煤焦油与减压渣油共热解共加氢的协同效应及其对劣质油高效转化的机制研究

为解决劣质油（PQO）因高杂原子和痕量金属含量导致的难升级问题，研究人员开展了煤焦油（CT）/减压渣油（VR）共热解与共加氢研究。结果表明，共热解通过降低活化能、改变含氧自由基路径抑制焦炭生成；共加氢提升汽油和柴油产率，并揭示CT与VR四组分（饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质）间的协同/抑制效应。该研究为PQO高效转化提供了新策略，兼具能源安全与经济价值。

　　

随着全球轻质燃料需求增长与原油资源短缺，劣质油（Poor-quality oils, PQO）如煤焦油（CT）和减压渣油（VR）的高效利用成为能源领域焦点。然而，这类油品因高杂原子（O、N、S）、痕量金属（Ni、Fe）及沥青质含量，导致传统加氢工艺效率低下且易生成焦炭，严重制约其工业化应用。如何通过技术革新实现PQO的清洁转化，同时提升高附加值燃料产率，成为亟待解决的难题。

新疆宣力环保能源有限公司与中石油乌鲁木齐石化公司的研究人员合作，在《Fuel》发表研究，首次系统探究了CT/VR共热解与共加氢的协同机制。通过引入单层MoS₂/TiO₂催化剂，团队不仅显著提升汽油和柴油产率，还揭示了两种油品四组分间的动态相互作用，为PQO规模化加工提供了理论支撑与技术路径。

研究采用热重-红外联用（TG-FTIR）、二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOF）等技术分析产物分布，结合四组分分离（SARA分析）和动力学模拟，明确了反应路径变化。实验原料为新疆中低温CT与乌鲁木齐石化VR，其性质差异（如CT含氧量高达4.32%，VR残碳值达15.7%）为协同效应研究提供了理想模型。

关键结果与发现

1. 共热解协同机制
   热力学分析表明，CT/VR混合后热解活化能降低，反应剧烈程度减弱。TG-FTIR显示CT含氧自由基路径改变，促进有机含氧化合物生成而非无机氧释放，同时不饱和烃裂解溢出增加，使焦炭产率下降12.3%。

2. 共加氢产物调控
   MoS₂/TiO₂催化下，汽油和柴油总收率提升至58.6%，焦炭量降至1.8%。SARA分析发现，CT芳香烃与VR饱和烃的氢化饱和存在显著协同效应（转化率提高21%），而两者胶质组分相互抑制，揭示了分子级相互作用规律。

3. 四组分极性效应
   极性分析表明，CT氢化产物中汽油/柴油含量随极性增强而上升，VR则呈相反趋势。这种“极性-收率”反向关联为定向调控产物分布提供了新思路。

结论与意义
该研究证实CT/VR协同作用可通过三重路径实现：（1）CT低粘度改善VR流动性，降低能耗；（2）CT芳香烃渗透VR胶核，通过π-π键削弱引力场，提升分散性；（3）CT微量金属（Fe、Ni）与催化剂协同促进加氢。技术层面，单层MoS₂/TiO₂的应用突破了传统催化剂易结焦瓶颈，而四组分相互作用机制的阐明为复杂油品共处理工艺设计奠定了理论基础。

从能源战略角度看，依托我国丰富VR资源发展CT/VR共加氢技术，可推动千万吨级煤焦油企业升级，兼具缓解原油依赖与环保减排双重效益。未来研究可进一步优化催化剂对杂原子的靶向脱除能力，并探索工业放大中的胶体稳定性控制策略。