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本文利用高压釜反应装置,在350℃-450℃含水条件下,对吐哈原油和胜利原油与硫酸镁反应体系进行了热模拟实验研究。并在相同实验条件下对吐哈原油和胜利原油进行了热裂解实验研究。利用气相色谱仪、库仑仪、毛细管气相色谱/脉冲火焰光度检测器、傅里叶离子回旋共振质谱仪、傅立叶变换红外光谱仪以及X射线衍射仪等先进仪器,对反应油、气、固体产物进行分析,开展了反应体系的动力学研究,并对反应机理进行了探讨。
利用高压釜反应装置,在450℃-550℃含水条件下对正辛烷与硫酸镁反应体系进行了热模拟实验研究,通过Finnigan-Mat(DeltaS)型同位素质谱仪分别对反应后硫化氢和有机硫的硫同位素进行测定,考察了硫同位素的分馏作用和分馏程度。
吐哈原油和胜利原油与硫酸盐反应的模拟实验结果表明,在含水条件下吐哈原油和胜利原油与硫酸镁反应体系在350℃-450℃下可以发生反应,主要生成氧化镁、硫化氢、二氧化碳以及硫醚、噻吩系列、苯并噻吩系列等一系列有机硫化物。随着反应温度的升高,硫酸镁氧化烃类作用增大,气体干燥系数增高,油相中的有机硫化物主要向热稳定性高和DBE值高的二苯并噻吩系列转化,且TSR体系中无机硫向有机硫转化的总钵趋势加深。根据动力学模型计算得吐哈原油与硫酸镁反应的表观活化能为53.26kJ·mol-1,胜利原油与硫酸镁反应的表观活化能为57.91KJ·mol-1,胜利原油与硫酸钙反应体系的表观活化能为64.47kJ·mol-1。
吐哈原油和胜利原油的热裂解模拟实验结果表明,原油裂解气的组成类似于原油发生TSR气体产物的组成,但甲烷和二氧化碳的含量较低,气体的干燥系数低于原油发生TSR气体干燥系数。随着热解温度的升高,裂解油相产物仅仅是缩合度的提高,而不存在噻吩类物质向苯并噻吩类转化的趋势。
正辛烷与硫酸镁反应体系的模拟实验结果表明,反应存在硫同位素分馏现象,硫化氢的δ34S值与硫酸镁的δ34S值存在约7.8‰-11.3‰左右的分馏。随着温度的升高,H2S的δ34S值也升高,硫化氢的δ34S值越接近硫酸镁的δ34S值。油相中δ34S值随温度的升高也呈现升高趋势,并且与硫化氢的δ34S值接近。硫同位素分馏常数随着温度的升高而变小,最后趋于1,说明同位素分馏逐渐成为平衡分馏。