毕业时间：2014年6月（硕士）

毕业去向：中石油寰球公司

导师：史权 副教授 商辉 副研究员

学科专业：化学工艺

研究方向：石油物性及重质油化学

 

学位论文题目

委内瑞拉稠油中镍钒赋存状态及微波辅助脱金属研究

Characterization and Microwave-assisted Demetallization of Vanadium and Nickel Compounds in Venezuela Heavy Oil

 

论文摘要

重质油中镍、钒化合物存在形态及脱除机理的研究是重质油化学领域的难点。

本论文以委内瑞拉原油为研究对象，利用傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）、紫外可见光谱（UV-vis）等分析手段以及微波辅助脱金属工艺，研究了委内瑞拉原油中镍钒化合物的存在形态和在微波辐射条件下金属镍钒的脱除规律和机理。

本论文根据化合物的溶解性、酸碱性和极性差异，建立了一种分离富集重质油中金属镍钒化合物的方法。综合FT-ICR MS、UV-vis和ICP-AES的结果，发现委内瑞拉原油中80 wt%的钒元素存在于中性分中，绝大部分以钒卟啉形式存在，其中以初卟啉（ETIO型）和脱氧叶红初卟啉（DPEP型）为主要类型。此外，本论文发现了13类新型多氧钒卟啉化合物，并推测了它们可能的分子结构，认为这些多氧钒卟啉化合物是叶绿素和血红素在成油演变过程中的衍生物。

在对委内瑞拉原油镍钒化合物的定性认识基础之上，本论文考察了微波辅助脱金属的效果。在微波单模腔反应系统中，考察了微波功率、作用时间、脱金属剂用量等工艺条件对脱金属反应结果的影响，并从7种脱金属剂中筛选出最优组合。实验结果表明金属镍钒的脱除率随着微波功率、作用时间、脱金属剂量的增加呈现先增加后趋于平缓的规律，研究发现含有磺酸基团的脱金属剂MDM-H镍、钒脱除效果最好，其脱除率最高可达83.3%和84.7%。最优操作条件为：微波功率600-800 W，作用时间3 min，脱金属剂用量2 wt%。研究还发现钒的脱除率总大于镍，在反应条件温和时，镍钒脱除选择性大，但随着剂量增加，选择性减小。

最后，本论文在分子组成层面上，探讨了微波辅助脱金属反应机理，并对比分析了镍、钒化合物的脱除规律。实验结果表明，微波辅助脱金属过程对钒卟啉化合物不具有特定的选择性。MDM-H中的磺酸基团在不破坏卟啉大环结构的前提下，与VO2+结合，生成无机盐进入水相，从而达到脱除金属的目的，钒卟啉反应转化成卟吩。

关键词：微波；脱金属；镍；钒；卟啉化合物

 

发表学术论文

1. [1]Zhao X, Liu Y, Xu C, Yan Y, Zhang Y, Zhang Q, Zhao S, Chung K, Gray MR, Shi Q. Separation and characterization of vanadyl porphyrins in venezuela orinoco heavy crude oil. Energy Fuels 2013;27(6):2874–82
   https://doi.org/10.1021/ef400161p