石油沥青质液相氢化分解过程的基础研究

The efficient conversion and optimal utilization of heavy oil has great practical significance to the development of national economy. The asphaltene, is a petroleum component with the largest molecular weight, the strongest polarity and most complicated structure. The occurrence of asphaltene precipitation and condensation to coke is the source of the trouble on the processing, engineering and operating of converting heavy oil to light oils. Aimed to the conversion of asphaltene in heavy oil , taking hydrogen-rich solvent as the medium for dissolution and hydrogenation, the asphaltene can be upgraded to light feedstock for catalytic processes by indirect-hydrogenation and the hydrogen-rich solvent as hydrogen-donor. This project will start from the study of asphaltene colloid structure and properties, combined with the reactive behavior, change of physical property, and diffusion of hydrogen free-radical of hydrogen-rich solvent, the degree of association, dispersion, and stability of asphaltene in solvent systems will be cognized. As a result, the control step of decomposition, mass transfer, and reaction rate of asphaltene in liquid- phase reaction system will be revealed. In addition, the regulation and control method of solvent hydrogenation-reduction reaction will be developed and the corresponding reaction environment and type of catalyst be determined. Based on above researches, a novel reaction system of asphaltene conversion will be established and the key chemical reaction engineering issues of the process be illustrated, which provides a new technological approach to convert heavy oil efficiently in China.

重质油高效转化和优化利用是国民经济发展的重大需求，具有十分重要的现实意义和战略意义。沥青质是分子量最大、极性最强、结构最复杂的石油组分，易发生聚沉、缩合转化成焦炭，是目前重质油轻质化工艺、工程和操作上巨大困难的根源。针对重质油沥青质部分，申请者提出以富氢溶剂为溶解—加氢介质，通过溶剂供氢的“间接”加氢方式，实现沥青质的液相氢化分解，为进一步催化加工提供原料。本项目拟从研究沥青质胶体结构和性质出发，结合富氢溶剂在反应过程中的物性变化和氢自由基的扩散、反应行为，认识沥青质在溶剂体系中缔合、分散和稳定性特征；揭示液相反应体系中沥青质分子结构的分解规律及制约传质、反应速率的控制步骤；并发展溶剂加氢还原反应深度的调控方法，研究与之匹配的催化剂类型和反应环境。综合集成上述方面的研究，构建新型的沥青质轻质化反应体系，阐明相关的化学反应工程关键问题，为我国重质油高效转化技术开发提供理论基础。

重质油高效转化和利用是国民经济发展的重大需求，具有重大的现实意义和战略意义。重质油沥青质部分聚沉、缩合生焦是限制重质油高效转化的关键难题。针对该难题本项目重点开展了沥青质液相氢化分解过程研究，主要内容包括沥青质胶体结构及缔合、分散和稳定特性；富氢溶剂烃分子供氢能力及氢自由基传递规律；沥青质反应特性及动力学规律；贫氢溶剂加氢还原反应深度的调控方法。通过研究沥青质超分子结构演变规律，认识了沥青质胶体结构及缔合、分散等物理现象。基于对胶体稳定性随反应变化的认识，获得了维持沥青质胶体稳定存在，并定向转化为可溶质，减少聚沉、缩合生焦的方法，实现沥青质转化55.67wt%，而焦炭产率<2wt%。通过认识工业馏分油供氢能力及其与沥青质互溶性的规律，筛选出了与沥青质互溶性好、供氢能力高、廉价的工业馏分油富氢溶剂，基于富氢溶剂供氢能力及其平均分子结构认识，确定RA/RN值接近1时工业馏分油供氢能力较高。研究了反应前后杂原子化合物变化规律，并结合沥青质单元片层结构反应过程的认识，获得了沥青质反应历程，推测沥青质中似晶缔合体含量<5%，非晶缔合体含量>95%，转化过程中似晶缔合体以生焦为主，非晶缔合体转化为馏分油。分析了反应动力学，获得了沥青质液相氢化分解反应动力学基础理论，沥青质转化为馏分油的活化能（106.07~109.06kJ/mol）明显低于沥青质热裂化活化能。基于催化剂载体、活性组分及工艺条件对多环芳烃加氢还原反应规律的认识，获得了多环芳烃加氢还原反应深度的调控方法，形成了新的富氢溶剂循环利用路径。在本项目的支持下获得国内外授权专利8项，发表国内外学术论文34篇，参加国内外学术会议16次，培养硕士、博士研究生11人，培养国家自然基金优秀青年科学家基金资助教师1名，获得省部级奖励2项。本项目的研究为解决重质油高效转化受沥青质生焦限制的难题提供了新的技术途径，构建了新型的沥青质轻质化反应体系，阐明了该过程中相关的化学反应工程关键问题，为重质油高效利用奠定了理论基础。