CN112410060B - 确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法、脱除重油中镍的添加剂、脱除重油中镍的方法以及一种机器可读存储介质。本发明的确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法，包括：获取用于脱除重油中镍的添加剂分子结构；计算该添加剂分子结构的Connolly表面积A；计算该添加剂分子结构的Chi指数χ；计算该添加剂分子结构的偶极矩μ；判断所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ是否在各自的预定范围内；在所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ在各自的预定范围内的情况下，确定所述添加剂分子结构能够用于脱除重油中的镍。本发明方法通过采用上述添加剂，可以脱除重油中的镍，计算结果快速准确。

Description

确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法
技术领域
本发明涉及一种脱除重油中金属的方法，特别涉及一种脱除重油中镍的方法。
背景技术
在重油众多金属元素中，镍、钒、铁、钠、钙、铜及砷都会引起催化剂中毒，同其它金属元素相比，镍和钒大多以卟啉和非卟啉有机配合物的形式存在于胶质、沥青质中，一般方法很难将其脱除。在催化裂化过程中，反应过程中生成的金属镍脱氢能力极强，沉积在催化剂上导致气体和焦炭生成量增大。而部分催化进料和裂化产物脱氢后生成油状多环芳烃聚合物或焦炭，导致液体收率降低，故金属镍卟啉化合物对催化剂的选择性有很大影响。在催化剂的烧焦再生过程中，吸附在催化剂上的金属Ni在高温条件下会发生氧化反应，生成NiO(熔点1990℃)，NiO会沉积在催化剂表面，堵塞催化剂的孔道，在后续反应中阻止原料油与催化剂活性中心的接触。在重油加氢处理过程中，由于脱金属反应比较容易进行，产生的金属随即以硫化物形式沉积在催化剂表面上，给加氢催化带来严重不利影响。据报道，加氢催化剂寿命与原料油中镍、钒含量密切相关。因此镍和钒对催化剂的危害显得尤为突出。
目前，关于烃油脱镍的技术主要有以下几类：
1)物理法
由于镍化合物主要存在于胶质、沥青质中，人们常采用溶剂抽提、过滤等物理方式将沥青质脱除，从而除去金属镍。专利CN 101218326A公开了一种用于重油和沥青的浓集及脱金属的工艺，通过溶剂脱沥青的方法对重、渣油进行改质，将其转化成金属含量大大减少的较低沸点的烃。专利CN 1323339A利用溶剂脱沥青对含硫、金属和沥青质的重质烃进料进行改质和脱硫。专利US 5,192,421、CN 1344782A、CN 1117071A、CN 101068908A、CN1844325A也有相关介绍。但该方法在脱除沥青和金属物质的同时也脱去大量可转化的原料，且需要消耗大量溶剂。
另外，也有一些采用过滤法脱沥青的专利，如专利US 4,411,790描述了在高温(330℃)下用陶瓷膜对减压渣油进行超滤的方法，其中陶瓷膜的平均孔径为10nm，使得重油中的沥青质含量从6.3％降到4.1％，钒含量从195ppm降到90ppm。专利US 4,797,200用溶剂(如甲苯)稀释重油、将稀释后的油料送入超滤膜过滤装置。采用该技术的过滤膜容易结垢形成胶体层，且处理量小，因而工业应用困难。
专利CN 1140610C、CN 1356376A、CN 103374385A、CN 103374385B、CN103374414A、CN 103374414B、CN 103374415A、CN 103374415B通过添加化学试剂的方法来进行脱金属，操作工艺复杂且成本较高。
2)化学法
通过药剂与金属镍化合物发生化学反应，破坏其结构也可将金属脱除。专利US 4,039,432介绍了一种采用三氯化铁或四氯化锡水溶液脱除原油中镍、钒的方法。专利US 4,460,458介绍了一种采用氟化磺酸聚合物脱除原油中镍、钒等金属的方法。专利US 4,465,589介绍了一种采用甲基化剂脱除原油中有害金属及硫、氮的方法，反应后加入酸性气体水溶液将镍、钒沉淀洗入水相。专利US 4,645,589介绍了一种采用逆流萃取的方式用含磷化合物脱除原油中镍、钒的方法。专利CN 1356376A在电脱盐过程中加入含磷有机物作为脱金属剂，镍钒总脱除率可达70％。专利US 6,007,705介绍了一种采用强碱水溶液、含氧气体及相转移剂共同作用脱除烃油中金属的方法。采用化学法虽然对原料油中镍、钒都有一定的脱除效果，但存在以下难以克服的问题，如脱镍、钒剂用量大、消耗量大、造成成本昂贵；对设备材质要求较高；给下游加工带来其它负面影响等，因而工业应用受到很大限制。
3)加氢处理
该技术采用加氢脱金属(HDM)催化剂，使镍、钒化合物加氢分解，在催化剂孔内积聚，形成沉积物，最终堵塞催化剂孔道使其失活，通过牺牲催化剂来脱除金属。专利US 5,358,634在氢气存在下用活性炭催化剂来处理含4.2wt％硫、104ppm钒和32ppm镍的常压渣油，在400℃和氢气存在的条件下进行反应，该加氢工艺通常能脱除至少23％的金属Ni和V，且硫和残炭含量也大大降低。专利CN 1218086A发明的催化剂可使重油同时进行加氢脱金属和加氢脱硫。另外US 4,585,546、US 4,988,434、FR 2542754、CN 1609176A等专利也有相关阐述。该技术的不足之处在于装置投资巨大，HDM催化剂失活快，且难以再生，造成废催化剂难以处理。
发明内容
本发明提出了一种确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法、脱除重油中镍的添加剂、脱除重油中镍的方法以及一种机器可读存储介质。
第一方面，本发明提出了一种确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法，该方法包括：
获取用于脱除重油中镍的添加剂分子结构；
计算该添加剂分子结构的Connolly表面积A；
计算该添加剂分子结构的Chi指数χ；
计算该添加剂分子结构的偶极矩μ；
判断所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ是否在各自的预定范围内；
在所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ在各自的预定范围内的情况下，确定所述添加剂能够用于脱除重油中的镍。
根据本发明，一般来说，所述重油中的镍包括金属镍、镍氧化物和镍的有机化合物。
根据本发明，可选地，可以通过选择已知结构分子的方法或通过分子设计的方法获取用于脱除重油中镍的添加剂分子结构。
根据本发明，可选地，通过量子化学方法计算该添加剂分子结构的Connolly表面积A；通过热力学方法计算该添加剂分子结构的Chi指数χ；通过量子化学方法计算该添加剂分子结构的偶极矩μ。
根据本发明，可选地，所述Connolly表面积A的预定范围为
Figure GDA0003363051430000031
优选为
Figure GDA0003363051430000032
更优选为
Figure GDA0003363051430000033
所述Chi指数χ的预定范围为25～30，优选为26～29，更优选为27～28；所述偶极矩μ的预定范围为0.1～0.6Debye，优选为0.15～0.5Debye，更优选为0.2～0.4Debye。
根据本发明，可选地，所述添加剂为有机化合物，优选芳香有机化合物，更优选多烷基取代的稠环芳烃。所述稠环芳烃可以为萘、蒽、菲，所述多烷基取代是指在所述稠环芳烃上存在多个烷基取代基，取代基的数目优选3～10，更优选4～6，所述烷基的碳数优选为C1～C10，更优选C3～C6。
第二方面，本发明提出了一种脱除重油中镍的添加剂，该添加剂的分子结构满足以下条件：该添加剂分子结构的Connolly表面积A处于
Figure GDA0003363051430000034
优选为
Figure GDA0003363051430000035
更优选为
Figure GDA0003363051430000036
该添加剂分子结构的Chi指数χ处于25～30，优选为26～29，更优选为27～28；该添加剂分子结构的偶极矩μ处于0.1～0.6Debye，优选为0.15～0.5Debye，更优选为0.2～0.4Debye。
根据本发明，可选地，所述添加剂为有机化合物，优选芳香有机化合物，更优选多烷基取代的稠环芳烃。所述稠环芳烃可以为萘、蒽、菲，所述多烷基取代是指在所述稠环芳烃上存在多个烷基取代基，取代基的数目优选3～10，更优选4～6，所述烷基的碳数优选为C1～C10，更优选C3～C6。
第三方面，本发明提出了一种脱除重油中镍的方法，该方法包括：向重油内加入上述添加剂。
根据本发明，优选地，在300～500℃温度条件下、在脱金属塔中脱除重油中的镍。
根据本发明，可选地，所述添加剂的加入量为所述重油质量的0.001％～1％，优选为0.01％～0.1％。
第四方面，本发明提出了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本申请上述确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法。
通过上述技术方案，可实现以下有益效果：
1)通过采用上述添加剂，可以脱除重油中的镍。
2)与传统的实验方法相比，通过采用上述确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法，可使得计算结果快速准确，且可减少大量的实验，节省了人工成本和实验成本。
本发明的特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法的流程图。
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明的实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明一实施例提供一种用于脱除重油中镍的添加剂，该添加剂的分子结构满足以下条件：
该添加剂分子结构的Connolly表面积A处于
Figure GDA0003363051430000051
该添加剂分子结构的Chi指数χ处于25～30；
该添加剂分子结构的偶极矩μ处于0.1～0.6Debye。
通过将满足上述条件的分子结构的添加剂添加至重油，加热到450℃在脱金属塔中脱除重油中的镍。
以下表1给出了将不同分子结构的添加剂按照不同的用量添加至重油内之后所产生的对重油中镍的脱除效果，镍脱除率可以通过检测脱除前后重油中的镍含量而确定。镍含量通过现有技术中金属镍含量的标准检测方法来测定。
表1不同添加剂对重油的脱镍效果
Figure GDA0003363051430000052
Figure GDA0003363051430000061
Figure GDA0003363051430000071
图1为本发明一实施例提供的确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供一种确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法，该方法包括：
步骤S110，获取用于脱除重油中镍的添加剂分子结构。
步骤S120，计算该添加剂分子结构的Connolly表面积A。该添加剂分子结构的Connolly表面积A可采用本领域公知的方法来计算。
步骤S130，计算该添加剂分子结构的Chi指数χ。该添加剂分子结构的Chi指数χ可采用本领域公知的方法来计算。
步骤S140，计算该添加剂分子结构的偶极矩μ。该添加剂分子结构的偶极矩μ可采用本领域公知的方法来计算。
步骤S150，判断所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ是否在各自的预定范围内；在所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ在各自的预定范围内的情况下，进行以下步骤S160，否则重新获取用于脱除重油中镍的添加剂分子结构，继续执行上述步骤S120～S150，直至寻找到Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ在各自的预定范围内的添加剂分子结构为止。
步骤S160，确定所述添加剂分子结构能够用于脱除重油中的镍。
可选地，该添加剂分子结构的Connolly表面积A处于
Figure GDA0003363051430000081
优选为
Figure GDA0003363051430000082
更优选为
Figure GDA0003363051430000083
该添加剂分子结构的Chi指数χ处于25～30，优选为26～29，更优选为27～28；该添加剂分子结构的偶极矩μ处于0.1～0.6Debye，优选为0.15～0.5Debye，更优选为0.2～0.4Debye。与传统的实验方法相比，通过采用上述确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法，可使得计算结果快速准确，且可减少大量的实验，节省了人工成本和实验成本。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法，该方法包括：
通过选择已知结构分子的方法或通过分子设计的方法获取用于脱除重油中镍的添加剂分子结构；
通过量子化学方法计算该添加剂分子结构的Connolly表面积A；通过热力学方法计算该添加剂分子结构的Chi指数χ；通过量子化学方法计算该添加剂分子结构的偶极矩μ；
判断所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ是否在各自的预定范围内；
在所述添加剂分子结构的Connolly表面积A、Chi指数χ、偶极矩μ在各自的预定范围内的情况下，确定所述添加剂能够用于脱除重油中的镍；所述Connolly表面积A的预定范围为460~550Å2；所述Chi指数χ的预定范围为25~30；所述偶极矩μ的预定范围为0.1~0.6 Debye；
所述添加剂为多烷基取代的稠环芳烃。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Connolly表面积A的预定范围为480~530Å2；所述Chi指数χ的预定范围为26~29；所述偶极矩μ的预定范围为0.15~0.5 Debye。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稠环芳烃为萘、蒽或菲，所述多烷基取代是指在所述稠环芳烃上存在多个烷基取代基，取代基的数目为3~10，所述烷基的碳数为C1~C10。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，取代基的数目为4~6，所述烷基的碳数为C3~C6。
5.一种脱除重油中镍的添加剂，该添加剂的分子结构是通过权利要求1~4之一所述方法确定的。
6.一种脱除重油中镍的方法，该方法包括：向重油内加入按照权利要求1~4之一所述方法确定的添加剂或权利要求5所述的添加剂。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，在300~500℃温度条件下、在脱金属塔中脱除重油中的镍。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述添加剂的加入量为所述重油质量的0.001%~1%。
9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述添加剂的加入量为所述重油质量的0.01%~0.1%。
10.一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1~4之一所述的确定用于脱除重油中镍的添加剂分子结构的方法。
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