《劣質重油中的瀝青質的納米結構及其自聚機理研究》是依託武漢工程大學，由龍秉文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：劣質重油中的瀝青質的納米結構及其自聚機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：龍秉文
- 依託單位：武漢工程大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
瀝青質是重油中密度最大，粘度最高的部分，其結構及物理化學性質對於重油的巨觀物性和相行為有著重大影響。然而由於瀝青質分子量大，極性強，結構複雜，易自聚並具有極強的多分散性導致人們對瀝青質的分子結構以及聚合機理的認識還非常有限。本項目擬選取我國遼河油田的陸生重油進行研究，重點利用X-射線小角散射(SAXS)對瀝青質在重油中的納米結構進行測定和分析。 具體的研究內容包括:(1)從重油中分離瀝青質的方法;(2)原油及其瀝青質的物性,包括元素組成，密度，粘度等;(3)利用 SAXS來測定不同溫度及組成條件下瀝青質團聚體在重油的散射數據，並採用三層次分析法解析數據得到瀝青質尺寸，構型，可能的形狀和分散性等信息.(4)根據所得的瀝青質的組成，結構和聚合機理推測劣質重油中烴類超分子作用。本研究將有助於我們理解劣質重油特殊的物性和相行為背後的物理化學原理，為抑制瀝青質的的締合，提高重油的利用率提供理論指導。
結題摘要
瀝青質是重油中密度最高、粘度最大的部分，其結構和物性對重油的巨觀物性和相行為有著重大影響。本項目分別採用正戊烷和正庚烷為沉澱劑，遵照標準ASTM D3279，將瀝青質從岳陽長嶺煉油廠常減壓塔底剩餘物（AVR）分離出來，並進行了元素分析、SARA分析、傅立葉紅外、XRD以及熱重分析等一系列的表征以及其在甲苯中的密度、粘度和動態表面張力的測定。實驗發現，對相同的AVR，正戊烷沉澱出27%的瀝青質沉澱，而正庚烷只沉澱出14%的瀝青質沉澱，而兩種沉澱劑獲得的瀝青質在官能團組成、XRD結構上以及溶液物性上沒有明顯的差異，表明不同烷烴沉澱劑與瀝青質的作用是單純的物理作用，是他們對瀝青質溶解性差異沉澱出不同量的瀝青質，而這些瀝青質的特性是基本一致的。熱分析結果表明，SARA四組分對應轉化反應溫度由低到高的順序為：飽和分＜芳香分＜膠質＜瀝青質，表明飽和分、芳香分只需相對較低溫度就能達到一定的裂化轉化率，因而飽和分、芳香分的熱轉化反應活性大於膠質、瀝青質，對不同升溫速率下的瀝青質熱失重實驗結果分別採用活化能分布模型進行動力學模擬並計算得到重油四組分在473-873K溫度段熱分解過程中的活化能與指前因子。計算結果表明四組份的熱分解均符合一級動力學，四組份的活化能的範圍是50-250 kJ/mol範圍，且四組份活化能的相對大小是瀝青質＜飽和分＜芳香分＜膠質。瀝青質在烷烴溶劑中由於排斥力的存在會產生明顯的團聚現象，對所獲的SAXS散射數據採用了標準圖、無假設模型法和有假設模型法三層次分析法獲取了定量的結構數據。結果表明，瀝青質在正十二烷中呈現一大一小兩級團聚體結構。大尺寸團聚體的尺寸大於25納米，結構較為緻密，但隨溫度的熱穩定性差，隨著溫度升高，大尺寸團聚體逐漸解聚，直至完全分解。標準圖法表明小尺寸團聚體呈現長桿狀，並在正十二烷中形成較為鬆散的長桿網路。無假設模型法擬合結果表明小尺寸團聚體的Rg在1到3.5納米之間，並結構相對穩定。有假設模型法假定瀝青質為長桿狀，底面半徑為2.0-2.6納米，長度在10-15納米。
