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[摘 要]渣油的饱和分(Saturate ,简称Sa) 、芳香分(Aromatic ,简称Ar) 、胶质(Resin ,简称Re) 和沥青质(Asphaltene ,简称As) 4个组分的分布直接影响各工艺的产品产率与产品质量, 是渣油加工方案选择的主要依据,直接影响到企业的经济效益。探索不同油温、超声时间、超声功率、超声频率下同一种重油四组分含量的变化,从而运用正交设计计算方法,探索了低温条件下超声波作用对重油四组分含量的影响,研究超声波对油品反应性能的影响。结果表明:对于重油四组分来说,在频率40 kHz的超声波下更有利于反应的进行。增加超声功率,对重油的饱和分和沥青质含量影响不大,芳香分含量增加,胶质含量减少。增加超声温度和超声时间,可以让超声波的空化作用更加完全,有利于饱和分、芳香分含量的增加。在超声波作用下,重油四组分相互转化。
[关键词]重质油;超声波;四组分;空化效应
中图分类号:H71 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)28-0023-01
1.实验
将试样(重油)用正庚烷沉淀出沥青质,过滤后,用正庚烷回流除去沉淀中夹杂的可溶分,再用甲苯回流溶解沉淀,得到沥青质。将脱沥青质部分吸附于氧化铝色谱柱上,依次用正庚烷( 或石油醚) 、甲苯、甲苯—乙醇展开洗出,对应得到饱和分、芳香分、胶质。通过此方法,完成一个重油样品四组分的分离。试样在分离四组分之前做超声波处理。
2.结果与讨论
实验以重质油为原料,主要探究了不同超声频率、超声功率、超声时间,超声温度下对重油四组分含量的影响,运用正交设计计算方法,研究超声波对油品反应性能的影响。
2.1 超声频率对四组分含量的影响
首先讨论频率对重油四组分的影响。分别选择了频率28KHz和40KHz进行实验,反应条件为超声温度45℃、超声时间15min、超声功率200W,考查频率对四组分含量的影响。实验表明,在低频40KHz条件下,比28KHz更利于饱和分和芳香分增加。40 kHz 下对重质油中沥青质含量的减少更为有利。在超声波的空化作用和机械作用下,重油四组分发生转化,沥青质中的胶体结构被破坏,沥青质(缔合结构解离)胶质(胶质多环变少环)芳香分,从而使沥青质量减少,相应增加了芳香分和胶质的量。
2.2 超声功率对四组分含量的影响
分别选择了功率50W、100W、150W及200W进行实验,反应条件为超声温度45℃、超声时间15min、超声频率28KHz,考查超声功率对重油四组分含量的影响。
实验表明,增加超声功率,对重油的饱和分和沥青质含量影响不大。超声波功率由50W增加到200W时,与原料油相比,芳香分的质量分数增加率由2.0% 变为3.0%,胶质含量减少。说明重油中一部分胶质转化为芳香分。增加超声功率,超声波的强度越大,超声波所携带的能量就越多,超声波对油品的绝对超声时间就越长。超声波提供了更多的能量使得油品分子越活跃,超声波的空化作用使分子振动加剧,胶质沥青质的缔合结构解离,转化为芳香分,所以胶质含量减少转化为一部分芳香分,芳香分略有增加。
2.3 超声温度对四组分含量的影响
分别选择了温度40℃、50℃、60℃、70℃进行实验,反应条件为超声时间15min、超声频率28KHz、超声功率200W,考查超声温度对重油四组分含量的影响。胶质、沥青质含量与超声温度的关系见图2.1。
实验数据表明,与原料油相比,超声温度为40℃时,重质油中饱和分的质量分数增加率为3%,芳香分的质量分数增加率为1.8%;当超声温度为70℃时,重质油中饱和分的质量分数增加率达到了6%,芳香分的质量分数增加率达到了5. 8%。由此可见,提高超声温度有利于饱和分、芳香分含量的增加,且饱和分的增加量一直大于芳香分的增加量。
由图2.1可知,增加超声温度,胶质和沥青质含量均降低,胶质含量的降低有所减少,沥青质含量明显下降。随着温度的升高,最后沥青质含量基本不变,发生缩合反应。过高温度对反应不利,最优温度50-60℃。
2.4 超声时间对四组分含量的影响
分别选择了时间10min、15min、20min、25min、30min进行实验,反应条件为超声温度45℃、超声功率200W、超声频率28KHz,考查超声时间对重油四组分含量的影响。实验表明,增加超声时间,饱和分、芳香分含量增加,胶质、沥青质含量明显降低。因此,随着反应时间增加,由于超声波的热作用,反应温度不断升高,这有利于胶质沥青质的胶体结构的分解。重油四组分在超声波作用下可以相互转化。
2.5 超声波机理对四组分的作用
由于沥青质和胶质是胶体体系,增加超声功率、超声时间、超声温度可以增强超声波的空化作用,使分子振动加剧,胶质沥青质的缔合结构解离,大分子变成小分子。四组分转化可以简单表示如下:
沥青质(缔合结构解离) 胶质(胶质多环变少环)芳香分侧链断(生成)饱和分
3 结论
(1)40KHz频率超声下更有利于饱和分、芳香分含量的增加,胶质和沥青质含量的降低。
(2)超声功率对饱和分和沥青质含量影响不大,增加超声功率有利于芳香分含量的增加,胶质含量的减少。
(3)对油品四组分含量影响的因素由大到小分别為 温度>时间>强度。
(4)本实验条件下,最佳反应条件是温度50℃-60℃ ,超声时间15min,超声频率28KHz,超声功率200W,重油四组分较未超声前饱和分增加量5%,芳香分增加量4%,胶质减少量2.5%,沥青质减少量7.5%。
(5)超声时间越长,超声温度大约50℃-60℃ 时,最有利于重油中饱和分、芳香分的增加,胶质、沥青质的减少。
参考文献
[1] 梁文杰.重质油化学[M].东营: 石油大学出版社,2000.
[2] 李小强,赵德智,王童,郑连波,吕京鹏,申志兵.超声波作用下重油的热反应研究[J].辽宁化工,2007,36(1).
[3] 孙仁远.稠油超声波降粘试验研究[J].油气田地面工程,2001,20(5).
[4] 戴咏川.石油化学[M].化学工业出版社,2003.
[5] 刘四斌,田松柏,刘颖荣,王京,黄蔚霞.渣油四组分含量预测研究[J].石油学报(石油加工),2003,24(1).
作者简介
蔡畅(1989-)女,满族,辽宁营口人,本科,助理工程师,从事化工生产技术工作。
[关键词]重质油;超声波;四组分;空化效应
中图分类号:H71 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)28-0023-01
1.实验
将试样(重油)用正庚烷沉淀出沥青质,过滤后,用正庚烷回流除去沉淀中夹杂的可溶分,再用甲苯回流溶解沉淀,得到沥青质。将脱沥青质部分吸附于氧化铝色谱柱上,依次用正庚烷( 或石油醚) 、甲苯、甲苯—乙醇展开洗出,对应得到饱和分、芳香分、胶质。通过此方法,完成一个重油样品四组分的分离。试样在分离四组分之前做超声波处理。
2.结果与讨论
实验以重质油为原料,主要探究了不同超声频率、超声功率、超声时间,超声温度下对重油四组分含量的影响,运用正交设计计算方法,研究超声波对油品反应性能的影响。
2.1 超声频率对四组分含量的影响
首先讨论频率对重油四组分的影响。分别选择了频率28KHz和40KHz进行实验,反应条件为超声温度45℃、超声时间15min、超声功率200W,考查频率对四组分含量的影响。实验表明,在低频40KHz条件下,比28KHz更利于饱和分和芳香分增加。40 kHz 下对重质油中沥青质含量的减少更为有利。在超声波的空化作用和机械作用下,重油四组分发生转化,沥青质中的胶体结构被破坏,沥青质(缔合结构解离)胶质(胶质多环变少环)芳香分,从而使沥青质量减少,相应增加了芳香分和胶质的量。
2.2 超声功率对四组分含量的影响
分别选择了功率50W、100W、150W及200W进行实验,反应条件为超声温度45℃、超声时间15min、超声频率28KHz,考查超声功率对重油四组分含量的影响。
实验表明,增加超声功率,对重油的饱和分和沥青质含量影响不大。超声波功率由50W增加到200W时,与原料油相比,芳香分的质量分数增加率由2.0% 变为3.0%,胶质含量减少。说明重油中一部分胶质转化为芳香分。增加超声功率,超声波的强度越大,超声波所携带的能量就越多,超声波对油品的绝对超声时间就越长。超声波提供了更多的能量使得油品分子越活跃,超声波的空化作用使分子振动加剧,胶质沥青质的缔合结构解离,转化为芳香分,所以胶质含量减少转化为一部分芳香分,芳香分略有增加。
2.3 超声温度对四组分含量的影响
分别选择了温度40℃、50℃、60℃、70℃进行实验,反应条件为超声时间15min、超声频率28KHz、超声功率200W,考查超声温度对重油四组分含量的影响。胶质、沥青质含量与超声温度的关系见图2.1。
实验数据表明,与原料油相比,超声温度为40℃时,重质油中饱和分的质量分数增加率为3%,芳香分的质量分数增加率为1.8%;当超声温度为70℃时,重质油中饱和分的质量分数增加率达到了6%,芳香分的质量分数增加率达到了5. 8%。由此可见,提高超声温度有利于饱和分、芳香分含量的增加,且饱和分的增加量一直大于芳香分的增加量。
由图2.1可知,增加超声温度,胶质和沥青质含量均降低,胶质含量的降低有所减少,沥青质含量明显下降。随着温度的升高,最后沥青质含量基本不变,发生缩合反应。过高温度对反应不利,最优温度50-60℃。
2.4 超声时间对四组分含量的影响
分别选择了时间10min、15min、20min、25min、30min进行实验,反应条件为超声温度45℃、超声功率200W、超声频率28KHz,考查超声时间对重油四组分含量的影响。实验表明,增加超声时间,饱和分、芳香分含量增加,胶质、沥青质含量明显降低。因此,随着反应时间增加,由于超声波的热作用,反应温度不断升高,这有利于胶质沥青质的胶体结构的分解。重油四组分在超声波作用下可以相互转化。
2.5 超声波机理对四组分的作用
由于沥青质和胶质是胶体体系,增加超声功率、超声时间、超声温度可以增强超声波的空化作用,使分子振动加剧,胶质沥青质的缔合结构解离,大分子变成小分子。四组分转化可以简单表示如下:
沥青质(缔合结构解离) 胶质(胶质多环变少环)芳香分侧链断(生成)饱和分
3 结论
(1)40KHz频率超声下更有利于饱和分、芳香分含量的增加,胶质和沥青质含量的降低。
(2)超声功率对饱和分和沥青质含量影响不大,增加超声功率有利于芳香分含量的增加,胶质含量的减少。
(3)对油品四组分含量影响的因素由大到小分别為 温度>时间>强度。
(4)本实验条件下,最佳反应条件是温度50℃-60℃ ,超声时间15min,超声频率28KHz,超声功率200W,重油四组分较未超声前饱和分增加量5%,芳香分增加量4%,胶质减少量2.5%,沥青质减少量7.5%。
(5)超声时间越长,超声温度大约50℃-60℃ 时,最有利于重油中饱和分、芳香分的增加,胶质、沥青质的减少。
参考文献
[1] 梁文杰.重质油化学[M].东营: 石油大学出版社,2000.
[2] 李小强,赵德智,王童,郑连波,吕京鹏,申志兵.超声波作用下重油的热反应研究[J].辽宁化工,2007,36(1).
[3] 孙仁远.稠油超声波降粘试验研究[J].油气田地面工程,2001,20(5).
[4] 戴咏川.石油化学[M].化学工业出版社,2003.
[5] 刘四斌,田松柏,刘颖荣,王京,黄蔚霞.渣油四组分含量预测研究[J].石油学报(石油加工),2003,24(1).
作者简介
蔡畅(1989-)女,满族,辽宁营口人,本科,助理工程师,从事化工生产技术工作。