毕业时间：2023年6月（硕士）

毕业去向：天津渤化工程有限公司

导师：徐春明 教授； 史权 教授

学科专业：化学工程与技术

研究方向：石油与天然气化学

 

学位论文题目

超临界CO2对石油分子的萃取选择性

Extraction selectivity of petroleum molecules by supercritical CO2

 

论文摘要

随着油气田剩余油重质化程度加深，二氧化碳驱是目前油气田开发提高采收率的有效方式之一。超临界CO2由于其兼具气体和液体的双重特性，注入地层对低渗透、致密油藏提高采收率具有积极的促进作用。深入研究二氧化碳驱作用行为规律，需要建立宏观产率与微观组成之间的联系，从本质上解释超临界CO2萃取过程对原油的分子选择性。基于此，本文结合多种分析手段，获取石油及其萃取物的性质和分子组成，明确超临界CO2与石油分子之间的相互作用机理，为其工业应用提供理论指导。

本文采用超临界CO2萃取仪模拟二氧化碳驱替原油实验，考察了压力、载体和改性剂三种操作条件的影响。萃取压力的提升可以增大超临界CO2的溶解性，高压下可以提高C 20之前的正构烷烃与CO2的混溶程度，有效提高大分子、高缩合度烃类的萃取率。杂原子化合物中，酸性氧化物的萃取对压力最为敏感。萃取载体的选择优先考虑适宜的比表面积，过大的比表面积可能会阻碍萃取的发生。正构烷烃类改性剂可以增大烃类化合物的溶解度，醇类改性剂则对杂原子类化合物溶解度的提高更为有效。

不同油品在组成上差异巨大，为考察超临界CO2萃取的适用性，从极性和馏程两个维度考察了石油中不同组分在超临界CO2萃取过程中的作用效果。原油四组分随各组分极性的增加，超临界CO2对其的溶解性依次降低，难以溶解大分子、强极性的胶质和沥青质。

不同极性组分间的相互作用对萃取收率产生较大影响。低沸点（<400°c）组分的存在有利于萃取的发生，其在萃取体系中的停留时间为萃取效果的主要影响因素。<>

最后考察了超临界CO2萃取的工业应用。应用超临界CO2萃取方法，对催化裂化油浆进行了分离，实现对不同环数芳烃的分离富集，以温和的条件制备优质针状焦和道路沥青掺混原料。对不同原油萃取物及萃余物进行表征，萃取物通常为小分子低沸点的化合物，沸点小于500°C，碳数分布上限为C35。萃余物主要是高缩合度、多杂原子的化合物，其中具有长侧链的含氮化合物分子间作用力低，移动性弱，低压萃取过程中容易沉积在萃余相中。对二氧化碳驱过程中萃取作用的分子层次考察，可以为提高采收率提供重要的基础数据和理论指导。

关键词：超临界CO2萃取；选择性；高分辨质谱；分子组成

 

发表学术论文

1. [1]Zhang B, Liu Z, Xu C, Tan X, Lin Y, Li Y, Shi Q, Feng T, Li Y. Molecular composition and interfacial activity of low acid high phenol crude oil. Oilfield Chem 2023;40(1):68–75
   https://doi.org/10.19346/j.cnki.1000-4092.2023.01.012