CN107129827B - 一种稠油水热降黏改质强化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稠油水热降黏改质强化方法，向稠油中添加去离子水，在含氢气、一氧化碳的气氛中进行热改质处理，油水分离后得到改质合成油。采用本发明的方法，可以综合利用水的裂解、氢气活化以及水‑气转化反应等多种来源的活性氢达到提高稠油改质效率的目的，同时所述方法无需外加昂贵催化剂，可降低过程的操作成本，有助于提高稠油热改质的经济效益。

Description

一种稠油水热降黏改质强化方法
技术领域
本发明涉及一种稠油热降黏改质方法，特别涉及一种稠油水热降黏改质强化方法。
背景技术
随着世界能源需求的增加，稠油产量不断增加，然而稠油含有大量高芳香性、高分子量的胶质沥青质组分，其黏度和密度非常高，常温下流动性极差，难以直接进行运输和加工。此外，稠油的品质呈现劣质化程度不断加剧的趋势。因此，稠油的降黏改质成为石油行业研究者和生产者关注的重点问题之一。水热裂解降黏过程依据稠油和水或者蒸汽之间发生的脱硫、脱氮、加氢、开环等一系列水热裂解反应，实现稠油改质和降黏的效果。该过程具有无需消耗昂贵氢气、可以不添加昂贵催化剂、可应用在稠油开采过程中实现原位改质等优势。如何提高水热降黏改质的效果一直是研究者面临的挑战，因而探寻强化水热降黏改质的有效方法对于增强稠油降黏改质效率、提高稠油改质过程的经济效益具有重要意义。
为了强化水热裂解降黏过程目前已逐步发展起来催化水热降黏和供氢催化水热降黏等工艺。以上工艺基于水热裂解作用和供氢剂的供氢作用实现更高效的水热降黏改质效果。专利CN102654047A和CN104533364A报道了四氢萘、十氢萘等供氢剂和催化剂共同作用下的稠油水热降黏手段，降黏效果显著。但是由于供氢催化水热降黏涉及催化剂的设计使用，这在一定程度上增加了工艺操作成本。
前人[燃料化学学报,2003,31(6):574-578；燃料化学学报,2004,32(2):180-184；Petroleum Science&Technology,2007,23(11-12):1453-1462；Petroleum Science&Technology,2008,26(17):2088-2094；Petroleum Science&Technology,2009,27(7):712-732]的系列研究工作表明，由一氧化碳和氢气组成的合成气可以通过水-气转化反应现场提供氢源用以实现劣质重油的加氢改质，从而证实了富含一氧化碳和氢气的气源作为加氢氢源的可能性。专利US5055175报道了一氧化碳、氢气作用下金属催化剂催化重油乳状液的改质工艺，该工艺对于重油转化生成低硫低氮的轻馏分具有优良效果，并且避免了破乳分离过程。专利8394260B2中报道了将稠油在氧化剂和超临界水作用下进行改质的方法，其本质也是基于稠油氧化所形成一氧化碳和氢气作为氢源的加氢作用，同时有效发挥了超临界水多相混溶性的优良特性。然而需要指出的是，催化剂和超临界水的应用在一定程度上增加了操作成本并且对操作设备提出了更高要求。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的一个目的是提供一种稠油水热降黏改质强化方法，将稠油与水混合的稠油乳状液在含氢气、一氧化碳等气体的气氛中进行热改质，综合利用水的裂解、氢气活化以及水-气转化反应等多种来源的活性氢达到提高稠油改质效率的目的，同时无需外加昂贵催化剂，对降低过程的操作成本、提高稠油热改质的经济效益具有重要意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种稠油水热降黏改质强化方法，包括以下步骤：
向稠油中添加一定比例去离子水得到稠油乳状液；稠油乳状液在反应气氛中发生热裂化反应进行热改质处理；油水分离后得到改质合成油。
本发明综合利用水的裂解、氢气活化和水-气转化反应的活性氢对稠油进行改质，一方面增加氢源的来源，实现重油的加氢改质；另一方面在一氧化碳、氢气作用下改质不需引入金属催化剂或超临界水，在一定程度上降低了操作成本及对操作设备的要求，有助于提高改质经济效益。
优选的，稠油水热降黏改质强化方法具体包括以下步骤：
(1)称取一定量稠油原料，按一定比例添加去离子水作为混合进料，置于高压反应釜中；
(2)分别利用氮气和反应气氛吹扫排净空气后，向其中充入反应气氛至一定压力，并确保装置良好的密闭性，所述反应气氛为氢气、一氧化碳或其混合气体。
(3)升温至热改质温度开始进行稠油降黏改质实验，热裂化反应一定时间后进行油水分离，得到改质合成油。
优选的，所述去离子水的加入比例为稠油质量的2-12％。
优选的，所述反应气氛为氢气与一氧化碳混合气体时，氢气和一氧化碳体积比约为1:1。
优选的，所述反应气氛的压力为2-10MPa。
优选的，所述热裂化反应温度为380-450℃。
优选的，所述热改质时间根据体系生焦情况进行确定。
优选的，所述油水分离的方法为离心分离法。
优选的，所述油水分离的方法为过滤法。
优选的，改质合成油的体系生焦率不超过0.1％。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)综合利用水的裂解、氢气活化和水-气转化反应的活性氢对稠油进行改质，强化稠油水热降黏改质过程，提高改质效率；
(2)无需外加昂贵催化剂，降低工艺操作成本，有助于提高稠油降黏改质经济效益。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)和5mL水混合后一并加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa混合气体(氢气和一氧化碳体积比约为1:1)，在410℃温度下反应15min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为510mm2/s，体系生焦率<0.1％，斑点实验等级为2级。
实施例2：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)和10mL水混合后一并加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa混合气体(氢气和一氧化碳体积比约为1:1)，在410℃温度下反应20min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为630mm2/s，体系生焦率<0.1％，斑点实验等级为1级。
实施例3：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)和5mL水混合后一并加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa氢气，在410℃温度下反应15min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为620mm2/s，体系生焦率<0.1％，斑点实验等级为1级。
实施例4：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)和5mL水混合后一并加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa一氧化碳，在410℃温度下反应15min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为560mm2/s，体系生焦率<0.1％，斑点实验等级为2级。
实施例5：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)和5mL水混合后一并加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa混合气体(氢气和一氧化碳体积比约为1:1)，在420℃温度下反应10min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为330mm2/s，体系生焦率接近0.1％，斑点实验等级为2级。
对比例1：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)和5mL水混合后一并加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa氮气，在410℃温度下反应15min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为538mm2/s，体系生焦率>0.1％，斑点实验等级为3级。
对比例2：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa氮气，在410℃温度下反应15min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为522mm2/s，体系生焦率>0.1％，斑点实验等级为3级。
对比例3：
将100g稠油(100℃黏度为7878mm2/s)加入到300mL高压反应釜中进行热降黏改质小试试验，通过氮气排净空气后向釜内充入2MPa氮气，在420℃温度下反应10min，反应后通过离心进行油水分离，测得改质后稠油的50℃黏度为730mm2/s，体系生焦率>0.1％，斑点实验等级为3级。
通过实施例和对比例的结果可以看到，与稠油常规热改质和水热改质过程相比，利用本发明提供的稠油水热降黏改质强化方法可以在保证改质油安定性的前提下降低稠油黏度，降低体系生焦率，防止焦沉积，有利于提高该降黏改质方法的反应苛刻度，从而增强稠油降黏改质效率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种稠油水热降黏改质强化方法，其特征在于，包括以下步骤：向稠油中添加一定比例去离子水得到稠油乳状液；稠油乳状液在反应气氛中发生热裂化反应进行热改质处理；油水分离后得到改质合成油；具体包括以下步骤：
(1)称取一定量稠油原料，按一定比例添加去离子水作为混合进料，置于高压反应釜中，所述去离子水的加入比例为稠油质量的2-12％；
(2)分别利用氮气和反应气氛吹扫排净空气后，向其中充入反应气氛至压力为2-10MPa；并确保装置良好的密闭性，所述反应气氛为氢气、一氧化碳或其混合气体，所述反应气氛为氢气与一氧化碳混合气体时，氢气和一氧化碳体积比为1:1；
(3)升温至热改质温度开始进行稠油降黏改质实验，热裂化反应一定时间后进行油水分离，得到改质合成油，所述热裂化温度为380-450℃。
2.根据权利要求1所述的一种稠油水热降黏改质强化方法，其特征是，所述热裂化反应时间根据体系生焦情况进行确定。
3.根据权利要求1所述的一种稠油水热降黏改质强化方法，其特征是，所述油水分离的方法为离心分离法。
4.根据权利要求1所述的一种稠油水热降黏改质强化方法，其特征是，所述油水分离的方法为过滤法。
5.根据权利要求1所述的一种稠油水热降黏改质强化方法，其特征是，改质合成油的体系生焦率不超过0.1％。
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