NiFe2O4催化剂的制备及稠油降黏性能的研究

李 航，孟 江，王梦雨，陈思静

(重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆 401331)

21世纪以来，我国经济进入了高速发展的阶段，对于能源的需求愈加的急迫，特别是对于石油的需求。我国的现有油田也逐渐进入了石油开采的后半期，产出的原油主要是稠油,其黏度高，开采成本高。如何解决稠油黏度高，流动性差的问题，是各大油田目前或者将来面临的问题。解决该问题的方法之一就是使稠油高温裂解。一些研究表明，在稠油高温裂解过程中加入某些催化剂后，可以使稠油的黏度降低。韦京涛等人[1]合成了一种圆盘状α-Fe2O3纳米微粒，并进行稠油催化降黏实验，得出该催化剂对沥青有较强的催化作用，可使胜利油田超稠油黏度显著降低；吉昌明等人[2]使用过渡金属的氧化物作为催化剂与稠油进行催化裂解实验，得到某些过渡金属在120 ℃时，质量分数为0.5%时降黏效果最好，降黏率为97.7%；成浪等人[3]合成出油酸钼，在240 ℃下，添加量为0.8%时，降黏率达到65.87%；陈思思等人[4]从稠油催化改质实验中得到分散型催化剂和双亲催化剂优于油溶性，油溶性的优于水溶性。因此，我们的研究重点合成催化剂及使用降低稠油黏度方面的应用。

1 实验部分

1.1 主要试剂

乙醇(AR，w≥98.5%)、三氯化铁、油酸(AR，w≥98.5%)、氯化镍(AR，w≥98.5%)、正己烷(AR，w≥98.5%)、四氢萘(AR，w≥98.5%)、氢氧化钠(AR，w≥98.5%)，成都市科隆化学品有限公司；去离水。

1.2 NiFe2O4纳米催化剂的制备与降黏实验

1)首先在500 mL圆底烧瓶中将6.28 g油酸和0.9 g NaOH与25 mL去离子水，25 mL乙醇和100 mL正已烷混合，然后磁力搅拌并在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去离子水中的1.57 g)并在60 ℃下保持4 h。将液相倒入分液漏斗中以除去水层，然后用去离子水清洗正已烷层。将 60 mL 的油相以及0.75 g的油酸密封在衬有特氟龙的不锈钢高压釜(100 mL)中。将高压釜加热至 160 ℃，并保持8 h，得到OA-NiFe2O4催化剂。

2)在210℃高压反应釜中，将4 g催化剂加入 50 g 油品中进行催化裂解实验。另外，加入0.15 g四氢化萘作为氢供体加入反应器中。反应前后的油样黏度通过Brookfield黏度计在40～90 ℃测量。通过降黏率的计算公式来计算降黏率。

1.3 仪器表征

样品的晶相和组成在SmartLab-9型X射线粉末衍射仪(XRD)上测得，实验采用Cu Kα辐射源(λ=0.154 056 nm)，管流40 mA，管压40 kV，扫描范围为20°～80°，扫描速率为0.047 746°/s。

2 结果与分析

2.1 XRD分析

图1为所制备的NiFe2O4样品的X射线衍射谱图(XRD,Bruker AXS D8-Focus,德国)，该样品谱图中的特征衍射峰与NiFe2O4的标准XRD谱图吻合度较高，并在30.293°、35.699°、57.357°、62.916°出现了很明显的特征衍射峰。因此，该样品就是我们想要制成的NiFe2O4催化剂。

图1 NiFe2O4纳米催化剂的XRD图

2.2 黏度分析

通过Brookfield流变仪对原油实验前后进行黏度测试得到表1黏温表。

由表1看出,原油经过催化反应后，降粘效果是非常明显。温度40 ℃下，处理前原油的黏度为 347 276 mPa·s，经过处理后黏度变为 15 972.25 mPa·s。根据降黏度公式：

表1 黏温表

(1)

式中：η为稠油处理后的黏度，mPa·s；γ为降黏率，%；ηo为稠油黏度，mPa·s。

计算得出到图2降黏率与温度的关系。由图2看出,油样使用催化剂裂解后，原油的黏度有着大幅度的变化。在温度40 ℃下，其降黏率为95.5%，并且随着温度的升高，温度为90 ℃，降黏率都达到84.59%。由此可以说明制备的NiFe2O4对于该原油具有明显的效果。

图2 降黏率与温度的关系

3 结语

以乙醇、三氯化铁、油酸、氯化镍、正己烷、氢氧化钠为原料，采用一步水热合成法制备NiFe2O4催化剂。用XRD对催化剂进行表征，确定得到的催化剂为NiFe2O4，再根据稠油高温裂解实验得到该催化剂的平均降黏效果达到了84.59%以上，比其他合成催化剂的效果好。