毕业时间：2011年6月（硕士）

毕业去向：广东树业环保科技股份有限公司

导师：徐春明 教授 史权 副教授

学科专业：化学工艺

研究方向：石油与天然气加工

 

学位论文题目

石油沥青质中杂原子化合物的高分辨质谱分析

Compositional Analysis of Hetero-atom Compounds in Asphaltene by Negative- Ion Electrospray Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry

 

论文摘要

沥青质是石油中分子极性相对较强的组分，对石油加工利用存在许多不利影响，沥青质的化学组成是石油化学领域研究的重要内容，但由于沥青质组成的高度复杂性，传统分析手段在分子水平上对沥青质组成的研究十分困难。傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-ICR MS）结合电喷雾（ESI）电离技术可以从分子水平上分析石油馏分中的大部分极性化合物。本论文选取加拿大油砂沥青VTB和苏丹原油为研究对象，以正戊烷和正庚烷为溶剂分离沥青质，并用甲苯-正庚烷混合溶剂对加拿大油砂正庚烷沥青质进行了亚组分分离，以负离子ESI FT-ICR MS为主要分析手段研究石油沥青质及亚组分中极性化合物的分子组成和分布特征。

通过高分辨质谱对加拿大油砂沥青质的分析，在负离子模式下鉴定出的杂原子化合物主要有：O2、O2S1、O2S2、O3、O3S1、O4、N1、N1O1、N1O2、N1S1等十几种类型。与原油相比，质谱图中沥青质的含氧化合物及多杂原子化合物相对丰度高，含氮化合物相对丰度低；沥青质的杂原子化合物DBE值偏高，芳香性较强。正庚烷沥青质和正戊烷沥青质的杂原子化合物类型基本相似，但正庚烷沥青质中的含氧化合物的相对丰度更高，含氮化合物的缩合度更高。加拿大油砂沥青质中含有较多硫化物类型，苏丹沥青质中O2类化合物占有绝对优势，主要为饱和羧酸类。

用甲苯/正庚烷体积比分别为40/60、30/70，20/80，10/90的混合溶剂逐步分离加拿大油砂沥青质得到5个亚组分F1-F5。F1组分（不溶于甲苯/正庚烷=40/60的部分）的收率最高，并且杂原子含量最高，氢碳比最低。负离子ESI FT-ICR MS表明，从F1组分到F5组分，杂原子化合物的DBE值分布重心减小，芳香性减弱，表明沥青质中高缩合度的化合物最容易沉淀。同时分析结果表明F5组分中杂原子化合物的DBE对碳数分布与整体沥青质的很相似，因而沥青质中的易溶组分有可能掩盖其它难溶组分的组成信息，说明沥青质中不同极性化合物在ESI源中的电离效率差异较大，通过溶剂配比分离亚组分的方法可以更好地反映沥青质分子组成。

沥青质分子量的大小和分布范围是沥青质组成研究的重要内容之一，本论文通过负离子ESI FT-ICR MS分析得到沥青质及其亚组分的相对分子质量主要分布在220-800 Da之间，几乎检测不到大于1000 Da的分子，ESI FT-ICR MS分析结果虽然不能反映沥青质相对分子质量的分布上限，且只能选择性电离其中的极性杂原子化合物，但可以肯定沥青质中存在分子量非常小的组分。

关键词：重质油；沥青质；傅立叶变换离子回旋共振质谱；杂原子化合物

 

发表学术论文

1. [1]徐春明, 刘洋, 赵锁奇, 史权. 石油沥青质中杂原子化合物的高分辨质谱分析. 中国石油大学学报(自然科学版) 2013;37(5):190–5.

2. [2]Wang L, He C, Liu Y, Zhao S, Zhang Y, Xu C, Chung KH, Shi Q. Effects of experimental conditions on the molecular composition of maltenes and asphaltenes derived from oilsands bitumen: Characterized by negative-ion esi ft-icr ms. Science China Chemistry. 56. 7 ed.; 2013:863–73.