CN107142096B - 一种生物质辅助稠油自催化改质降粘的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于稠油改质降粘开采的生物质辅助稠油自催化改质降粘的方法。采用外加催化剂对稠油进行改质降粘，以增加稠油的开采量。其技术方案是：先将所用生物质在100～120℃下干燥，并粉碎成80～120目的粉末；然后在反应釜内加入稠油，同时加入上述生物质粉末，在自身含有的金属元素的催化作用下，在温度为330～360℃下反应30min；最后将反应后的物质冷却至室温，取反应后的稠油测得在50℃时的粘度，实验表明稠油的降粘率为82～99％。本发明所提供的改质降粘方法对一般稠油或超稠油均具有良好的降粘效果、生物质来源广、价格低廉，用于石油企业的稠油开采中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于稠油改质降粘开采的生物质辅助稠油自催化改质降粘的方法，属于稠油改质降粘开采领域。
背景技术
稠油通常是指粘度高、相对密度大的原油。其主要由沥青质、胶质、芳烃、饱和烃和重金属离子组成，胶质和沥青质含量高，轻组分含量相对较低。稠油粘度和密度大，这是稠油区别于其他油的重要特征。稠油的高粘特性使其在开采和应用方面遇到了一些技术难题，因而研究和解决稠油粘度高的问题尤为紧迫和重要。
现有的稠油降粘方法主要有掺稀降粘、热力降粘、乳化降粘和催化改质降粘。掺稀降粘能使稠油粘度以指数形式下降，该方法能大幅度降低稠油粘度，但需要消耗大量的稀油资源。轻质油与稠油的价格差高达500～1200元/t，掺稀降粘经济效益极差。热力降粘是通过加热的方式来加热稠油达到降低稠油粘度的目的，但是该方法能耗高、热效率低且降粘率不高。乳化降粘需要添加乳化剂，后期废水处理与破乳困难。稠油中含有少量具有催化改质作用的金属元素，能够在一定条件下催化稠油的改质过程。其中，本发明使用的3种稠油元素分析如表1所示。从表1中可以看出，1#稠油、2#稠油和3#稠油中具有催化改质作用的金属元素Al、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Na、Ni、V等具有较高的含量，含量依次为1040.0、315.6、和1680.2μg/g。因此，在无外加催化剂的情况下仍具有较好的改质效果。范洪富等[范洪富，刘永建，赵晓非，等.金属盐对辽河稠油水热裂解反应影响研究[J].燃料化学学报，2001，29(5):430-433.]在240℃条件下研究了多种金属离子对辽河稠油水热裂解反应的影响。实验结果表明，实验所选用的金属盐对辽河稠油的水热裂解反应有催化作用，其中以Fe2+的催化效果最好。催化改质降粘技术能破坏稠油大分子结构，不可逆地降低稠油粘度和分子量。催化改质降粘技术应用于稠油地面改质成为了研究热点。彭旭等[彭旭.稠油催化改质降粘实验研究[J].重庆科技学院学报：自然科学版，2014，16(5)：20-23.]向Q区块稠油中加入少量催化剂，在350～400℃下从根本上降低了稠油的粘度。唐晓东等[中国海洋石油总公司，中海油研究总院，西南石油大学.一种改质降粘催化剂及其制备方法：103386323A[P].2013-11-13.]合成了一种改质降粘催化剂，在稠油改质方面有很好的适用性，具有广阔的市场前景；制得的催化剂对10种不同的稠油改质，使稠油粘度从63000mPa·s和2886mPa·s分别降到15750mPa·s和202mPa·s，降粘率可达到75％～93％。以上实施例是在有外加催化剂的情况下对稠油进行改质。事实上，稠油中本身含有的Al、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Na、Ni、V等金属元素，具有催化改质作用，在无外加催化剂的情况下仍具有较好的催化改质效果。
发明内容
本发明的目的是：为了能大幅度降低稠油的粘度，采用外加催化剂对稠油进行改质降粘，以增加稠油的开采量，特提出一种生物质辅助稠油自催化改质降粘的方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种生物质辅助稠油自催化改质降粘的方法，先将生物质包括地球上由光合作用生长的植物如树木、竹、花草、藤蔓、或农作物等，它们均由纤维素、半纤维素、或木质素组成，将所使用的生物质在温度为100～120℃下干燥12～24h，并粉碎成80～120目的粉末，备用；然后在反应釜内加入稠油，同时加入上述经干燥并粉碎的生物质粉末，生物质粉末的用量为加入稠油质量的2.00～7.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在温度为330～360℃下反应20～40min；最后将反应后的物质静置冷却至室温，取反应后的稠油样品测得在50℃时的粘度，与反应前稠油样品的粘度比较，实验表明稠油的降粘率为82～99％。
所述生物质是用锯木屑、油枯、刺葵树叶、椰子壳、甘蔗渣、槐树花、棕榈树枝、栀子花、碱木质素、葵树叶、广玉兰树叶、废纤维素、棉花杆、柳树叶、牛筋草、稻草杆、小麦杆、玉米叶、或竹叶中的一种。
本发明的有益效果是：(1)本发明使用的生物质具有来源广、价格低廉且不受地理位置限制的优点。(2)本发明的改质降粘技术，不仅对一般稠油有好的降粘效果，而且对粘度大于50000mPa·s的超稠油具有良好降粘效果，降粘率均达到80％以上。(3)本发明的改质降粘技术是使稠油发生裂解和缩合反应，加入生物质使裂解反应大于缩合反应，使大部分的大分子的重质组分转化成了小分子的轻质组分，生成小分子饱和烃的量增加，使稠油品质得到一定程度的改善。
表1 三种稠油的物性分析
具体实施方式
为了更好地理解本发明，结合实施例对本发明所述方法作进一步说明。
本实验采用的降粘率计算公式：
降粘率＝(稠油样品粘度-改质后稠油粘度)/稠油样品粘度×100％
实施例1
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)88.0g，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃催化改质反应30min后，静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为15800mPa·s，降粘率为72.76％。
实施例2
在反应釜内加入1#稠油85.0g(50℃粘度为58000mPa·s)，同时加入在120℃下干燥24h并粉碎成80目的锯木屑粉，其用量为稠油质量的4.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在360℃催化改质反应30min后，静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为413mPa·s，降粘率为99.29％。
实施例3
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)86.5g，同时加入在110℃下干燥16h并粉碎成100目的油枯粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为848mPa·s，降粘率为98.54％。
实施例4
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)92.6g，同时加入在100℃下干燥12h并粉碎成100目的刺葵树叶粉，其用量为稠油质量的3.50wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为869mPa·s，降粘率为98.50％。
实施例5
在反应釜内加入2#稠油(50℃粘度为1990mPa·s)78.5g，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为1020mPa·s，降粘率为51.05％。
实施例6
在反应釜内加入2#稠油(50℃粘度为1990mPa·s)78.5g，同时加入在100℃下干燥15h并粉碎成120目的椰子壳粉，其用量为稠油质量的4.50wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在355℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为128mPa·s，降粘率为93.57％。
实施例7
在反应釜内加入2#稠油(50℃粘度为1990mPa·s)89.6g，同时加入在100℃下干燥13h并粉碎成80目的甘蔗渣粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在340℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为156mPa·s，降粘率为92.16％。
实施例8
在反应釜内加入2#稠油(50℃粘度为1990mPa·s)85.6g，同时加入在100℃下干燥12h并粉碎成120目的槐树花粉，其用量为稠油质量的4.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在340℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为267mPa·s，降粘率为86.58％。
实施例9
在反应釜内加入2#稠油(50℃粘度为1990mPa·s)85.6g，同时加入在120℃下干燥18h并粉碎成100目的棕榈树枝粉，其用量为稠油质量的5.50wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为153mPa·s，降粘率为92.31％。
实施例10
在反应釜内加入2#稠油(50℃粘度为1990mPa·s)85.6g，同时加入在100℃下干燥14h并粉碎成120目的栀子花粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在360℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为182mPa·s，降粘率为90.85％。
实施例11
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)87.8g，同时加入在120℃下干燥17h并粉碎成100目的碱木质素粉，其用量为稠油质量的6.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为1730mPa·s，降粘率为97.01％。
实施例12
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)82.0g，同时加入在100℃下干燥14h并粉碎成100目的葵树叶粉，其用量为稠油质量的5.50wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为3198mPa·s，降粘率为94.49％。
实施例13
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)84.5g，同时加入在110℃下干燥15.5h并粉碎成120目的广玉兰树叶粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为3411mPa·s，降粘率为94.12％。
实施例14
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)90.6g，同时加入在100℃下干燥13.5h并粉碎成100目的废纤维素粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为12600mPa·s，降粘率为78.27％。
实施例15
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)88.0g，同时加入在110℃下干燥18.5h并粉碎成120目的棉花杆粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为6607mPa·s，降粘率为88.61％。
实施例16
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)86.7g，同时加入在120℃下干燥21h并粉碎成80目的锯木屑粉，其用量为稠油质量的3.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在360℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为969mPa·s，降粘率为98.33％。
实施例17
在反应釜内加入1#稠油(50℃粘度为58000mPa·s)81.0g，同时加入在120℃下干燥22h并粉碎成100目的锯木屑粉，其用量为稠油质量的7.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为591mPa·s，降粘率为98.98％。
实施例18
在反应釜内加入3#稠油(50℃粘度为20600mPa·s)85.0g，在自身含有的金属元素的催化作用下，在360℃反应40min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为4810mPa·s，降粘率为76.65％。
实施例19
在反应釜内加入3#稠油(50℃粘度为20600mPa·s)85.0g，同时加入在100℃下干燥23h并粉碎成100目的柳树叶粉，其用量为稠油质量的2.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在360℃反应40min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为89mPa·s，降粘率为99.57％。
实施例20
在反应釜内加入3#稠油(50℃粘度为20600mPa·s)85.0g，同时加入在110℃下干燥19h并粉碎成100目的牛筋草粉，其用量为稠油质量的3.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在340℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为3260mPa·s，降粘率为84.17％。
实施例21
在反应釜内加入3#稠油(50℃粘度为20600mPa·s)79.0g，同时加入在110℃下干燥24h并粉碎成120目的稻草杆粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在350℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为1340mPa·s，降粘率为93.49％。
实施例22
在反应釜内加入3#稠油(50℃粘度为20600mPa·s)89.6g，同时加入在120℃下干燥16h并粉碎成100目的小麦杆粉，其用量为稠油质量的3.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在340℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为2980mPa·s，降粘率为85.53％。
实施例23
在反应釜内加入3#稠油(50℃粘度为20600mPa·s)83.0g，同时加入在100℃下干燥24h并粉碎成80目的玉米叶粉，其用量为稠油质量的4.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在360℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为1860mPa·s，降粘率为90.97％。
实施例24
在反应釜内加入3#稠油(50℃粘度为20600mPa·s)85.0g，同时加入在110℃下干燥19h并粉碎成100目的竹叶粉，其用量为稠油质量的5.00wt％，在自身含有的金属元素的催化作用下，在330℃反应30min后静置冷却至室温，取油样并测得其50℃粘度为3510mPa·s，降粘率为82.96％。
由实施例1～24，得到的生物质辅助1#、2#和3#稠油自催化改质降粘结果如表2所示。
表2 不同稠油生物质改质后粘度
Claims (1)
1.一种生物质辅助稠油自催化改质降粘的方法，其特征在于：该方法的步骤是，先将生物质在温度为100～120℃下干燥12～24h，并粉碎成80～120目的粉末，备用；然后在反应釜内加入稠油，同时加入上述经干燥并粉碎的生物质粉末，生物质粉末的用量为加入稠油质量的2.00～7.00wt％，在稠油自身含有的金属元素的催化作用下，在温度330～360℃下反应20～40min；最后将反应物静置冷却至室温，取反应后的稠油样品测得在50℃时的粘度，与反应前稠油样品的粘度比较，实验表明稠油的降粘率为82～99％；所述的生物质用锯木屑、油枯、刺葵树叶、椰子壳、甘蔗渣、槐树花、棕榈树枝、栀子花、碱木质素、葵树叶、广玉兰树叶、废纤维素、棉花杆、柳树叶、牛筋草、稻草杆、小麦杆、玉米叶、或竹叶中的一种。
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