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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。