劣质重油作为占到世界石油总储量三分之二的油品资源,对其进行有效的加工和利用可以大幅度缓解当前的石油危机。利用超临界水热环境对劣质重油进行改质反应,探究油砂沥青超临界水热改质的最优条件。选取玉米芯作为改质体系的添加剂进行油砂沥青和玉米芯超临界水热共改质实验,验证二者共改质的效果、探究二者共裂解的协同作用。首先,对反应设备(管式反应器)进行改进。增设反应体系传动装置,加强反应器内物料的混合程度;增设反应器附件-沥青包和耐压接液罐,以加强原料添加的准确度和产品采出的完整度。通过对油砂沥青超临界水热改质反应条件的探究发现:最优反应温度为390°C、最优水和油砂沥青加入量的质量比为1:1、反应所需级数为3级、最优单级反应时间为15 min、搅拌速率为30 r/min。此时,改质产物的粘度为360 c P、溴价值为24.32 g Br/100g样,体系的结焦率为0.07 wt%,杂原子硫、氮、镍、钒的脱除率分别为51.8%、57.9%、79.2%和21.2%。通过研究油砂沥青裂解产物与水的液-液相平衡规律发现:有机分子的分子量越高越难向超临界水相扩散,在有机物的超临界水热改质过程中油水两相间会发生物质的相互扩散,且水分子向有机相扩散的速率大于有机分子向水相扩散的速率。与油砂沥青超临界水热改质实验相比,油砂沥青和玉米芯的超临界水热共裂解实验所需的反应温度有所下降,改质效果也显著提高。在油砂沥青、生物质和水的加入量的质量比为8:2:10、反应温度400°C、搅拌速率为30 r/min的1级反应下反应40 min,改质产物的粘度就可以降低至37 c P、溴价值为18.93 g Br/100g样,镍、钒元素的脱除率分别能达到85.3%和56.3%。同时,在共改质条件下生物质裂解产生的糖类物质和羧酸类及醇类等含氧物质会继续裂解或者发生脱水反应,使得改质产物中含氧化合物摩尔含量由生物质油的35.15%降低至共裂解产物的4.58%。