劣质重油正庚烷和正戊烷沥青质的分离、表征和热分解动力学研究

发布时间：2020-10-10 08:47

　　沥青质是重油中相对平均分子量最大、极性最强、缔合性最强和杂原子含量最高的组分,在重油的生产和加工利用中沥青质的自聚集沉积容易造成管道堵塞等问题。根据沥青质的定义,沥青质是石油中不溶于相对分子质量较低的正构烷烃(如正庚烷和正戊烷)而溶于甲苯的组分。本文主要对比正庚烷和正戊烷两种溶剂制取沥青质及相关组分的区别。本文首先分别采用正庚烷和正戊烷为沉淀剂,采用柱分离的方法,将我国自产减压渣油分离成饱和分,芳香分,胶质,沥青质四组分,并进行了CHNS四种主要元素表征。结果表明,以正戊烷为沉淀剂获得的不溶物沥青质比用正庚烷的多约13%,而这部分物质是通过溶于烷烃,从而进入了饱和分的成分,这两种沉淀剂获得的胶质和芳香分含量是基本相同。而两种沉淀剂获得沥青质的红外光谱和XRD测试表明,两种沉淀剂获得的沥青质在官能团结构上没有明显的差异。接着将正庚烷沥青质和正戊烷沥青质溶于甲苯中,测量其不同温度下的密度,发现沥青质甲苯溶液密度与溶液浓度之间呈良好的线性关系,通过线性回归外推,获得了沥青质的“本征”密度,二者对温度有着相同的依赖性,意味着二者的化学结构是相同的,而正庚烷沥青质的密度略高,则表明其空间堆积(Packing)更加紧密,在沉淀过程中,沥青质与正庚烷的排斥作用更强。在氮气气氛保护下,利用热重分析仪对SARA四组分,分别在10,15,20,25K·min~(-1)四个不同升温速率下进行热重分析(TGA),研究用正庚烷和戊烷溶剂提取出SARA四组分的热分解行为。结果表明TG和DTG曲线可以发现沥青四组分的起始失重温度大约都在500K,四组分的最大失重速率都在750K左右。沥青质的热稳定性明显比其他三组分要高。在800K时,各组分反应转化率由高到低的顺序为:饱和分芳香分胶质沥青质,表明饱和分达到一定的裂化转化率只需较低温度,而沥青质刚好相反。采用化能分布模型Distributed Activation Energy Model(DAEM)和等转化率Fiynn-Wall-Ozawa(FWO)模型计算了热解动力学,结果发现FWO法求得的活化能与DAEM法计算出来的值差不多,各组分的分解过程符合一级动力学,四组份的活化能的范围是50-250 kJ/mol范围,且四组份活化能的组成大小是沥青质饱和分芳香分胶质,达到相同转化率下饱和分所需温度最低,其次分别为芳香分、胶质和沥青质。
【学位单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TE624
【部分图文】：

结构模型,红外光谱仪,红外光,红外光谱

芳香片层高度，单位为 nm。[25]图1.1 沥青质的结构模型Figure1.1 The structure of asphaltenes1.5.3 红外光谱分析(1) 红外光谱的产生十九世纪初，英国科学家F.W.Herschel发现一种长波长的红外光，由于其波长位于可见光区的以外，所以人眼看不见它。同世纪末，Julius 发明了红外光敏感接受装置，因此红外设备初具雏形。目前主要使用的第三代红外光谱仪是一种干涉型红外光谱仪，其设计原理主要依据光的相干性原理，又称傅里叶变换红外测量仪。傅立叶变换红外光谱可以对沥青质的化学组成进行分析。(2) 红外光谱的原理

抽提器,分离装置,沥青质,尺寸

2.4 实验装置实验中重油四组分分离装置见下图 2.1 和图 2.2。图2.1 沥青质分离装置及抽提器尺寸Figure2.1 The separation device and extract size of asphaltenes1-凝器；2-四个爪；3-滤纸；4-抽提器；5-磨口锥形瓶

吸附装置,吸附柱,尺寸,瓷蒸发皿

14图2.2 吸附柱尺寸及吸附装置图Figure2.2 The adsorption column size and adsorption device diagram1-淋洗溶剂；2-活化后的活性氧化铝；3 少量棉花；4-锥形瓶；5-恒温循环水浴。2.5 实验步骤2.5.1 分离前氧化铝活化准备将氧化铝放在瓷蒸发皿内，再将瓷蒸发皿放置在马福炉中已使受热均匀，将其升温至 500℃中烘 6 小时，取出后立即将瓷蒸发皿夹入带活塞的干燥器中，静置使其达到室温。再装入已称量过的细口瓶中，按氧化铝净重加入 1％的蒸馏水，盖紧塞子，剧烈摇动 10 分钟，最后放置 30 小时后备用，活化后的氧化铝有效期为 1 周。并

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