1、毕业论文 开题报告 化学工程与工艺 基于离子液体的北疆高酸原油脱酸研究 一、选题的背景、意义 （所选课题的历史前景、国内外研究现状和发展趋势） 背景 ： 随着原油的不断开发利用，随着原油劣质化趋势的加剧，开采的原油中的环烷酸含量亦随之增多，重质原油的产量越来越大，其密度、粘度及酸值也随之上升。近几年来，全球高酸原油的产量每年约增加 0 3。 2001年，酸值 (TAN)大于 1mgKOH g的高酸原油的产量占全球原油总产量的 5 0 ，到 2006年将达到 5 5 。国内含酸原油的品种和数量也呈上升趋势。 针对这种情况各家炼 油厂都在摸索相应的加工经验，使炼制含酸原油技术有了长足的发展。 我国
2、环烷酸含量高的原油主要分布在新疆、辽河及胜利油田，环烷酸含量均在 1 左右，最高达 5 以上。石油酸是指原油中的酸性组分，主要包括环烷酸、芳香酸、酚类、硫醇和无机酸等。因以环烷酸为主，所以也将石油酸称为环烷酸。环烷酸通常是以五元或六元饱和环状结构的复杂有机酸形式存在于环烷基原油中，在中间基和石蜡基原油中含量较少。其在原油中分布规律十分特殊，在 25012350C馏分中含量最高，而在低沸点和高沸点馏分中含量相对较低。环烷酸的含量可用酸度或酸值间 接表示，其为弱酸性化合物，具有饱和脂肪酸的化学性质，主要可发生成盐、脂化、酰胺化及磺化等反应。这些具有高酸值、高粘度、高密度特点的原油，在进一步加工过程
3、中会引起设备的严重腐蚀，影响正常的生产操作、产品质量以及系统平衡。因此，环烷酸的结构研究与原油的成因及地球生命起源研究密切相关 J。同时，研究原油中石油酸的组成，对了解石油酸的腐蚀机理，充分利用石油酸有重要意义。近年来，国内一些原油的酸值逐渐升高，对环烷酸的回收利用需求 El益加大，因此，探索原油中有关环烷酸的分离方法、结构组成及特性方面的研究 El益受到重视。 目前，国内有关环烷酸的分离与分析研究方面的报道尚少，而国外较多。但由于原油及环烷酸本身的性质及其所处的状态，使得各种分离、分析方法均有其局限性。炼油厂为降低石油酸腐蚀的影响，采取以下几种方法：用各种碱性化合物中和石油中的酸类组分。但是
4、，石油羧酸与碱反应形成皂，可使粘稠的原油乳化，给原油的脱盐脱水造成困难，使脱后原油中盐含量升高，影响原油的后续加工而且油品损失很大，碱渣直接排放将产生“三废”而且造成环烷酸资源流失，若收回环烷酸，不及消耗硫酸，而且产生大量富含硫酸钠等难以处理的污水；在炼油设备中大量使用抗腐 蚀的金属材料，由于这些材料价格昂贵，提高了炼油成本。特别是对现存炼油装置来说，采用新的防腐蚀材料不切实际； 向原油中加缓蚀剂。但缓蚀剂会影响后续装置加工过程，降低催化剂的活性和寿命；最常用的方法是炼油厂将高酸值原油和低酸值原油混合加工，降低原料的总酸值。但此办法常受到炼厂低酸值原油供应量和原油罐储量的限制。氨洗法，由于所旋
5、熔机碱性弱，与环烷酸反应活性低，脱酸率以及提出的环烷酸酸值较低；加氢法，花费较大，且浪费环烷酸资源。此外这些方法还存在着溶剂损耗大、剂 /油体积比高，污水排放量大，脱酸率低，分离过程 油料损失大等缺点。而如今离子液体 脱酸法较其他方法有一系列的突出优点，值得深入研究。 意义： 高酸原油中的石油酸主要成分为环烷酸，在加工中往往会引起常减压装置的加热炉、常减压分馏塔以及设备管线等部位的严重腐蚀，并且还会引起加氢裂化反应器催化剂床层堵塞，致使床层压降升高，严重危害加氢裂化装置长周期运行，而且会对后续加工过程造成严重危害。环烷酸的腐蚀与硫腐蚀不同，它不是均匀腐蚀，而是局部腐蚀或点蚀，而且环烷酸腐蚀受酸
6、值、温度、流速、介质、物态变化等多方面因素的影响，因此不容易检测。 环烷酸的存在会影响油品的 性能，而环烷酸本身具有很高的利用价值。其作为石油加工副产品，是性能优良的精细化工原料，广泛用于化工、食品、金属加工、机械制造、运输业及农业、军事工业等领域；可用作涂料、油墨催干剂、化学催化剂、矿物浮选剂、油品添加剂、子午轮胎粘合剂、植物生长调节剂、防腐剂、缓蚀剂和杀菌剂等。因此脱除油品中的环烷酸不仅有利于油品的后续加工利用，也具有很高的经济价值。 目前炼油企业都不愿意加工高酸原油。但是国际市场上高酸原油的数量不断增加。据报道 6， 2004年比 1984年世界上高酸原油增加了 72 7 。国际原油市场
7、上高酸原 油价格普遍较低。一桶高酸原油的售价比低速按原油低了 2.5美元。因此，开发高酸原油新的加工途径具有较好的经济效益。 二、相关研究的最新成果及动态 我国科研工作者从 70 年代开始出现酸性原油的腐蚀问题之初，就展开了脱酸的研究。文献中所涉及的主要脱酸方法可以概括为四大类，包括：（ 1）碱水溶液脱酸（ 2）催化加氢脱酸（ 3）酯化脱酸（ 4）物理萃取脱酸。其中碱水溶液脱酸效果虽好，但随之而来的顽固乳化问题却至今未能有效解决；催化加氢和酯化脱酸虽然不存在乳化，但由于原油的复杂性，催化反应和酯化反应受到限制，脱酸率不高，最重要 的是这两种方法都破坏了宝贵的环烷酸资源；物理萃取脱酸由于很难针对
8、原油中的环烷酸选择一种高效的脱酸剂，它的应用也受到很大限制。可以说，虽然经过近 40 年的努力，我们在脱酸方面积攒了一定的经验，但是一直没能有效解决这个问题。 2004 年，中国石化部署石科院立项攻关，探索加工高酸原油技术的新途径。 2006 年， 石科院成功开发出高酸原油全馏分催化脱酸和裂化一体化新工艺，该工艺代表我国目前高酸原油炼制的最高水平，具有工艺流程短、无须特殊防腐设备、投资少、效益高、操作费用低等优点，但是仍然存在没能有效利用原油中环烷酸资源的缺 陷。 如今，随着高酸原油的不断增多，对高酸原油进行更广泛深入的脱酸研究，成了各大石油公司最关注的一个科研难题。 三、课题的研究内容及拟采
9、取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 课题的研究内容 ： 离子液体作为一种可代替挥发性有机溶剂的绿色溶剂已广泛应用于萃取分离过程，有机合成，化工及催化反应。 本课题拟利用咪唑及其衍生物与原油中的环烷酸生成离子液体，利用离子液体极性大、稳定性好、易于与原油分离的特性探索基于离子液体脱酸的工艺条件；同时考察在不违背原油炼制的传统工艺条件下，在电脱盐过程中加入脱酸、脱重金 属剂，综合考评基于离子液体的高酸原油综合预处理效果；分离精制环烷酸。 采取的研究方法 ： （ 1）研究咪唑及其衍生物包括 N-甲基咪唑、 2-甲基咪唑、 1， 2-二甲基咪唑、 2-乙基咪唑、 N-丙基咪唑、 2-丙
10、基咪唑、 1-乙烯基咪唑、苯并咪唑、 1-乙酰咪唑等的脱酸效果，优选出脱酸效果最好的咪唑类有机物作为离子液体脱酸的反应剂。 （ 2）考察甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙烯醇等作为溶剂的脱酸效果，并对其进行优选。 （ 3）确定脱酸组分的组成 （ 4）考察脱酸工艺条件，确定优化脱酸参数 （ 5）考察原油金属包括钙、镍、钒含量的变化 （ 6）结合电脱盐工艺，考察离子液体脱酸的应用 （ 7）环烷酸的精制与分析 （ 8）离子液体脱酸的抽提级数的计算 研究难点 ： （ 1）脱酸剂的选取 （ 2）脱酸原油与脱酸剂的分离 预期达到的目标 ： （ 1）一级萃取脱酸率达 70% （ 2）多级逆流萃取脱酸率达 85%
11、 （ 3）原油中金属含量有明显降低 四、论文详细工作进度和安排 查阅文献，翻译外文资料 2011-2-25 2011-2-29 实验前期准备 2011-3-1 2011-3-10 脱酸组分的优选 2011-3-11 2011-4-20 探索工艺条件并优化 2011-4-21 2011-6-5 撰写论文并答辩 2011-6-5 2011-6-20 五、主要参考文献 参考文献 【 1】 师丽娟，沈本贤，蓬莱高酸原油中环烷酸的结构组成，华东理工大学学报 (自然科学版 )， 2007， 33(3)： 314 317 【 2】 师丽娟，沈本贤，汪恭群 ，基于离子液体的高酸原油脱酸效果 研究，华东理工大学
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