专利名称：具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于稠油开采中的水热裂解催化降粘剂的制备方法。
背景技术：
稠油是全球石油资源的重要组成部分，具有比常规石油资源高数倍的资源潜力， 全球剩余石油资源中稠油占70%以上。随着全球经济的不断发展，世界各国对石油的需求量愈来愈大，综合考虑常规原油的开采现状和稠油储量，可以预测稠油将在今后的国家能源战略中占据极其重要的地位。水热裂解催化降粘开采稠油技术是通过向油层注入蒸汽的同时，加入水热裂解催化降粘剂，将油层作为一个天然的反应器，利用蒸汽的热量，使稠油在水热条件下实现催化裂解，将稠油中的大分子部分裂解为小分子，部分改变稠油的品质，不可逆的降低稠油的粘度，从而达到开采稠油的目的。此项技术的关键是水热裂解催化降粘剂的研制，而目前报道的水热裂解催化降粘剂普遍存在普适性差的问题。国内外学者研究发现，对某些单独使用水热裂解催化降粘剂降粘效果不佳的稠油，复配加入一些供氢剂(如甲苯、甲酸、四氢萘等)，降粘效果会有很大提高，他们认为供氢剂和催化降粘剂对稠油水热裂解反应具有协同作用，但在现场应用时，复配使用供氢剂和催化降粘剂会给施工设备及工艺带来一定的困难，还会增加经济成本，难以适应现场开采的需要。因此我们设计了一种集供氢与催化作用于一体的降粘剂，使它具有一般供氢剂与催化降粘剂复配时的降粘效果，同时又降低成本和方便现场使用。这种新型催化降粘剂的研制对于特超稠油的开采将具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法，该方法制备的降粘剂在200°C下降粘效果良好，制备工艺简单。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)选取原料按对甲苯磺酸、氧化铜粉、水的重量份数为对甲苯磺酸17 19份、 氧化铜粉4 5份、水40 60份，选取对甲苯磺酸、氧化铜粉和水；2)将对甲苯磺酸溶于水(在容器)中加热至40 60°C，接着加入氧化铜粉，在 80 90°C下(加热)搅拌0. 5 1小时，趁热过滤，将滤液置于烘箱中在50 70°C下烘 10 12小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。所述的对甲苯磺酸、氧化铜粉、水的重量份数为对甲苯磺酸18份、氧化铜粉4. 5 份、水50份。所述的对甲苯磺酸溶于水中加热至50°C。所述的加入氧化铜粉后，在85°C下搅拌0. 5小时。本发明运用MS4. 4 (Materials Studio4. 4_材料科学模拟计算)软件对降粘剂的结构进行设计，并对其水热裂解催化反应进行模拟计算，确定明显降低反应活化能的降粘剂的结构。提供了一种具有双功能的稠油水热裂解催化降粘剂，指导了新型催化降粘剂的制备，由计算模拟入手直接指导合成，大大缩短了稠油水热裂解催化降粘剂的研制时间。采用本发明的方法得到的降粘剂集供氢体结构与催化中心于一体，既能发挥过渡金属的催化活性，又能发挥供氢体结构的协同作用，此降粘剂可以在较低温度下(低于 2000C )使特超稠油发生部分裂解，同时改变其分子结构及其族组分分子的嵌合方式，明显降低稠油的粘度，一定程度上提升了稠油的品质。本发明的有益效果是该方法制备的降粘剂在200°C下降粘效果良好。本降粘剂不仅可以用于普通稠油的开采，而且可以用于特超稠油的水热裂解催化降粘开采，制备工艺简单，成本低廉，且具有优于一般供氢剂与催化降粘剂复配时的降粘效果和强普适性，适配于现有的开采工艺，因此有很好的实用性和广阔的市场前景。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本发明实施例中所涉及粘度是采用美国Briekfield公司产的DV-II+型可编程控制式粘度计测得。实施例1 设计运用MS4. 4 (Materials Studio4. 4_材料科学模拟计算)软件对降粘剂的结构进行设计，以噻吩C4H4S为模型化合物，将常见的供氢体结构(甲苯)与催化中心(金属铜原子)组合在一起，对噻吩C4H4S的水热裂解催化反应进行模拟计算，对比有无催化降粘剂参与的水热裂解催化反应的计算结果，发现反应在有催化降粘剂的参与后反应活化能由2. 484ev降到了 0. 95kv，说明设计的降粘剂对模型化合物的水热裂解反应具有明显的催化作用，从而确定催化降粘剂的结构。制备在三口烧瓶中，将18g对甲苯磺酸用50ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 50°C，在搅拌条件下，缓慢加入4. 5g氧化铜粉，在85°C下反应0. 5h，反应结束后趁热过滤， 将滤液置于烘箱在60°C下烘11小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品(具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂)应用于新疆克拉玛依油田特稠油(50°C下粘度为39000mPa · s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、 水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，降粘剂的用量占0.2 0.3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达89%，并有9.2%的重质组分裂解为轻质组分。该方法制备的降粘剂在200°C下降粘效果良好(降粘率达85%以上)。实施例2 设计同实施例1。制备在三口烧瓶中，将17g对甲苯磺酸用50ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 500C，在搅拌条件下，缓慢加入4g氧化铜粉，在80°C下反应0. 5h，反应结束后趁热过滤，将滤液置于烘箱在60°C下烘12小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品(具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂)应用于胜利油田特稠油(50°C下粘度为41000mPa · s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，催化降粘剂的用量占0.2 0.3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达86%，并有8. 的重质组分裂解为轻质组分。实施例3 设计同实施例1。制备在三口烧瓶中，将19g对甲苯磺酸用50ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 500C，在搅拌条件下，缓慢加入5g氧化铜粉，在90°C下反应0. 5h，反应结束后趁热过滤，将滤液置于烘箱在60°C下烘10小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品(具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂)应用于新疆克拉玛依油田超稠油(50°C下粘度为85000mPa · s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、 水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，催化降粘剂的用量占0.2 0. 3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达94%，并有10%的重质组分裂解为轻质组分。实施例4 设计同实施例1。制备在三口烧瓶中，将17g对甲苯磺酸用50ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 50°C，在搅拌条件下，缓慢加入4. 5g氧化铜粉，在85°C下反应0. 5h，反应结束后趁热过滤， 将滤液置于烘箱在60°C下烘12小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品应用于新疆克拉玛依油田超稠油(50°C下粘度为 lOOOOOmPa· s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，催化降粘剂的用量占0. 2 0. 3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达90%，并有 11. 2%的重质组分裂解为轻质组分。实施例5 设计同实施例1。制备在三口烧瓶中，将19g对甲苯磺酸用50ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 50°C，在搅拌条件下，缓慢加入4. 5g氧化铜粉，在80°C下反应0. 5h，反应结束后趁热过滤， 将滤液置于烘箱在60°C下烘10小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品(具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂)应用于新疆克拉玛依油田超稠油(50°C下粘度为85000mPa · s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、 水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，催化降粘剂的用量占0.2 0. 3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达93%，并有10. 2%的重质组分裂解为轻质组分。实施例6 设计同实施例1。
制备在三口烧瓶中，将18g对甲苯磺酸用50ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 500C，在搅拌条件下，缓慢加入5g氧化铜粉，在90°C下反应0. 5h，反应结束后趁热过滤，将滤液置于烘箱在60°C下烘12小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品(具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂)应用于新疆克拉玛依油田超稠油(50°C下粘度为85000mPa · s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、 水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，催化降粘剂的用量占0.2 0.3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达92%，并有9. 8%的重质组分裂解为轻质组分。实施例7 制备在三口烧瓶中，将18g对甲苯磺酸用40ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 400C，在搅拌条件下，缓慢加入5g氧化铜粉，在90°C下反应1. Oh,反应结束后趁热过滤，将滤液置于烘箱在50°C下烘11小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品(具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂)应用于新疆克拉玛依油田超稠油(50°C下粘度为85000mPa · s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、 水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，催化降粘剂的用量占0.2 0.3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达94%，并有10. 5%的重质组分裂解为轻质组分。实施例8 制备在三口烧瓶中，将18g对甲苯磺酸用60ml水溶解，在恒温水浴锅中加热至 60°C，在搅拌条件下，缓慢加入5g氧化铜粉，在90°C下反应0. 5h，反应结束后趁热过滤，将滤液置于烘箱在70°C下烘10小时(烘干)，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂(蓝色晶体)。工业生产可用工业级原料按比例放大即可。应用将本实施例产品(具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂)应用于新疆克拉玛依油田超稠油(50°C下粘度为85000mPa · s)，将该催化降粘剂(本实施例产品)、 水和稠油置于高压反应釜，在200°C下发生水热催化裂解反应，其中以整个体系质量为基准，催化降粘剂的用量占0.2 0.3wt% (质量百分数)，水的用量占25 40wt% (质量百分数)；反应后稠油降粘率达91%，并有9. 7%的重质组分裂解为轻质组分。
权利要求
1.具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)选取原料按对甲苯磺酸、氧化铜粉、水的重量份数为对甲苯磺酸17 19份、氧化铜粉4 5份、水40 60份，选取对甲苯磺酸、氧化铜粉和水；2)将对甲苯磺酸溶于水中加热至40 60°C，接着加入氧化铜粉，在80 90°C下搅拌 0. 5 1小时，趁热过滤，将滤液置于烘箱中在50 70°C下烘10 12小时，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂。
2.根据权利要求1所述的具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于所述的对甲苯磺酸、氧化铜粉、水的重量份数为对甲苯磺酸18份、氧化铜粉4. 5 份、水50份。
3.根据权利要求1所述的具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于所述的对甲苯磺酸溶于水中加热至50°C。
4.根据权利要求1所述的具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于所述的加入氧化铜粉后，在85°C下搅拌0. 5小时。
全文摘要
本发明涉及一种用于稠油开采中的水热裂解催化降粘剂的制备方法。具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)选取原料按对甲苯磺酸、氧化铜粉、水的重量份数为对甲苯磺酸17～19份、氧化铜粉4～5份、水40～60份，选取对甲苯磺酸、氧化铜粉和水；2)将对甲苯磺酸溶于水中加热至40～60℃，接着加入氧化铜粉，在80～90℃下搅拌0.5～1小时，趁热过滤，将滤液置于烘箱中在50～70℃下烘10～12小时，得到具供氢体与催化中心双重结构的稠油降粘剂。该方法制备的降粘剂在200℃下降粘效果良好，制备工艺简单。
文档编号B01J23/72GK102516969SQ20111035898
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者刘华超, 巢昆, 张县民, 李健, 陈艳玲 申请人:中国地质大学(武汉)