[发明专利]在重质石油和其它烃源中核或构造单元的确定以及母体分子的重构

说明书

技术领域

本发明是一种确定重质烃体系中的核或构造单元的方法。本发明还包括从所述核或构造单元产生母体分子的方法。在优选实施方案中，所述重质烃为减压渣油。将核或构造单元定义为通过弱键桥接的非链烷烃分子结构，通过如本发明中所述的受控碎裂能够将所述弱键解离。弱键包含脂族碳-碳键和脂族碳-杂原子键。将核和构造单元的实例示于图37和38中。

背景技术

石油和高沸点石油馏分由多种相对少的同系物系列的烃构成[6]。在元素组成方面，整体混合物的组成变化不大，但在组成方面的微小差别能够大大影响物理性质和制造适于销售的产品所要求的加工。石油基本是烃的混合物，且甚至非烃元素通常作为复杂分子的组分存在，其本质上主要是烃，但含有少量氧、硫、氮、钒、镍和铬。因此，在本发明中，石油和烃将可交换使用。

获得构造单元信息的一种方式是对相应渣油的减压瓦斯油（VGO）进行详细表征。关于该方法，除了详细表征所需要的分析成本和时间之外，还存在大量问题。首先，VGO分子不代表存在于渣油中的所有核。在VGO中不能发现某些更大的芳族核（>6的芳族环）和多个杂原子的分子。其次，渣油的构造单元分布可能与VGO中的不同。

减压瓦斯油是一种在约343℃（650℉）至537℃（1000℉）之间沸腾的原油馏分。减压残渣是通过对原油减压蒸馏而得到的残渣并在高于约537℃的温度下沸腾。

确定渣油核结构的另一种方式是通过热或其它选择性脱烷基化化学作用将渣油结构裂化。结焦由于二次反应而成为热裂化方法中的主要问题。在氢气压力下的热裂化可得到较少的结焦，但仍能够因加氢脱硫而改变构造单元的结构。构造单元分布的定量评定极其困难。

在确定重质石油分子的分子式方面已经取得了显著进展。然而，关于相同的分子式，可归属不同的结构。核结构的归属能够大大影响重质石油值和加工性。没有一种容易的方法来产生构造单元分布。本发明能够在质谱仪内在不形成焦炭的条件下解离石油分子。通过测量片段离子能够确定构造单元的信息。

发明内容

本发明是一种将重质烃受控碎裂成芳族核或构造单元的方法。所述方法包括如下步骤：将所述烃电离以形成分子离子或准分子离子，通过将所述离子的脂族C-C键或C-X键断裂使得所述离子碎裂，其中X可以为杂原子如S、N和O。本发明还包括由这些构造单元产生母体分子。

准分子离子包含所述重质石油或烃试样的质子化的离子、去质子化的离子、母体分子的正离子或负离子加合物。

通过碰撞诱导解离（也称作碰撞激发的解离）实施所述受控碎裂。通过多极存储辅助解离也可增强所述受控碎裂。

附图说明

图1显示了单核结构和多核结构。

图2显示了使用CID以区分单核（十四烷基芘）和多核（二萘基十四碳烷）结构。

图3显示了碰撞激发和单分子离子解离。

图4显示了二-C16-烷基萘的CID。

图5显示了二-C16-烷基萘的能量击穿曲线。

图6显示了二-C16-烷基二苯并噻吩的CID。

图7显示了二-C16-烷基二苯并噻吩的能量击穿曲线。

图8显示了二萘基十四碳烷的CID。

图9显示了萘-C14-芘的CID。

图10显示了DBT-C14-菲的CID。

图11显示了咔唑-C14-菲的CID。

图12显示了C22烷基化的对二-甲苯基甲烷的CID。

图13显示了C22烷基化的二-苯基硫醚。

图14显示了C22烷基化的二-萘基乙烷。

图15显示了C26的二芳族甾烷。

图16显示了C26二芳族甾烷的能量击穿曲线。

图17显示了DOBA ARC4+CID-FTICR-MS谱的重复性。

图18显示了DOBA ARC4+馏分的CID。数据显示，分子量和Z数两者都下降，表明在减压渣油中存在多核结构。

图19显示了由DOBA ARC馏分的CID示出的脱烷基化和多核结构击穿，其中X轴为分子量，Y轴为Z数，且分子的丰度由灰度表示。

图20显示了在CID之前和之后在DOBA VGO和VR ARC1馏分中烃的Z分布。

图21显示了在CID之前和之后在DOBA VGO和VR ARC2馏分中烃的Z分布。

图22显示了在CID之前和之后在DOBA VGO和VR ARC3馏分中烃的Z分布。