近年来,随着轻质石油资源的急剧消耗,寻找可替代能源迫在眉睫。稠油作为一种特殊的石油资源,在地层中蕴藏量巨大,具有很高的开采和利用价值。但是稠油粘度高、流动性差的特点给稠油的开采和输送带来了很大困难。在诸多稠油降粘技术中,水热催化裂解技术作为一种化学法降粘技术,在稠油的开采和运输方面具有广阔的应用前景。水热裂解反应中加入的催化剂可以显著促进稠油大分子的断裂,降低稠油的粘度。目前应用到稠油催化降粘中的催化剂主要分为矿物、水溶性催化剂、油溶性催化剂和分散型催化剂。其中,分散型催化剂多为纳米金属颗粒,由于其在水相和油相中具有良好的分散性,能够与反应体系充分接触,所以在稠油催化降粘领域表现出优异的效果。本论文分别以六水合氯化镍为镍源、六水合氯化钴为钴源,硼氢化钠为还原剂,石墨烯为载体,通过溶剂热法制备出了石墨烯负载镍和石墨烯负载钴催化剂。将它们分别应用到稠油降粘反应中并对其催化降粘活性进行评价。然后对反应前后的油样进行了四组分分析和元素分析。主要研究内容如下:1.石墨烯负载镍的制备、表征及其对稠油的催化降粘作用通过溶剂热法,以六水合氯化镍为镍源,硼氢化钠为还原剂,石墨烯为载体,通过改变反应温度、反应时间和活性组分金属镍的含量,制备出了一系列石墨烯负载镍的催化剂,并通过XRD分析了该催化剂中的成分为石墨烯和单质镍;通过TEM、SEM观察,催化剂中的金属颗粒均匀地分散在片层褶皱的石墨烯表面。把制备的系列催化剂分别加入稠油的降粘体系中,催化剂添加量为1wt.%,200°C下反应24 h,选出降粘率较好的样品Ni50G1;通过四组分分析,添加Ni50G1催化剂后的油样的饱和烃含量相对原油增加了2.90%,芳香烃增加了2.83%,重组分(胶质加沥青质)减少了5.72%;该油样的组分元素分析结果发现,重组分的N、S元素的含量分别下降了0.42%和0.27%,杂原子的脱除率分别达到了16%和9%;催化剂的降粘、脱氮和脱硫作用主要是因为催化剂中的镍原子进攻C-N、C-S等碳杂原子键使之断裂,N、S等杂原子从油中脱除,降低了稠油的粘度,改善了稠油的品质。2.水、供氢体和反应温度对稠油降粘的影响及稠油催化降粘的反应机理研究为了进一步提高稠油的降粘率,对稠油中加入水、供氢体(四氢萘)和反应温度等影响因素进行了探究。发现随着稠油反应体系中加水量的增大,降粘率逐渐增大。当在200°C下催化剂Ni50G1与1.5 mL四氢萘共同作用时,稠油的降粘率可达70.9%,说明催化剂和供氢体存在协同作用,有利于稠油粘度的降低;当反应温度升至280°C时,降粘率达到了85.7%;四组分结果表明,其饱和烃和芳香烃的含量都有所下降,而重组分的含量明显上升,这可能是由于反应温度的提高在促进稠油大分子催化裂解和降低稠油粘度的同时,也存在着稠油内部分子的聚合反应,且聚合反应的程度相对催化裂解反应进行的更大,造成了轻组分含量不升反降的现象。通过元素分析,280°C条件下加入催化剂Ni50G1的油样的饱和烃、芳香烃和重组分的N元素的含量变化显著,相对反应前N原子的脱除率分别达到了96%、70%和50%,硫原子也得到了一定的脱除,催化剂表现出了优异的脱氮效果和一定的脱硫作用。3.石墨烯负载钴的制备、表征及其对稠油的催化降粘作用采用相同的方法,制备出了石墨烯负载钴Co50G1。通过XRD确定了该样品的组分为石墨烯和单质钴,TEM和SEM图像显示Co50G1中的金属钴颗粒较为均匀地分散于褶皱的石墨烯表面。将催化剂用于稠油降粘实验,发现降粘效果不佳,而在加入供氢体后降粘率明显增加,为65.5%,但都明显低于同条件下Ni50G1或者Ni50G1与供氢体共同作用的效果。通过油样的四组分分析可知,加入Co50G1后,饱和烃、芳香烃的含量分别下降了15.57%和11.32%,重组分的含量上升了18.41%。当加入供氢体辅助催化剂进行催化降粘后,这种趋势有所减小。元素分析结果表明,加入Co50G1后,其油样饱和烃、芳香烃以及重组分中的N原子的含量相对原油均明显下降,分别由1.31%、1.15%和2.64%减少到了0.06%、0.32%和1.33%,显示了此催化剂的优异的脱氮性能。