近年来随着常规油气资源消耗量的迅猛增长,稠油等低品位油气资源的高效开采越发受到人们的重视。稠油流动性差、黏度高的特点给稠油油藏开采和后期加工处理过程带来了重重困难。稠油高效开采的技术关键是降低油品黏度、提高流动性。水热催化裂解降黏可使稠油黏度不可逆地降低、增加氢碳比、提高稠油品质,是一种很有潜力的稠油降黏方法。其中,固体超强酸催化剂由于其强酸性和强氧化还原性,在稠油催化降黏反应中表现出优异的性能。本论文以TiCl4和ZrOCl2·8H2O为原料,采用水热法制备出了一系列改性固体超强酸催化剂,将其应用于稠油催化降黏裂解中取得了一定的催化改质降黏效果。1、通过不同方法制备固体超强酸催化剂并将其应用于稠油催化降黏实验采用室温沉淀法和水热法制备得到一系列固体超强酸催化剂,通过XRD和FTIR可以确定成功制得了SO₄^2-/ZrO₂-TiO₂,而且通过水热法制备的催化剂样品结晶度更完整,通过哈米特指示剂测定可以确定它们都表现出超强酸的性质,TEM结果显示催化剂为不均匀无规则纳米颗粒,颗粒有较严重团聚现象。为防止催化剂团聚导致比表面积降低和催化效果差,在浸渍过程中添加十六烷基三甲基溴化铵,再在后续煅烧过程中除去,N2吸附-脱附等温线表明催化剂的比表面积经过十六烷基三甲基溴化铵分散后得到了较大的提高。在稠油催化降黏实验中,反应条件为180℃/24 h、催化剂添加量为1%时,活性最好的催化剂可以使稠油黏度降低61.2%,说明所设计的固体超强酸在稠油催化降黏中表现出很好的效果。2、表面活性剂修饰的SO₄^2-/ZrO₂-TiO₂催化剂制备及其催化活性拓展为改善催化剂在稠油中的分散性,使其与油相充分接触,选用不同的表面活性剂对固体超强酸表面进行修饰,通过对比降黏实验发现十六烷基三甲基溴化铵的修饰作用最明显,反应后稠油降黏率可达66.3%,可将稠油黏度由80500 mPa·s降低到27310 mPa·s。通过对稠油四组分分析,发现稠油中沥青质减少4.93%,胶质的含量降低3.78%,对应饱和烃和芳香烃的含量分别增加5.37%和3.26%,说明在反应过程中确实发生了化学作用,可以打破杂原子在烃链和环中的键和作用,使稠油发生裂解,从而降低黏度,提高油品。通过探索不同十六烷基三甲基溴化铵添加量,发现其的最合适的用量为10%,当添加供氢体四氢化萘辅助降黏时,在180℃下反应24 h后,稠油催化降黏效率提高至76.2%,饱和烃和芳香烃增加,沥青质的含量降低10.02%,而胶质含量增加5.17%,说明反应过程主要是沥青质中的重质组分的分解,较小碎片转化成饱和烃和芳香烃,较大的分子再聚合成胶质。3、不同金属离子修饰的SO₄^2-/ZrO₂-TiO₂制备及其对稠油催化降黏的作用为进一步分析反应机理,提高催化反应的降黏效率,将金属离子催化剂与固体超强酸共同作用来考察对稠油催化裂解降黏效果的影响。选用常用的金属离子Fe3+、Ni2+、Cu2+、Co2+对固体超强酸进行修饰,对比催化降黏实验结果发现Fe3+和Ni2+修饰的固体酸催化剂的稠油降黏活性相对高一些,反应后胶质和沥青质的总含量减少,饱和烃和芳香烃含量有所增加,其中Fe3+对饱和烃的增加更有利,而Ni2+的修饰有利于芳香烃的增加。