《重油熱轉化過程中自由基變化與結焦規律研究》是依託北京化工大學，由石磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：重油熱轉化過程中自由基變化與結焦規律研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：石磊
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
重油加氫是重質石油資源高效清潔利用的重要途徑，但過程中存在結焦問題。重油結焦的化學本質是重油熱轉化過程中自由基產生速率與供氫速率不匹配，導致自由基碎片縮聚，但前人對該反應歷程認識不足。本項目以認識並調控重油自由基反應、進而抑制結焦為目標，重點研究該過程中的自由基變化規律和結焦規律，主要包括：反應過程中脂肪碳結構向芳香碳結構變化的規律、重油各組分自由基的分布規律、重油結焦動力學、焦的組成和結構變化、供氫溶劑對上述過程的影響。
結題摘要
重油加氫是提高重質石油資源利用效率的重要途徑，但如果加工過程中重油熱裂解速率與加氫速率不匹配，則容易產生結焦問題。雖然結焦形成過程被普遍認為是一個自由基反應歷程，但重油結構和組成的複雜性導致重油結焦的一系列基礎科學問題，包括重油脂肪碳向芳香碳的轉化，重油裂解形成的自由基對重油後續反應過程的影響，重油組分之間的相互作用對結焦的影響，焦在老化過程中的結構和性質變化等仍不清晰。本項目基於自由基反應機理，以認識和調控重油結焦過程中的自由基反應，探索結焦抑制方法為主要研究目標，在以下五個方面取得了全新的科學認識：（1）重油脂肪碳結構環化為芳烴碳結構必然伴隨著脂肪烴鏈的裂解，形成的自由基是促使脂肪碳轉變為芳香碳的必要條件，脂肪碳結構環化為芳烴結構存在三個過渡態能壘；（2）重油裂解過程中產生的自由基包括可以被順磁共振（ESR）檢測的穩定自由基和反應速率較高無法被ESR及時檢測的活性自由基，其中活性自由基量是穩定自由基量的1000倍以上，兩者在量上存線上性關係。重油裂解初期，穩定自由基主要存在於油中，隨著反應進行，後期主要存在於焦中，且穩定自由基與重油結焦率之間存線上性關係；（3）重油裂解過程可以分為受熱直接裂解和源於自由基引發的誘導裂解兩類，誘導裂解速率快於直接裂解；（4）重油飽和分主要是脂肪烴結構，對抑制瀝青質結焦作用較小，芳香分顯著抑制了瀝青質的結焦，膠質在反應初期對瀝青質結焦具有抑制作用，後期促進了結焦的生成；（5）焦的生成遵循二級動力學+自催化動力學模型，活化能分別為328 kJ/mol和56 kJ/mol。焦在老化過程中芳碳率隨結焦率增加呈現線性增加趨勢，同時伴隨著硫的脫除，焦逐漸從軟焦轉變為硬焦。軟焦形貌主要是小球顆粒狀，硬焦形貌主要是熔融的片狀。
