超強(qiáng)酸分子篩催化劑的制備及其稠油催化降粘研究.pdf

1、隨著全球能源消費(fèi)量急劇增加以及輕質(zhì)石油儲(chǔ)量不斷減少，儲(chǔ)量豐富的稠油資源將成為未來(lái)石油開采的重點(diǎn)。然而由于其粘度高造成開采非常困難，降低稠油粘度能夠有效提高其開采率。過去數(shù)十年中，熱采法、化學(xué)采油法、微生物法以及催化水熱裂解法等多種方法被用來(lái)降低稠油的粘度。其中，催化水熱裂解法由于其在降低稠油粘度的同時(shí)能有效提高稠油品質(zhì)，促進(jìn)稠油重組分轉(zhuǎn)化為輕組分，是一種非常有應(yīng)用潛質(zhì)的方法。
　　催化水熱裂解法的關(guān)鍵在于催化劑的選擇，SO42-修

2、飾的金屬氧化物由于具有超強(qiáng)酸特性，是一類理想的固體超強(qiáng)酸催化劑。其中，SO42-/ZrO2是最為常見的一種固體超強(qiáng)酸，但存在比表面積較小導(dǎo)致表面酸活性位不足，SO42-易流失造成催化劑失活等缺點(diǎn)。分子篩結(jié)構(gòu)具有有序的孔徑以及大比表面積等優(yōu)點(diǎn)。分子篩與超強(qiáng)酸相結(jié)合是解決超強(qiáng)酸這些缺點(diǎn)的理想途徑。稠油催化降粘效果另一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)是以N、S雜原子的脫除率來(lái)表征稠油品質(zhì)的改善。本文通過制備Zr固溶的Zr-Zeolite分子篩結(jié)構(gòu)催化劑來(lái)解決SO4

3、2-/ZrO2納米催化劑的表面酸活性位較少以及催化劑易失活的問題；通過過渡金屬離子Ni2+摻雜提高N、S雜原子的脫除率。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　通過制備分子篩結(jié)構(gòu)SO42-/Zr-Zeolite催化劑顯著提高催化劑表面酸活性中心，使稠油降粘率得到提高。通過制備分子篩結(jié)構(gòu)SO42-/Zr-Zeolite催化劑改善納米顆粒結(jié)構(gòu)SO42-/Zr-SiOx催化劑表面酸活性位不足。催化劑比表面積從納米顆粒結(jié)構(gòu)的96.67 m2/g提高到分子

4、篩結(jié)構(gòu)的297.55 m2/g。比表面積增大使分子篩結(jié)構(gòu)SO42-/Zr-Zeolite催化劑的表面酸活性位得到顯著增加，從而使稠油降粘率得到提高。水熱裂解后，原油品質(zhì)也得到改善。飽和烴和芳香烴含量分別提高4.6％和0.8%,而膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量分別減少2.9%和2.4%；同時(shí)硫元素含量減少0.07%。
　　通過提高Zr含量進(jìn)一步增加酸活性中心以及氫供體輔助顯著提高稠油催化降粘效率。在保持分子篩結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)控正丁醇鋯與四甲氧

5、基硅烷的用量由1:1增加至4:1時(shí)，SO42-/Zr-Zeolite(4:1)催化劑的降粘率達(dá)到62%。相比納米顆粒結(jié)構(gòu)SO42-/Zr-SiOx(1:1)催化劑，稠油降粘率增加了40%。同時(shí)，分子篩結(jié)構(gòu)SO42-/Zr-Zeolite(4:1)催化劑表現(xiàn)出了較好水熱穩(wěn)定性，循環(huán)降粘實(shí)驗(yàn)表明稠油降粘率沒有明顯下降。為了進(jìn)一步提高稠油降粘率，考察了不同氫供體與SO42-/Zr-Zeolite(4:1)催化劑的協(xié)同降粘效果。結(jié)果表明氫供體四