王源丰等完成的论文发表于 Petroleum Science 。论文通过气相色谱-质谱（GC-MS）和高分辨质谱（HRMS）技术，对钼基和铁基催化剂作用下渣油浆态床加氢裂化产物的分子组成进行了系统分析，揭示了两类催化剂在裂化、加氢饱和及杂原子脱除方面的机理和性能差异。

浆态床加氢裂化是劣质重油升级改质的重要技术，其中催化剂对反应性能和产品质量具有关键影响。钼基催化剂具有较高的加氢活性，而铁基催化剂具有成本低、抑制生焦效果好等优势，两者均具有工业应用基础。然而，已有研究主要基于转化率、馏分分布及产品性质等宏观指标评价催化剂性能，对不同催化剂作用下的分子转化路径及其催化机理仍缺乏深入认识。

在本工作中，选取钼基和铁基催化剂作用下转化率相近的两种渣油浆态床加氢裂化产物，结合GC-MS和多电离源高分辨质谱技术，对饱和烃、芳烃及含硫、氮、氧化合物的分子组成进行分析，以揭示不同催化剂的作用机制。

研究发现，尽管两种催化剂所得产物具有相近的馏程分布和碳数分布，其分子组成仍表现出明显差异。GC-MS分析表明，钼基催化剂促进了烷烃和芳烃烷基侧链的异构化，并使产物中的烷基芳烃具有更高的热力学稳定性。这些现象表明，钼基催化剂可能具有一定的弱酸催化作用，使涉及碳正离子中间体的反应路径参与浆态床加氢裂化过程。相比之下，铁基催化剂的异构化能力较弱，其反应过程主要表现出抑制自由基热反应的特征。

钼基与铁基催化剂加氢裂化产物中烷基芳烃异构体组成的差异

高分辨质谱分析进一步揭示了两种催化剂在加氢性能方面的显著差异。钼基催化剂表现出更强的芳环饱和及杂原子脱除能力，脱硫率和脱氧率分别达到63.8%和78.3%，明显高于铁基催化剂的42.9%和52.2%。在含硫化合物的转化方面，钼基催化剂能够有效脱除苯并噻吩等低缩合度含硫化合物，而铁基催化剂仅能实现部分噻吩环的加氢饱和，产物中仍保留大量低缩合度含硫化合物及加氢中间体，表明其加氢活性不足以实现深度脱硫。此外，铁基催化剂对高缩合度芳香体系的饱和能力较弱，限制了复杂含硫、含氧化合物的进一步转化。

钼基与铁基催化剂加氢裂化产物中烃类及含硫化合物的分子组成差异

对于含氮化合物，两种催化剂的整体脱氮效果均较为有限，但钼基催化剂产物中出现了更多低缩合度的碱性氮化合物，表明其能够促进部分含氮芳香环的饱和与开环，为后续深度加氢脱氮创造条件。这些分子水平的证据表明，钼基催化剂不仅能够有效抑制过度裂化和缩合反应，还能够通过更强的加氢能力促进杂原子脱除及芳香结构转化，而铁基催化剂则主要发挥抑制热反应的作用。

本研究从分子水平揭示了钼基和铁基催化剂在重油浆态床加氢裂化中的作用差异，说明宏观转化程度相近的催化剂仍可能具有显著不同的反应路径和产品质量。研究结果为理解重油浆态床加氢裂化反应机理，以及催化剂的合理选择和优化设计提供了重要参考。

此前，课题组已围绕重油浆态床加氢裂化过程中的分子组成变化与反应机理开展了系列研究，先后建立了基于HRMS和GC-MS的研究方法，应用于热裂化与加氢裂化对比和反应操作条件影响，并进一步将分子表征研究拓展至胺类化合物及重质烯烃的分子组成分析。上述研究逐步建立了基于先进质谱技术的重油分子组成表征与反应机理分析方法。本研究在前期工作基础上，进一步揭示了不同催化剂体系下的分子转化差异，为深入理解浆态床加氢裂化反应机理及催化剂优化提供了新的认识。

论文信息如下：

Molecular transformation of heavy oil during slurry phase hydrocracking process: Molybdenum- and iron-based catalysts

重油浆态床加氢裂化过程中的分子转化：钼基与铁基催化剂的对比

Yuan-Feng Wang, Yu-Qian Guo, Zhi-Yuan Zhou, Xiao Zhang, Shi-Bo Zhai, Wei-Lai Zhang, Ya-He Zhang, Jian-Xun Wu, Jing-Man Lu*, Lin-Zhou Zhang, Quan Shi

王源丰, 郭玉乾, 周志远, 张晓, 翟士博, 张未来, 张亚和, 吴建勋, 卢竟蔓, 张霖宙, 史权

王源丰为第一作者；中国石油石油化工研究院卢竟蔓、课题组史权教授为共同通讯作者。

Petroleum Science, 2026.

https://doi.org/10.1016/j.petsci.2026.10.003

课题组相关前期工作：

[1] Wang Y, Lu J, Zhang X, et al. Molecular transformation of heavy oil during slurry phase hydrocracking process: A comparison between thermal cracking and hydrocracking. Fuel, 2023, 351: 128981.

[2] Lu J, Wang Y, Zhou Z, et al. Molecular transformation of heavy oil during slurry phase hydrocracking process: Influences of operational conditions. Petroleum Science, 2025, 22(2): 884-893.

[3] Wang Y, Lu J, Zhang W, et al. Insights into reaction mechanism of slurry phase hydrocracking of heavy oil via compositional analysis of individual hydrocarbons. Chemical Engineering Science, 2025, 314: 121789.

[4] Wang Y, Kong F, Zhang Y, et al. Hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry reveals the transformation pathways of nitrogen compounds during residual oil hydroconversion: Amine intermediates as molecular probes. Chemical Engineering Science, 2027, 337: 124698.

[5] Zhang Y, Zhou Z, Zhang X, et al. Molecular characterization of heavy olefins in slurry-phase hydrocracking products using high-resolution mass spectrometry. Energy & Fuels, 2023, 37(16): 11743-11753.