毕业时间：2013年6月（硕士）

毕业去向：斯伦贝谢 / 华为

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

原油中石油酸形成及热反应过程中的分子转化规律

Molecular Transformation on Acids from Crude Oil in the Formation and Thermal Reaction

 

论文摘要

高酸值原油的勘探开发及加工利用是石油工业面临的重要任务。受传统研究手段限制，缺乏对原油中石油酸具体形成过程及其在热反应过程中分子组成转化的深入研究，尤其是对其中痕量有机酸的有效认知。

本论文旨在研究原油中石油酸在生物降解形成过程中以及在热反应加工过程中的分子组成变化，采用气相色谱（GC）、气相色谱质谱联用（GC-MS）与傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）等分析手段，对高酸原油的形成以及常压条件下热反应过程中的分子组成变化进行了深入研究，从分子组成层面对石油酸这类物质形成了一套完整和全新的认识。

首先，以负离子ESI FT-ICR MS结合GC-MS研究了原油在有氧条件下经生物降解作用后，其烃类以及含N、S、O等极性化合物的分子组成变化。通过对原油及不同降解时间下的样品对比发现原油在经生物降解后有机组分被消耗，短链低分子正构烷烃优先被降解；在降解过程中，原油的饱和分含量明显下降，胶质、沥青质有所增加；对于极性化合物，原油中O1酚类化合物经降解后缩合度明显升高，而醇类化合物未发生明显变化，且醇类主要集中在芳香分中；O2类化合物经降解后其DBE（环加双键数）分布更为广泛，在一定程度上使脂肪酸转变为一环环烷酸，N 1类咔唑系列化合物在生物降解过程中未发生明显变化。

其次，选取典型高酸原油在常压300°C至500°C进行热反应，以ESI FT-ICR MS为主要分析手段描述了热反应过程中原油中石油酸的分布与走向，检测到多种酸性含氧化合物。对羧酸类化合物的DBE和碳数变化进行讨论发现，O2环烷酸类化合物在350°C至400°C下大量脱羧分解，是其酸值明显下降的主要原因；O1酚类化合物具有更高的热稳定性，其在热反应过程中，发生了环烷环的断裂。结合液体产物的模拟蒸馏分析证实了羧酸类化合物在发生脱羧反应的同时，也可能裂解为小分子有机酸。通过对400°C下裂解小分子酸的分析，得到几十ppm的乙酸、丙酸、丁酸等，这些小分子酸很可能是炼厂中腐蚀问题的诱发因素之一。

本论文基于对石油酸在生物降解及热反应过程中分子转化的深入研究，对高酸原油的形成及其导致的腐蚀现象提出了一些新的认识，为高酸原油的勘探开发以及在加工过程中对其采取有效措施进行防腐提供了理论依据。

关键词：高酸原油；ESI FT-ICR MS；石油酸；生物降解；热反应

 

发表学术论文

1. [1]Yang B, Xu C, Zhao S, Hsu CS, Chung KH, Shi Q. Thermal transformation of acid compounds in high tan crude oil. Science China Chemistry. 56. 7 ed.; 2013:848–55.