催化剂在亚烯烧催化裂化过程中所受影响因素的试验研究.pdf

石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2010年12月第32卷第6期 V01．32No．6 J删岍lmof011ndGuTechnology(J．JPI)Dec．2010 催化剂在亚燃烧催化裂化过程中所受影响因素的 试验研究 李克文．陈衍飞 (北京大学工学院能源系．北京100871) [擅薹]设计了适合于稠油亚燃烧催化裂化的高温高压试验装置。该装置可以自动采集温度、压力和气锋、 成分等效据。利用该试验装置。采用3种催化剂对3种稠油进行了稠油裂解降粘试验，研究了亚燃烧过程 中催化剂种类和浓度在不同温度和压力下对催化剂裂解降牯和阻焦效果的影响。试验结秉表明，在大多 数情况下催化剂起到了良好的降粘和阻焦作用，原油裂解后流动性大幅度提高，轻质组分(c。一Go)显著 增加，同时重组分(C2。一C”)降低。研究通过稠油与特定催化剂的催化裂化实现了低温下的稠油降粘，该 催化剂和相应的亚燃烧方法可望应用于稠油油田的开发，也可以应用于现场创备稀油。瞢代现有掺稀采 油工艺中的优质稀油。从而提高这类油田开发的经济效益。 [关■词]亚燃烧；稠油，催化裂化；焦化I耗氧率I降牯I催化剂 [中圈分类号]TE357．46 [文t标识码]A 1试验提出 近几十年来稠油的开发取得了巨大的进步，但是仍然存在许多技术挑战。稠油的种类很多，而且出 现了一些新的类型，例如塔河油田，原油在油藏内粘度不是很高，能够有效地流动，然而在井筒内由于 举升过程中温度的降低导致原油粘度急剧升高，甚至变成固体无法流动。目前这类原油的开发主要还是 采用井筒掺稀工艺．遗憾的是稀油资源已经难以满足生产需要。如果能够将产出的稠油现场翻备成所需 的稀油，那么既能解决稀油资源短缺的问题，又能替代现有的高质量的稀油。其他稠油的开发主要还是 采用蒸汽吞吐、蒸汽驱或改进的蒸汽驱(蒸汽辅助重力驱替SAGD)。高压注空气、中低温氧化等方法 也受到了重视，在美国，高压注空气采油实际上已经有几十年的生产历史[1]。 稠油在油藏条件下与空气(氧气)混合可发生氧化反应生成烟道气体’。这些气体(CO，C02，N。 等)一方面可以溶解于稠油中降低稠油牯度，另外一方面又可以起到膨胀驱替的作用，氧化反应产生的 高温能够对原油进行裂解，降低其粘度，温度的升高本身也能降低原油的粘度，这些机理协同作用，从 而大幅度提高采收事t高压注空气也可用在轻质油开采中，但在这种情况下裂解降粘对于开采的作用并 不是很大，主要是jfll用璧娩烟谨气体产生膨胀驱替作用的机理(Yannimaras等[2])。 过去对高压注空气提高采收率的机理解释比较简单，不能很好解释油藏中所观察到的燃烧前缘的现 (MTO)。总的来说，LTO和HTO是燃料生成和消耗的反应过程[s]。 发生物理变化，还会发生化学反应，包括脱硫、脱氮，加氢、开环以及水煤气转换等，总称为水热裂解 反应。 C收稿日期】2010一09—30 京大学工学院能源系教授，长江大学湖北省。楚天学者‘教授。现主要从●油气田开发专业研究工作。 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2010年12月 催化剂对于稠油的裂解反应有重要的促进作用，现有的催化剂对于地层条件、原油性质等都有比较 严格的要求。开发更高效、适用范围更广的催化剂成为了一个重要的研究方向[7]。水溶性金属盐作为催 化剂对水热裂解反应有一定的促进作用聃]。油溶性的环烷酸盐对原油的水热裂解反应也有促进作用∽]。 然而，通常采用的水溶性或油溶性催化剂，溶解于水相或油相中，不能与另一相充分接触，从而影响催 化效果。如果完全不采用催化剂，仅仅通过水热裂解反应从水中获得氢，难以满足稠油改质降粘的需 要‘1…。 亚燃烧催化裂解稠油开采方法是中低温氧化的一种，主要过程是把空气注入到油藏中，空气中的氧 气在催化剂的作用下与油藏中的少量原油发生反应，生成二氧化碳等气体，并利用产生的高温以及催化 剂的作用将稠油进行有效的、可控的裂解降粘。亚燃烧方法与火烧油层方法的主要区别是亚燃烧过程中 没有明火，温度要低得多。亚燃烧方法与传统的注空气或中低温氧化方法也有一定的差别，主要表现在 催化剂的利用和温度范围的控制等方面[11,12]。利用特定的催化剂，有可能将长的碳链从中间断裂，而 不是像一般的中低温氧化过程中对碳链断裂的位置没有选择或根本没有计划进行控制。很明显