NiFe2O4催化劑的制備及稠油降黏性能的研究

李 航，孟 江，王夢(mèng)雨，陳思靜

(重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶 401331)

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，對(duì)于能源的需求愈加的急迫，特別是對(duì)于石油的需求。我國(guó)的現(xiàn)有油田也逐漸進(jìn)入了石油開采的后半期，產(chǎn)出的原油主要是稠油,其黏度高，開采成本高。如何解決稠油黏度高，流動(dòng)性差的問題，是各大油田目前或者將來(lái)面臨的問題。解決該問題的方法之一就是使稠油高溫裂解。一些研究表明，在稠油高溫裂解過(guò)程中加入某些催化劑后，可以使稠油的黏度降低。韋京濤等人[1]合成了一種圓盤狀α-Fe2O3納米微粒，并進(jìn)行稠油催化降黏實(shí)驗(yàn)，得出該催化劑對(duì)瀝青有較強(qiáng)的催化作用，可使勝利油田超稠油黏度顯著降低；吉昌明等人[2]使用過(guò)渡金屬的氧化物作為催化劑與稠油進(jìn)行催化裂解實(shí)驗(yàn)，得到某些過(guò)渡金屬在120 ℃時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)降黏效果最好，降黏率為97.7%；成浪等人[3]合成出油酸鉬，在240 ℃下，添加量為0.8%時(shí)，降黏率達(dá)到65.87%；陳思思等人[4]從稠油催化改質(zhì)實(shí)驗(yàn)中得到分散型催化劑和雙親催化劑優(yōu)于油溶性，油溶性的優(yōu)于水溶性。因此，我們的研究重點(diǎn)合成催化劑及使用降低稠油黏度方面的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

乙醇(AR，w≥98.5%)、三氯化鐵、油酸(AR，w≥98.5%)、氯化鎳(AR，w≥98.5%)、正己烷(AR，w≥98.5%)、四氫萘(AR，w≥98.5%)、氫氧化鈉(AR，w≥98.5%)，成都市科隆化學(xué)品有限公司；去離水。

1.2 NiFe2O4納米催化劑的制備與降黏實(shí)驗(yàn)

1)首先在500 mL圓底燒瓶中將6.28 g油酸和0.9 g NaOH與25 mL去離子水，25 mL乙醇和100 mL正已烷混合，然后磁力攪拌并在60 ℃回流0.5 h。之后，依次加入FeCl3·6H2O溶液(25 mL乙醇中的1.57 g)和NiCl2·6H2O溶液(25 mL去離子水中的1.57 g)并在60 ℃下保持4 h。將液相倒入分液漏斗中以除去水層，然后用去離子水清洗正已烷層。將 60 mL 的油相以及0.75 g的油酸密封在襯有特氟龍的不銹鋼高壓釜(100 mL)中。將高壓釜加熱至 160 ℃，并保持8 h，得到OA-NiFe2O4催化劑。

2)在210℃高壓反應(yīng)釜中，將4 g催化劑加入 50 g 油品中進(jìn)行催化裂解實(shí)驗(yàn)。另外，加入0.15 g四氫化萘作為氫供體加入反應(yīng)器中。反應(yīng)前后的油樣黏度通過(guò)Brookfield黏度計(jì)在40～90 ℃測(cè)量。通過(guò)降黏率的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算降黏率。

1.3 儀器表征

樣品的晶相和組成在SmartLab-9型X射線粉末衍射儀(XRD)上測(cè)得，實(shí)驗(yàn)采用Cu Kα輻射源(λ=0.154 056 nm)，管流40 mA，管壓40 kV，掃描范圍為20°～80°，掃描速率為0.047 746°/s。

2 結(jié)果與分析

2.1 XRD分析

圖1為所制備的NiFe2O4樣品的X射線衍射譜圖(XRD,Bruker AXS D8-Focus,德國(guó))，該樣品譜圖中的特征衍射峰與NiFe2O4的標(biāo)準(zhǔn)XRD譜圖吻合度較高，并在30.293°、35.699°、57.357°、62.916°出現(xiàn)了很明顯的特征衍射峰。因此，該樣品就是我們想要制成的NiFe2O4催化劑。

圖1 NiFe2O4納米催化劑的XRD圖

2.2 黏度分析

通過(guò)Brookfield流變儀對(duì)原油實(shí)驗(yàn)前后進(jìn)行黏度測(cè)試得到表1黏溫表。

由表1看出,原油經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)后，降粘效果是非常明顯。溫度40 ℃下，處理前原油的黏度為 347 276 mPa·s，經(jīng)過(guò)處理后黏度變?yōu)?15 972.25 mPa·s。根據(jù)降黏度公式：

表1 黏溫表

(1)

式中：η為稠油處理后的黏度，mPa·s；γ為降黏率，%；ηo為稠油黏度，mPa·s。

計(jì)算得出到圖2降黏率與溫度的關(guān)系。由圖2看出,油樣使用催化劑裂解后，原油的黏度有著大幅度的變化。在溫度40 ℃下，其降黏率為95.5%，并且隨著溫度的升高，溫度為90 ℃，降黏率都達(dá)到84.59%。由此可以說(shuō)明制備的NiFe2O4對(duì)于該原油具有明顯的效果。

圖2 降黏率與溫度的關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

以乙醇、三氯化鐵、油酸、氯化鎳、正己烷、氫氧化鈉為原料，采用一步水熱合成法制備NiFe2O4催化劑。用XRD對(duì)催化劑進(jìn)行表征，確定得到的催化劑為NiFe2O4，再根據(jù)稠油高溫裂解實(shí)驗(yàn)得到該催化劑的平均降黏效果達(dá)到了84.59%以上，比其他合成催化劑的效果好。