劣质重油超分子结构及高效转化工程基础研究

This proposal will mainly research the supramolecular structure and forming mechanism of inferior heavy oil molecules and their model compounds. It will also systematically investigate the aggregation abilities, the nonbonding interactions and the forming mechanism of supramolecular aggregates at the molecular level, which will deepen the understanding of supramolecular structure of inferior heavy oil molecules. Furthermore, a new way to realize the deaggregation of supramolecular aggregates of heavy oil molecules will be researched in this proposal. Solving this problem can obtain a new chemical method to stabilize the inferior heavy oil molecules, and control the aggregation reaction of inferior heavy oil molecules at the process of hydrocracking and thermal reaction, and prevent the coking of heavy oil further. It could lay the theoretical foundation of high-efficiency utilization of inferior heavy oil. This research is really theoretical innovation and meaningful.

深入研究劣质重油分子的超分子结构，并结合沥青质模型化合物的超分子作用情况，从分子水平上进一步系统性地探讨劣质重油组分及其模型化合物在形成超分子聚集体过程中的结构与分子间非共价键力的作用形式、相对强弱，阐明石油重组分体系形成超分子聚集体的机制，构建其超分子结构模型，加深对劣质重油分子超分子结构的认识。同时研究劣质重油分子所形成的超分子聚集体的解聚途径，从而找出稳定劣质重油分子体系的化学方法，达到控制劣质重油分子在加氢裂化以及热反应过程的聚集及缩聚反应，抑制其生焦，为劣质重油的高效加工利用提供更深入的理论基础。具有重要的理论创新意义。

针对劣质重油加工过程中沥青质的聚集、结焦问题，本项目主要研究了沥青质超分子结构及聚集行为、沥青质模型化合物的超分子聚集作用及劣质重油沥青质超分子聚集体的解聚方法。研究结果揭示了劣质重油沥青质体系存在超分子化学结构的本质以及其聚集过程。氢键、π-π堆积作用在沥青质聚集过程中占主导地位；控制沥青质分子间的氢键，既可有效地控制其聚集作用。沥青质模型化合物超分子聚集作用的研究表明，π-π堆积作用、金属镍和钒的存在可促进聚集。考察了化学修饰、缓和加氢对沥青质超分子聚集体的解聚效果，发现对沥青质进行适宜的化学修饰（官能团甲基化、烷基化、酰基化等），可以破坏沥青质聚集体中的分子间氢键、π-π堆积作用，增加了沥青质本身的亲油性，促进了其解聚。缓和加氢可减弱沥青质分子间的π-π堆积作用，进而促进沥青质解聚。此外，以分子动力学和量子化学模拟与实验相结合的方法，对沥青质的结构及聚集性能进行了研究，在分子水平上深入认识了沥青质超分子聚集的作用机制。探究了解聚处理后劣质重油的热反应规律，初步证实了化学处理是沥青质聚集体解聚的有效途径。项目研究对认识劣质重油超分子结构及作用机制具有重要的指导性作用，获得了劣质重油沥青质超分子聚集体的解聚方法，提出了稳定石油重组分体系的新思路，为劣质重油的高效转化利用提供了更宽广的理论基础，研究结果具有重要的理论价值及实际意义。