原油降凝劑的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用研究

錢輝 姜曄

克拉瑪依華澳石油化工進出口有限公司，新疆克拉瑪依 834000

原油降凝劑的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用研究

錢輝 姜曄

克拉瑪依華澳石油化工進出口有限公司，新疆克拉瑪依 834000

石油作為當(dāng)代最重要的能源材料之一，約占能源供應(yīng)的35%～50%。由于石油屬于一次性非再生常規(guī)能源，迫使石油化工行業(yè)在多產(chǎn)原油的同時，必須節(jié)約原油資源。國內(nèi)外研究表明，原油及產(chǎn)品的含蠟量決定了它們的低溫流變性。在石油工業(yè)中的采油、原油集輸?shù)确矫?，隨著含蠟原油產(chǎn)量的逐漸增長，含蠟原油的開采和輸送問題變得日益突出，傳統(tǒng)的加熱輸送方式已不能適應(yīng)惡劣環(huán)境的要求，原油流動改性劑由于具有降低原油凝固點和黏度的功能，同時工藝簡單效果明顯，因此這種方法逐漸被采用，造成了降凝劑品種繁多。

降凝劑；聚合物；作用機理

1.凝劑的發(fā)展歷史

原油降凝劑是在餾分降凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。降凝技術(shù)于20世紀(jì)30年代初最早啟用，1929年Davis發(fā)現(xiàn)氯化石蠟和萘的縮合物是有效的降凝劑，到1931年便發(fā)表了專利。差不多同一時候Harry發(fā)現(xiàn)了硬脂酸鋁鹽對原油也有降凝作用?？偨Y(jié)70多年的發(fā)展歷程，20世紀(jì)，國際上降凝劑(PPD)發(fā)展過程分成以下4個時期：

1.1 探索時期（20世紀(jì)30～50年代）

機理研究和產(chǎn)品開發(fā)互相促進，機理研究為產(chǎn)品開發(fā)提供了理論依據(jù)，而新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用又進一步推動了機理更深入的研究。此時研制的聚甲基丙烯酸酯和聚異丁烯等新型降凝劑主要適用于餾分油。

1.2 擴大期（20世紀(jì)50～60年代）

PPD組成結(jié)構(gòu)由簡單到復(fù)雜。一方面繼續(xù)開發(fā)新型降凝劑，另一方面采用共混及共聚等手段，對已有的降凝劑進行改性，以使其適用于原油管輸，如苯乙烯馬來酸酐共聚物等，用途從餾分油擴大到石油。

1.3 實用期（20世紀(jì)60～80年代）

為解決高含蠟原油的輸送問題，相繼研制出了適應(yīng)于不同原油性質(zhì)的降凝劑，美國、英國、荷蘭、法國、蘇聯(lián)等國家在數(shù)十條長輸管道上使用了降凝劑，效果顯著。

1.4 復(fù)配期（20世紀(jì)80年代后期）

應(yīng)用了復(fù)配技術(shù)，PPD開發(fā)異?；钴S。PPD為混合物，對其進行改性或復(fù)配，使之能適用于各成品油及各種高含蠟原油。

我國對降凝劑的研究起步較晚，落后于國外數(shù)十年，自20世紀(jì)50年代初期開始了對降凝劑的研究，主要是潤滑油降凝劑的研制與生產(chǎn)，60年代才開始原油降凝劑的研究。

2.凝劑的主要種類及組成

由于原油中石蠟、膠質(zhì)含量不等，其分子結(jié)構(gòu)和大小各異，造成了相應(yīng)的降凝劑品種繁多。綜合國內(nèi)外多年以來對降凝劑的研究，目前對高蠟原油感受性較好的降凝劑有以下幾種：

2.1 降凝劑EVA及其改性物。人們研制了多種EVA接枝聚合物，以獲得效果更好的原油流動性改性劑。

2.2 聚(甲基)丙烯酸酯類系列。近年來有報道的聚(甲基)丙烯酸C18～22烷基酯。

2.3 (甲基)丙烯酸C14～22烷基酯烯烴共聚物的復(fù)配物等。

2.4 含氮類聚合物。主要是聚胺類、烷基胺類與含有馬來酸或者富馬酸共聚物共聚的化合物。

3.凝劑的作用機理

目前降凝劑降凝的可能的作用機理主要有以下3種：

3.1 晶核作用：降凝劑在高于原油析蠟溫度析出蠟晶，它成為蠟晶發(fā)育的中心，增多原油中的小蠟晶，使原油不易產(chǎn)生大的蠟團。

3.2 吸附作用：降凝劑在低于原油析蠟點的溫度下析出結(jié)晶，就可以吸附在已析出的蠟晶晶核上，改變蠟晶的取向，減弱蠟晶間的黏附作用，增加蠟晶的分散度。

3.3 共晶作用：在析蠟點下，降凝劑與蠟共同析出，改變了蠟的結(jié)晶行為和取向性，減弱了蠟晶繼續(xù)發(fā)育的趨勢，使蠟分子在降凝劑分子中的烷基鏈上結(jié)晶。

4.凝劑產(chǎn)品在國內(nèi)外的發(fā)展及應(yīng)用情況

含蠟原油的類型、含蠟量及蠟分子中碳原子數(shù)等不同，使任何單一組成的降凝劑在使用上都有一定的局限性。近年來，將不同化學(xué)組成的原油降凝劑進行復(fù)配，成為拓寬降凝劑使用范圍的有效途徑。選擇幾種主碳鏈不同的降凝劑或不同極性側(cè)鏈的降凝劑復(fù)配，使得主碳鏈數(shù)的范圍擴大，原油不同碳數(shù)的蠟晶被覆蓋的范圍也相應(yīng)增大，從而有效提高了降凝劑的降凝作用。

我國是盛產(chǎn)含蠟原油的國家，含蠟原油低溫流動性較差，多年來一直采用加熱技術(shù)進行管道輸送。這種技術(shù)造成的燃料油消耗較大，使管道的輸量范圍較窄，管道停輸?shù)陌踩圆桓?。因此，實現(xiàn)原油管道的常溫輸送勢在必行。原油是一種化合物組成非常復(fù)雜的膠體體系，上個世紀(jì)六十年代以來，人們發(fā)現(xiàn)在原油中添加化學(xué)降凝劑可以有效地降低原油凝點、低溫黏度和屈服值等，從而為實現(xiàn)原油管道的常溫輸送開辟了一條光明的途徑。

總結(jié)

原油輸送中添加流動性改進劑降凝、降黏的研究已有多年。國外產(chǎn)油國已有數(shù)十條輸油管線采用該處理技術(shù)，效果比較顯著。在我國也做了一些試驗研究工作，取得了一定進展。解決高含蠟原油的開采和運輸問題，目前主要依靠加熱降黏或用水包油乳液的方法。前者是沿輸油管線間斷加熱，消耗大量的燃料和動力;后者則造成后處理(如脫水)問題。盡管如此，這兩種方法目前是處理高凝、高黏原油的主要方法。然而，目前最受國內(nèi)外石油工業(yè)界普遍關(guān)注的，被認(rèn)為最有前途的方法是采用化學(xué)添加劑（降凝、降黏劑）來降低原油的凝點和黏度，使其易于流動。這種方法操作簡便易行，而又大量節(jié)能降耗。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.054