近期，我校在稠油熱采中原位改質技術方面研究取得新進展，探索了外源催化劑和儲層原位礦物對稠油水熱裂解的協同催化作用，使室內研究更能真實反應稠油原位改質的環境，相關成果以標題為“Study on synergistic catalysis of ex-situ catalyst and in-situ clay in aquathermolysis of water-heavy oil-ethanol at low temperature”發表在《Chemical Engineering Journal》（IF=16.744）。該論文第一作者為化學化工學院2019級碩士研究生馬麗娃，陳剛教授為通訊作者，我校為第一通訊單位。
目前關于稠油原位水熱裂解提高采收率的研究幾乎全部局限于外源催化劑對反應的催化作用，而忽略了外源催化劑進入油藏后可能與原位無機礦物相互作用后協同催化稠油的水熱裂解反應。該團隊針對此問題開展了一系列研究工作。
前期，該團隊對甲醇作為油酸鐵催化水熱裂解的氫供體對稠油催化水熱裂解的影響進行研究，表明甲醇為反應提供大量活性氫，促進稠油中長鏈烷烴的斷裂，使輕組分含量增加，改善稠油的流動性（Processes, 2022, 10, 1956.https://doi.org/10.3390/pr10101956.IF=3.352）。合成了一系列粘土負載的過渡金屬配合物用于稠油的催化水熱裂解，粘土負載的鐵配合物催化效果最佳，可使稠油的降粘率達到84.5%，有助于稠油中大分子化合物含量的降低（Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2022, 97: 1128-1137.https://doi.org/10.1002/jctb.6997.IF=3.709）。制備了粘土負載的聯二吡啶過渡金屬配合物催化稠油的水熱裂解反應，其中具有無污染特性的鋅配合物可催化降粘73.5%，引入乙醇作為供氫劑后降粘率可以提升至84.6%（Catalysts, 2022, 12, 1383. https://www.mdpi.com/2073-4344/12/11/1383.IF=4.501）。對儲層礦物和醇作為供氫劑對稠油水熱裂解的影響進行了研究，證明了粘土、碳酸鈣、石英、硫鐵礦等多種礦物的存在可以提高降粘效率，其中粘土的催化作用最強，醇的加入可以進一步提高降粘率。采用模型化合物研究了稠油組分的變化，提出了反應機理（Fuel, 2022, 307, 121871.https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121871.IF=8.035）。
在本論文中，該團隊使用水楊酸作為配體制備的金屬配合物作為外源催化劑，粘土作為原位催化劑的代表，模擬了外源和原位催化劑形成的復合物，考察了它們在水熱裂解中的協同催化降粘性能。粘土-水楊酸合銅復合物的催化劑效果最佳，并體現出外源和原位催化劑的協同催化效應。0.2 wt%催化劑和30 wt%乙醇供氫劑在180℃反應4h，降粘率達到91.5%，溫度比傳統反應溫度低70℃左右。
對反應后稠油的組分研究表明，稠油中的大分子化合物在反應后裂解為低沸點的小分子，膠質和瀝青質含量減少，飽和烴和芳香烴含量增加。利用苯酚、噻吩、喹啉、苯并噻吩等模型化合物研究了稠油中分子可能發生的反應，證實了反應過程中稠油大分子中的C-C、C-N和C-S鍵的斷裂，提出了粘土-水楊酸合銅復合物催化反應的機理。
此研究得到國家自然科學基金項目“內外源超分子協同催化稠油原位改質新策略（51974252）”的資助。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722053529
