氨基甲酸钼(Mo-DTC)和二烷基二硫代磷酸钼（Mo-DTP）、环烷酸钼（MoNaph）、异辛酸钼、六羰基钼，比较它们在氢气和硫作用下的转化过程以及对重质原料的加氢性能，找出各自在应用过程中的优缺点，为深入研究和设计开发油溶性催化剂前体提供思路和借鉴。     

不同氢源对十二烷基芘热裂化反应的影响及作用机理

采用微型反应釜进行了模型化合物十二烷基芘的热转化、添加供氢剂四氢萘(THN)热转化及分散型催化剂(RDC-Mo)作用下的催化临氢热转化反应,考察了不同来源活性氢对十二烷基芘热转化反应的影响,并采用分子模拟对其作用机理进行了探索研究。结果表明：不同活性氢对十二烷基芘裂化反应的影响不同,供氢剂抑制缩合的同时也抑制裂化反应;分散型催化剂作用下的催化临氢热转化反应抑制缩合促进裂化,且显著提高烷基芳烃侧链在α位断裂选择性(提高43百分点)。分子模拟探究其原因是,高分散度RDC-Mo催化剂活化氢气形成的活性氢更容易定向进攻十二烷基芘芳环与侧链相连碳(简称Ipso碳),促使侧链α位C—C键断裂能垒显著下降(129 kJ/mol),远低于侧链β位断裂能垒(>325 kJ/mol),从而显著促进裂化反应的同时提高侧链在α位断裂选择性;而供氢剂四氢萘最容易供出α位的氢与十二烷基芘Ipso碳存在很大空间位阻,不能实现定向加氢进而促进裂化,其主要作用是稳定体系中的自由基,抑制自由基链反应的传递。     

芳烃催化加氢反应机理的研究进展

对萘、菲、蒽及芘根据不同计算方法所得的反应活性位进行总结,对苯在金属表面的催化加氢机理-芳烃交换机理进行概括,对菲在MoS₂/Al₂O₃催化剂表面生成二氢菲的基元反应步骤和在Ni-MoS₂/Al₂O₃催化剂表面加氢生成四氢菲的过程进行总结,还给出了蒽的催化加氢反应网络图,分析了在不同催化条件下蒽是否有中环断裂情况的发生,给出了芘在RaneyNickel（W-7）催化剂表面生成二氢芘、四氢芘和六氢芘的催化加氢机理反应图,以及根据能量最低理论,判断芘发生加氢反应的优先位置情况,分别计算了芘加氢生成二氢芘、四氢芘、六氢芘和十氢芘可能存在的加氢路径。并总结了蒽、菲等多环芳烃发生催化加氢反应的规律。加深对多环芳烃催化加氢机理的研究将更好地指导重质油轻质化的进行,因此对多环芳烃催化加氢机理的研究具有重要意义。     

沥青质分子聚集体的解离对策

针对沥青质分子大芳环体系和多杂原子结构特征引起的π-π相互作用及氢键作用,运用量子力学、分子动力学等方法,研究沥青质分子聚集体的解离对策。对于π-π相互作用,从降低沥青质分子间π电子云重叠和减少沥青质分子的π电子数目两个方向研究解离措施;对于氢键作用,从降低沥青质分子间S—H、N—H、O—H间轨道叠加电子转移效应和减少沥青质分子的S、N、O数目两个方向研究解离措施。结果表明：引入π电子云分散剂可有效降低沥青质分子间π电子云重叠程度,对沥青质分子的稠合芳环进行局部加氢饱和可以减少其π电子数目,两条途径的分子模拟结果均能实现沥青质分子聚集体的解离;削弱沥青质分子间π-π相互作用对减弱氢键作用具有明显的促进作用;针对π-π相互作用的解离思路和措施也适应于金属卟啉分子与沥青质分子形成的聚集体,镍卟啉分子与沥青质分子形成的聚集体的解离难度比钒卟啉的大;提高温度加剧分子热运动及脱除杂原子可削弱或消除氢键作用,但在沥青质分子的其他芳环体系未改变的前提下,消除氢键作用不能实现对沥青质分子聚集体的完全解离。