【摘 要】
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稠油在生产、运输过程中不可避免地会产生大量乳状液。稠油乳状液通常具有较高的稳定性,破乳难度大,并且破乳后稠油含水率往往难以达到1%的合格标准。因此,经济有效的稠油乳状液破乳技术对于稠油的处理与输送具有重要的实际意义。项目组在前期研究中发现磁性纳米粒子辅助微波可以显著改善稠油O/W型乳状液的破乳效果,但微波、磁性纳米粒子参数对协同破乳的影响规律,以及微波-磁性纳米粒子协同作用下油滴的聚并机理尚不清楚
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稠油在生产、运输过程中不可避免地会产生大量乳状液。稠油乳状液通常具有较高的稳定性,破乳难度大,并且破乳后稠油含水率往往难以达到1%的合格标准。因此,经济有效的稠油乳状液破乳技术对于稠油的处理与输送具有重要的实际意义。项目组在前期研究中发现磁性纳米粒子辅助微波可以显著改善稠油O/W型乳状液的破乳效果,但微波、磁性纳米粒子参数对协同破乳的影响规律,以及微波-磁性纳米粒子协同作用下油滴的聚并机理尚不清楚。因此有必要对协同破乳规律、破乳机理展开深入研究,为稠油O/W型乳状液的微波-磁性纳米粒子协同破乳技术的发展与应用提供实验和理论依据。论文首先针对配制的稠油O/W型乳状液,进行了静态稳定性评价。然后通过室内对比实验,依次研究了磁性纳米粒子、微波辐射以及微波-磁性纳米粒子协同作用下的破乳规律,并结合油滴的微观图像、zeta电位等测试结果,定性分析了微波-磁性纳米粒子协同破乳机理。论文还通过实验,对协同破乳作用下磁性纳米粒子以及微波参数进行优化,得到最佳协同破乳方案,并在最佳协同破乳方案下进行了磁性纳米粒子材料的循环实验,研究其回收和循环使用效果。最后,基于微波电磁场以及传热学理论,结合稠油O/W型乳状液微观特征,建立了微波作用下稠油O/W型乳状液的温度场模型,通过理论推导以及实验测定等方法,确定了模型中的电磁场强度、介电参数、对流换热系数等相关参数,并利用四阶龙格库塔法对模型进行编程数值求解,确定了磁性纳米粒子加入前后乳状液的温度分布。实验和理论研究表明:在一定功率下,微波与磁性纳米粒子结合后,乳状液的分水率得到显著提升,这一方面归结于微波电磁场下磁性纳米粒子的运动状态响应行为,另一方面是因为磁性纳米粒子对微波破乳“热效应”的促进作用;在最佳破乳方案下,1 h内乳状液的分水率可达99.1%,磁性纳米粒子重复使用3次仍具有良好的破乳性能,对应乳状液分水率能达到96.74%,磁性纳米粒子辅助微波以实现稠油O/W型乳状液的高效破乳是可行的;磁性纳米粒子不仅能提升乳状液对微波的吸收能力,还能通过磁损耗作用产生一定的热量,从而导致磁性纳米粒子加入后乳状液温度更高。此外,相比于单独微波破乳,微波-磁性纳米粒子协同破乳可以在更低的温度下进行。
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