双功能核壳纳米催化剂辅助的间歇式蒸汽辅助重力泄油技术实现重油原位升级与高效热能管理

《Scientific Reports》：Synergistic in situ upgrading and heat storage in intermittent SAGD enabled by a bifunctional nanocatalyst

　　

摘要

重油和油砂资源的高效开发面临严峻挑战，尤其是蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术存在高能耗和缺乏原位升级能力的突出问题。本研究提出了一种双功能纳米催化剂辅助的间歇式蒸汽辅助重力泄油（CNF-I-SAGD）技术，以实现重油的原位升级和高效热能管理。核心创新是一种Ni-Mo/Al?O?@Al-Sn-Si核壳纳米催化剂，其中Al-Sn-Si三元共晶合金作为相变材料（PCM）用于热储能，而Ni-Mo/Al?O?外壳催化水热裂解反应。物理模拟实验表明，CNF-I-SAGD的最终采收率达到72.5%，比传统间歇式蒸汽辅助重力泄油（I-SAGD）高出7.9%。关键在于，在间歇性关蒸汽期间，相变材料核释放潜热，维持温度平台在225°C附近长达8分钟，将催化剂的有效高温操作时间延长了18.5%。这将瞬时汽油比（SOR）降低至3.56，提高了18.7%的能效。原油分析显示，所产原油的API重度增至15.2°，粘度降低71.7%，沥青质含量显著降低58%。本研究提出了一种将基于相变材料的热储能与纳米催化剂原位升级相结合的综合方法，为重油资源的绿色高效开发提供了有前景的策略。