重油炭化动力学和机理(kinetics and mechanism of carbonization of heavy oils)

重油的单独组分在压力釜中于400～500℃炭化时转化为各种更重组分(油类-树脂-沥青烯-炭青质(固态))的动态规律。中间相在液相炭化过程中的生成规律被揭示(1965年)以前，在国际上有关这个方向的研究开展甚少，仅自20世纪50年代中期起在前苏联相继有MX列文戴尔、P3马加利尔、ME列文戴尔和AO克拉休可夫等学者进行了有关重质石油的炭化机理研究，他们继承了基里切耶夫对纯烃类热解和炭化机理的研究方法，仅从动力学规律出发探讨炭化反应的化学机理，因而仅获得有限的实用价值。

20世纪50年代中期，前苏联学者M.x.列文戴尔研究了石油重油的焦化机理，根据基里切耶夫的炭化历程总方案，认为重油的焦化过程为自最轻馏分油类经缩聚反应依次转化成树脂、沥青烯、炭烯和炭青质(焦)的连续反应、具有一级反应的动力学规律性，反应速度常数，式中t为反应时间(s)a为油类组分的初始浓度，a-x为在时间t时油类组分的残余浓度。石油重油的化学组成为低芳环数(1～2)的芳烃和1～3环环烷的混合物，二者都带有不同数量和长度的侧链。热解反应的初期表现为侧链的断裂或环化和芳构化，碎裂的C₂～C₃自由基在液相中和芳环起加成反应而生成新的芳香环。芳核的二聚使芳环数增长着的大分子变得愈来愈重，体系的缩聚反应使小分子油类组分经由树脂、沥青而转成固态的炭青质。

1966年，M.E列文戴尔用红外光谱，x光衍射法和顺磁共振等物理方法研究了热裂化渣油和原油沥青组分的焦化中间产物的结构。作者以X光衍射图(002)峰半高宽表征碳网层面的规则化程度，以X光图上非相干散射背景(往小角度方向逐渐增强)表征碳原子不规则部分的含量。结果表明，从热裂化渣油分离出的油类组分和沥青组分经炭化所得焦的不规则碳原子含量要比从原油沥青分离出的油类和沥青烯经炭化所得焦炭为少。从不同原料所得焦炭的结构规则化程度的次序为：石油沥青中的原生沥青烯小于沥青中原生树脂组分小于沥青中原生油类组分小于热裂化渣油之各组分。列文戴尔认为石油原沥青各组分分子中的烷基侧链含量较大，这是炭化后导致不规则炭的来源，为了从原石油沥青中得到结构优良的焦炭.必须将这种焦化原料在较高温度(480～500℃)较短时间预处理，以使分子组成中的烷基侧链碎裂后脱去，继之以中温慢速地焦化。