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重油输送过程流动性改进方法概述

更新时间:2016-07-05

重油是指密度和粘度比常规原油高很多的重质石油资源。世界已探明重油可采储量远比常规石油可采储量丰富[1-2]。近年来,随着全球石油资源劣质化趋势不断加剧,重油已经成为委内瑞拉、加拿大、俄罗斯等国家原油输出的主要支柱[3]。但是重油具有粘度大、流动性差等缺点,这为开采、输送和后续加工过程带来很大困难。因此降低重油粘度,改进重油流动性,实现其低成本开采和输送是重油大规模加工利用需解决的首要问题。

目前重油流动性改进方法大致有三种:一种是物理法,常用的有加热法和掺稀法等;第二种是添加剂法,例如向重油中添加油溶性降粘剂、减阻剂、降凝剂、表面活性剂等;第三种是通过加氢或者脱碳工艺的改质降粘。

1 加热法

加热法是在输油管线加上蒸汽伴管,用提高温度的方法降低粘度。

1.1 机理

因为重油粘度对温度极其敏感,适当提高温度可大幅度降低重油粘度。随着温度升高,重油粘度显著下降。加热法因其效果显著获得广泛应用[4]

句中“朝士善历者”为定语后置句式,“善历”为定语,“朝士”为中心语,“者”为定语后置的标志。翻译时应按现代汉语的表达习惯加以调整,即“精通(擅长)历法的朝中大臣”。

1.2 存在问题

加热过程能耗很高,约有1%的原油被用做热源[4],在寒冷地区则更多,同时需要建设加热站,投资较大,此外,还存在加热管腐蚀、管道结焦等问题,可能会导致停工和其他安全隐患。

2 掺稀法

掺稀法是在开采输送过程中掺入轻质油品[4](多为凝析油、石脑油等)用以降低粘度,改善重油流动性的输送方法。

2.1 原理

掺稀法采用相似相溶和稀释的原理[5]:相似组分的稀油更容易与重油互溶,且稀油的加入降低了重油中胶质沥青质的浓度,因而可以降低重油粘度。

2.2 优点

掺稀法有着轻质油成本低,供应充足,降粘效果好等优点,同时在停输期间不会发生油品凝结现象[6]

2.3 缺点

工艺成熟简单,成本低,降粘效果好[27],具有良好前景。

清朝初年,著名藏书家孙从添总结古人藏书经验,并加以系统整理后,撰写了中国第一部全面论述藏书技术的理论著作《藏书纪要》。该书详细介绍古人藏书在购求、鉴别、钞录、校雠、装订、编目、收藏和曝书等方面的经验,对后世的古籍整理具有重要的参考价值。特别是相关术语和准则,至今仍在延用。

2.4 前景

重油掺稀输送已经在加拿大、委内瑞拉、美国以及我国新疆等油田广泛应用[4]

3 油溶性降粘剂

3.1 机理

降粘剂分子由高碳数烷基主链和带有极性基团的侧链组成[8]。主碳链可以增加油溶性,侧链极性基团具有很强的氢键形成能力和渗透分散作用,很容易插入到胶质和沥青质的分子之间,与胶质、沥青质分子形成更强的缔合氢键,拆散平面重叠堆积的聚集体,降低聚集体结构有序程度,从而降低粘度[9-10]

对于钢结构的加工,可直接委托具备相关资质的单位负责。加工单位要先对图纸予以工艺性审查,若需要进行修改,要征得设计部门的认可,同时签署相关变更文件。在方案确定以后,由加工厂以图纸为依据进行施工图的绘制,同时确定相应的加工工艺,每个加工完成的产品,都要在出厂以前出具相关合格证,同时由多方开展质量验收工作。

3.2 种类[11]

油溶性降粘剂主要分为不饱和单体的均聚物和共聚物[10]。均聚物包括聚丙烯酸酯类和聚丙烯高碳醇类[12]等;共聚物包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、烷基苯乙烯-丙烯酸高级酯共聚物、苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸高级酯聚合物等[13-15]

范坚强摇下车窗看了许久,这会儿下车来拉傻姑,傻姑惊恐地看着他,坠着屁股不肯同他走。范坚强只好放下她。傻姑站起来就跑,跑了几步,回来寻找东西,那张脏兮兮的彩票。遍寻不着,原来被范坚强踩在了脚下。傻姑蹲下来,搬范坚强的腿。范坚强像恶作剧似的,不肯松脚。他蹲下去,拾起那张彩票。

3.3 存在问题

降粘剂存在很强的选择性,适用范围窄[15],机理研究不透彻,如何解决降粘剂适用范围的问题至关重要。生产成本高,对于成本低、效果好的降粘剂的开发也需要进一步探索。

4 减阻剂

4.1 机理

减阻剂加入油品后处于具有弹性的卷曲状态,它的存在使得湍流状态下原油中的各级旋涡把能量传递给减阻剂分子,使减阻剂分子发生形变,将能量存储起来。减阻剂分子把力释放出来,维持原有的湍流状态,减少了外界为此过程提供的能量,降低了重油输送过程中的阻力,因此减阻剂只有在湍流状态时才发挥作用[16-17]

4.2 种类

减阻剂的种类很多,包括聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、十二烯-辛烯共聚物、丁烯和异戊二烯共聚物等[18],以及近年来研发出的具有抗剪切能力的分子缔合型减阻剂。

4.3 优点

后续处理涉及到破乳过程,如果处理不当重油会重新聚集;同时需消耗大量水资源,增加脱水成本[28]

4.4 缺点

目前减阻剂存在制备成本高、抗剪切能力差、无法获得普适性等问题[19]

Applied research of sodium fatty acid methyl ester sulfonate 10 30

5 降凝剂

表面活性剂型包括石油磺酸盐、聚氧乙烯烷基胺等。这类降凝剂通过蜡晶表面原理,使蜡不易形成遍及整个体系的网状结构,从而起到降凝作用。

这些诗歌所集黄庭坚的三句诗分别出自《答龙门秀才见寄》《黄几复自海上寄惠金液三十两,且曰“唯有德之士宜享,将以排荡阴邪、守卫真火,幸不以凡物畜之”,戏答》和《鄂州南楼书事》。

5.1 机理

5.1.1 晶核作用[21]

降凝剂分子先于蜡结晶析出,并起晶核作用成为蜡晶发育的核心,使重油中产生更多的小蜡晶,阻止大蜡晶的形成,从而改善流动性。

5.1.2 吸附作用

降凝剂吸附在已经析出的蜡晶晶核中心,改变蜡进一步结晶的取向,减弱蜡晶间的粘附作用。

(4)资本充足率。资本充足率过低,其承受风险的能力弱,资本风险大,不良贷款率高;资本充足率过高,银行业务所需资本少,收益降低,所以银行往往会降低资本充足率来获取利润。

5.1.3 共晶作用

降凝剂和蜡共同析出,改变蜡结晶的行为和取向,使蜡在降凝剂分子的烷基链上结晶,减弱蜡晶继续发育的趋势。当降凝剂烷基链碳数和蜡分子链的碳数相等时,降凝效果最好。

5.2.1 表面活性剂型

5.2 种类[23-24]

宋昭峥[22]认为,降凝机理可以同时存在,不只是一种机理在起作用:在蜡形成晶核时,降凝剂起晶核作用而产生降凝效果;在蜡晶增长阶段,共晶和吸附机理中的一种在起作用,或者两者同时起作用。

原油中的蜡在温度降低时结晶析出,蜡晶相互作用形成空间网状结构,增大了分子间作用力,使得油品流动性变差。降凝剂的作用是改变蜡晶的尺寸和形状,阻止其形成空间网状结构,增强重油流动性[20]

5.2.2 聚合物型

聚合物型主要包括长链烷基萘、聚α烯烃、酯类聚合物等。此类聚合物通过与石蜡共晶作用的机理,使得蜡晶晶形产生扭曲,阻碍蜡晶进一步形成网状结构,起到降凝作用。

上述各种方法分别存在优缺点,总体而言,添加剂法(减阻剂、降粘剂、降凝剂、表面活性剂)添加方便,不需要过多设备投资,但普适性较差,需要针对不同油品开发专属产品,效果因油而异。加热和掺稀法常常搭配使用,相比添加剂而言消耗更多能源,针对所有油品都有显著效果。效果最好的改质法需要投入大量资金建造改质厂,耗时耗力,见效时间长。

5.3 存在问题[25]

目前,对降凝剂机理认知不够全面,大多数降凝剂成本高昂,目前开发的降凝剂选择性较强,适应性不够,开发费用偏高。

6 表面活性剂(乳化降粘)

6.1 机理

由于油品中含有天然的乳化剂(包括胶质、沥青质、环烷酸等),当原油含水之后容易形成油包水(W/O)型乳状液,使原油粘度急剧增加。当加入表面活性剂之后,油品从W/O乳状液转变成O/W型乳状液,乳状液的粘度只与水溶液和管壁的摩擦有关,因而大幅度降低重油粘度[26]

6.2 优点

所掺入的稀油需要循环使用,即在起点加入的同时要在终点将轻油蒸馏出来并输送回起点,这一蒸馏和输送过程增加了能耗,提高了输送成本,同时掺稀前后都要经过脱水,操作复杂,也会增加成本[7]

6.3 存在问题

减阻剂具有效果好、投资少、能耗降低等优点。

7 改质法

改质法是用脱碳或加氢工艺处理重油,目的是从根本上降低重油粘度和凝点,而不是生产产品[29]

7.1 机理

改质原理是对重油进行热裂化、催化裂化或加氢裂化等反应,使得重油中高粘度的大分子裂化为低粘度的小分子产物,从根本上降低重油粘度和凝点,增强重油流动性。

7.2 优点

流动性改进效果非常好,且这种改变来自重油组成发生根本变化,相比于化学添加剂有更好的适应性。

7.3 缺点

需要大量投资建造改质装置,成本过高。

8 比较

离开了白云寺院,照理当成为一个脱离了樊篱的人,就像一只鸟飞出了笼子,风影应当自由自在才是,可是他反而变得郁郁寡欢了。也许是他刚出山门,就碰到了令他终生头痛的事,娶了红琴做老婆,她却被一个淫贼破了瓜,而且还产下了孽种。女儿取名叫林燕,叫什么都无所谓,不过是一个代号而已。除此之外,令风影感到郁闷的还是他对白云寺中和尚生活的习惯,还有对师父及其他人的怀念。人是奇怪的动物,癞子在时怨癞子,癞子走了想癞子,或者说夏天太热就喜欢冬天,冬天太冷就喜欢夏天。

11月15日,水利部党组书记、部长陈雷主持召开党员干部大会,传达学习习近平总书记在党的十八届三中全会上的重要讲话和《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》精神。

9 现状和发展前景

(1)加热和掺稀法几乎应用于所有油田,例如加拿大油砂沥青开采过程,但当地存在掺稀油需要回收的难题,因为油砂粘度过大,掺稀油用量高导致耗能极大,改质厂短时间内又无法建成,所以急需添加剂解决油砂的输送问题。加热和掺稀法技术成熟,进一步发展可能性较小。

(2)油溶性降粘剂经过多年的发展取得了很多成果,广泛应用于国内外油田的管输,但降粘剂的适应性制约其发展,近年来的研究是在降粘剂分子上引入极性或者表面活性剂基团以提高分散沥青质、胶质的能力[30]

我抬眼细瞅,那云的底相已黑,云、地相接,无疑是雨,而且风向却是对着我们这边的!所以赶紧示警:未必!离我们太近!而且风向不利!

(3)近年来,国内高校研制出多种高蜡原油降凝剂,并在现场取得了很好的效果。据不完全统计,我国已有10多条管线使用降凝剂,但是降凝剂具有较强的选择性,生产过程比较复杂,因此在长距离管输全面推广仍有很多工作要做[22]

噻托溴铵联合奥达特罗对COPD稳定期患者血清炎症因子水平及肺功能的影响 …………………………… 唐 黎(14):1973

(4)减阻剂当前广泛应用于世界各地数百条输油管道中[31],展现出了巨大的经济价值,然而高分子量和抗剪切性这一矛盾并未得到很好解决,阻碍了减阻剂的发展,这将是今后研究工作的重点。

(5)我国自二十世纪90年代以来,对胜利、辽河、大港等油田也相继进行了掺表面活性剂输油的研究,并取得了初步成果[22],成本低廉,效果好,但是用水量较高,污染较大。在当前环保法规越来越严格的趋势下发展前景不乐观,今后的工作重点是开发绿色的表面活性剂。

(6)改质法是本文提到的方法中唯一的化学方法,具有适应性强的特点,针对所有油品均可以改质降粘,暂时还不能完全被替代,今后的发展趋势是沸腾床、浆态床加氢工艺,相比传统的脱碳过程,具有产率高、污染小的特点。

TRP通道调节剂的不断发现不仅为研究TRP通道与疾病的关系提供了更多的研究工具,同时也为临床药物的使用提供了参考。但值得注意的是,TRP通道的众多调节剂存在明显的交叉性,特异性较差,如龙脑和樟脑在TRPV3中表现为激活作用,在TRPA1中为拮抗作用,且部分物质对某些TRP通道亚型还具有双向调节作用,即低浓度表现为激活作用,高浓度表现为抑制作用,如阿扑吗啡、薄荷醇和尼古丁等。因此,开发TRP通道的高效选择性小分子调节剂将会为设计针对TRP通道的靶向性治疗药物提供巨大助力。

10 结束语

随着世界原油重质化趋势加剧,重油流动性改进技术需求相当迫切。建议加大关注和支持力度,在重油流动技术改进方面围绕以下研究内容进行:

(1)对重油高粘度的机理和流变特性开展深入研究,为研制新型流动改进剂提供理论帮助。

如图9(b)所示,新型扩孔钻头领眼段出现严重失效,主要有两方面的原因:其一,地层不均质性强,地层砾石含量高,钻头承受了较高冲击载荷,钻头心部布齿密度较低,个别切削齿失效从而导致钻头心部区域失效现象迅速发生;其二,扩孔钻头的横向不平衡力仍然存在,为了平衡这一钻头载荷所产生的侧弯矩,钻头回转中心与理想几何中心会产生一个偏转角度(如图10所示),这一偏转角度会使钻头心部切削齿产生额外的吃入深度Δh,其切削载荷大幅升高,最终导致钻头心部切削齿快速磨损。

(2)降粘、降凝和减阻协同进行,利用多种剂的复合效应,改善对不同类型重油的适应能力,使其拥有更高效和广阔的使用范围。

(3)开发绿色环保、对原油性质影响小的流动性改进剂。

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鄂宇恒,毕秦岭,王路海,张艳梅
《安徽化工》 2018年第2期
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