磁場降低高酸原油黏度的實(shí)驗(yàn)研究*

黃偉莉，王錦濤，王彩嬌，吳有昊，張幫亮

(1.廣東石油化工學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.廣東石油化工學(xué)院 石油工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

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磁場降低高酸原油黏度的實(shí)驗(yàn)研究*

黃偉莉1，王錦濤1，王彩嬌1，吳有昊2，張幫亮2

(1.廣東石油化工學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.廣東石油化工學(xué)院 石油工程學(xué)院，廣東 茂名 525000)

采用Brookfield DV-Ⅲ Ultra流變儀，對高酸原油降黏規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為80 mT，磁化時間為30 min，處理溫度為50 ℃和攪拌轉(zhuǎn)速為600 r/min的優(yōu)化磁場處理?xiàng)l件下，高酸原油表觀黏度由53.9 mPa·s降低到45.9 mPa·s，降黏率達(dá)到14.8%；處理后的高酸值原油經(jīng)50 ℃恒溫靜置12 h，其表觀黏度基本恢復(fù)。

磁場；高酸原油；表觀黏度

0　引言

隨著常規(guī)原油資源日益減少和原油開采技術(shù)的不斷提高，非常規(guī)原油的應(yīng)用受到了人們廣泛的關(guān)注，其產(chǎn)量亦逐年增加。高酸原油作為一種重要的非常規(guī)原油，分布廣、儲量大，具有價格優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于石油煉制、石油化工等領(lǐng)域[1-4]。由于高酸原油的酸值較高，會對原油的開采、集輸和加工用設(shè)備造成腐蝕，因此，降低高酸原油的黏度，不僅能夠改善原油流動性、降低能耗，并且有利于進(jìn)行脫酸處理，降低對設(shè)備的腐蝕風(fēng)險。許多研究表明，經(jīng)磁場處理后油品的黏度值下降[4-5]。本研究采用茂名石化公司煉油分部加工用的高酸原油，進(jìn)行了磁場對原油表觀黏度的影響研究，并考察了原油黏度的恢復(fù)性，以期為磁場處理降低高酸原油表觀黏度的工業(yè)化應(yīng)用提供借鑒。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

蘇丹達(dá)混與伊朗南帕斯凝析油組成的混合油，其酸值為1.82 mgKOH/g，取樣自中國石化股份有限公司茂名分公司煉油廠。

磁化反應(yīng)裝置(自行設(shè)計(jì)建造，其操作參數(shù)如表1所示)；可程式流變儀(Ultra LVDV-Ⅲ型，美國布氏黏度計(jì)公司)；超級恒溫槽(THS-10 型，寧波天恒儀器廠)；數(shù)顯電動攪拌器(JJ-1型，常州傲華儀器有限公司)。

表1　磁化反應(yīng)裝置操作參數(shù)

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1原油磁場處理方法

設(shè)定恒溫水浴為30～80 ℃，放入裝有200 mL高酸原油的玻璃杯。待溫度穩(wěn)定30 min 后，啟動恒溫水浴器外循環(huán)泵，將已經(jīng)恒溫的高酸原油倒入磁化反應(yīng)裝置(見圖1)中的水浴夾套杯內(nèi)，放入攪拌槳于杯高1/3處，設(shè)置好磁處理轉(zhuǎn)速，開始攪拌。開啟控制器調(diào)整電流到對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁化處理到規(guī)定時間，取出原油進(jìn)行表觀黏度測試。

圖1磁化反應(yīng)裝置

1.2.2原油表觀黏度測定法

調(diào)試好流變儀，開啟恒溫水浴，使與其外循環(huán)連接的玻璃水浴夾套杯溫度達(dá)到30～80 ℃，將處理后的高酸原油倒入水浴夾套杯內(nèi)，輕抬流變儀測試頭，調(diào)整升降旋鈕至 LV1測量轉(zhuǎn)子的連接桿凹槽與原油液面持平，穩(wěn)定 2 min。以 10 r/min的恒定轉(zhuǎn)速連續(xù)測量2 min，并記錄表觀黏度值。

2　結(jié)果與討論

2.1磁感應(yīng)強(qiáng)度對高酸原油黏度的影響

在溫度50 ℃，時間30 min，磁化攪拌轉(zhuǎn)速600 r/min的條件下，考察了磁感應(yīng)強(qiáng)度對高酸原油表觀黏度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2高酸原油黏度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系

由圖2可以看出，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大，高酸原油的表觀黏度由初始的53.9 mPa·s迅速降低到經(jīng)20 mT處理后的48.6 mPa·s，降黏率達(dá)9.8%。然而經(jīng)40～100 mT處理后的高酸原油表觀黏度值變化很小，80 mT時的表現(xiàn)黏度為45.9 mPa·s，降黏率為14.8%，與100 mT條件下處理的原油黏度值持平。這是因?yàn)樵椭饕煽勾判缘奶細(xì)浠衔锝M成，在靜置狀態(tài)下，原油分子間會在弱色散力的作用下形成不同量的團(tuán)簇體，且相對雜亂地分散在體系中。

在攪拌槳攪拌切割磁力線的運(yùn)動過程中，原油分子磁矩與外加磁場方向相反的電流得到增強(qiáng)，與外磁場相同的分子電流則受到削弱，產(chǎn)生與外磁場相反的附加磁場。磁化后帶有附加磁矩的分子被迫按照一定的排列方式取向，改變了原來的位置，降低了原油分子的團(tuán)簇量，而容易隨攪拌運(yùn)動方向作有序流動，從而表現(xiàn)為原油表觀黏度降低。80 mT磁感應(yīng)強(qiáng)度作用下的高酸原油分子接近磁飽和，再增大磁感應(yīng)強(qiáng)度對降黏的效果并不明顯。

2.2磁場作用時間對高酸原油黏度的影響

在溫度50 ℃，磁化攪拌轉(zhuǎn)速600 r/min，磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT 的條件下，考察了磁場作用時間對高酸原油黏度的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3高酸原油黏度與磁場作用時間的對應(yīng)關(guān)系

由圖3可以看出，不論有沒有經(jīng)過磁場處理，當(dāng)作用10 min后，高酸原油的表觀黏度均由初始的59.3 mPa·s迅速降低到49.6 mPa·s。而未經(jīng)磁場處理，僅以600 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌的空白組原油的表觀黏度在隨后50 min內(nèi)一直維持在49.5 mPa·s 左右。經(jīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為80 mT且進(jìn)行攪拌處理的原油表觀黏度在30 min時已降到 45.9 mPa·s。繼續(xù)延長磁場處理時間到60 min，高酸原油的表觀黏度則有略微回升的趨勢。原因是在前10 min，高酸原油表觀黏度的降低主要是由機(jī)械攪拌作用引起，即原油經(jīng)過攪拌槳的剪切作用，打破了靜置狀態(tài)下大分子團(tuán)簇的穩(wěn)定性，表觀黏度降低，未經(jīng)磁處理的原油大分子在前10 min已形成動態(tài)平衡，僅靠單一攪拌處理無法繼續(xù)降低原油表觀黏度。而在磁場環(huán)境下攪拌切割磁力線，對原油中每個抗磁性分子都會起作用，從團(tuán)簇大分子內(nèi)部開始瓦解分子間原來相對穩(wěn)定的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，再在攪拌形成的拉伸作用下，原油分子逐漸從團(tuán)簇體上剝離，并在體系中分散開來，表觀黏度在隨后的20 min內(nèi)繼續(xù)降低。當(dāng)磁場處理30 min后，原油分子已被磁飽和，攪拌與磁場協(xié)同降低原油表觀黏度的效果趨于穩(wěn)定。當(dāng)繼續(xù)延長磁場處理時間，已與運(yùn)動方向取向的原油分子間繼續(xù)按照磁飽和作用方向重新團(tuán)聚，分子間作用力增強(qiáng)，表觀黏度值有增加的趨勢。

2.3磁化攪拌轉(zhuǎn)速對高酸原油黏度的影響

在溫度50 ℃，時間30 min，磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT的條件下，考察了磁化攪拌轉(zhuǎn)速對高酸原油表觀黏度的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4高酸原油黏度與磁化攪拌轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系

由圖4可以看出，隨著磁化攪拌轉(zhuǎn)速(范圍為400～1 000 r/min)增加，未經(jīng)磁場處理的高酸原油表觀黏度由50.8 mPa·s 緩慢降低到48.3mPa·s，降低約5%。當(dāng)轉(zhuǎn)速為400 r/min，磁場處理后高酸原油表觀黏度為47.4 mPa·s；當(dāng)轉(zhuǎn)速升至600 r/min時，表觀黏度降至45.9mPa·s；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 000 r/min，表觀黏度又緩慢回升至47.0 mPa·s。但是經(jīng)磁場處理的高酸原油表觀黏度值整體低于未經(jīng)磁處理的表觀黏度值。原因與磁場作用時間對高酸原油黏度的影響相類似，攪拌與磁場有協(xié)同降低原油表觀黏度的效果，但是也存在著匹配關(guān)系。在溫度50 ℃，時間30 min，磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT的條件下，磁化攪拌速度為600 r/min時降低原油表觀黏度的效果最好；磁化攪拌速度為400 r/min時，剪切拉伸原油的速度較慢，和磁場配合降低原油表觀黏度的效果略差；磁化攪拌速度為1 000 r/min時，剪切拉伸破壞原油大分子團(tuán)簇間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的效果較好，但是高酸原油在磁化夾套杯內(nèi)會形成湍流，切割磁力線的效果變差，綜合降低高酸原油表觀黏度的效果變差。

2.4磁場作用溫度對高酸原油黏度的恢復(fù)

在磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT，時間30 min，磁化轉(zhuǎn)速 600 r/min的條件下，考察了溫度對高酸原油表觀黏度的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5高酸原油黏度與磁場處理溫度的對應(yīng)關(guān)系

由圖5可以看出，隨著溫度的增加，經(jīng)磁場處理和未處理的高酸原油的表觀黏度都明顯隨溫度增加而大幅度降低。經(jīng)磁場處理的高酸原油僅在40～60 ℃的黏度值較明顯低于未經(jīng)磁處理的數(shù)值。原因是在磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT，作用時間30 min和磁化轉(zhuǎn)速 600 r/min的條件下，磁場與溫度降低高酸原油存在匹配關(guān)系，低于40 ℃時，高酸原油的黏度呈現(xiàn)指數(shù)增長，30 ℃時的黏度已接近 130 mPa·s。高酸原油中分子間距小、作用力強(qiáng)，攪拌和磁場無法有效拆散原油中的大分子團(tuán)簇聚集體，降黏效果不明顯。當(dāng)溫度大于70 ℃，高酸原油的黏度約為25 mPa·s，原油中的蠟全部溶解，大分子的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)均勻地分散在類似真溶液的原油體系中，分子運(yùn)動速度快，抵消了磁場對分子的定向作用，磁場對降黏無效果。

2.5磁場處理高酸原油的黏度恢復(fù)性

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT，溫度50 ℃，磁化轉(zhuǎn)速 600 r/min，作用時間30 min的條件來處理高酸原油，將處理后的油樣分4瓶盛裝，放置在50 ℃的恒溫水浴內(nèi)，同時準(zhǔn)備4瓶空白油樣，定期測定其黏度值，以考察磁場處理高酸原油的黏度恢復(fù)性，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，經(jīng)優(yōu)化條件處理后原油的表觀黏度初始值為45.9 mPa·s，降黏率達(dá)14.8%；經(jīng)12 h的靜置，黏度已回升至53.7 mPa·s，與未處理前的原油表觀黏度相當(dāng)。靜置24 h和48 h后再通過磁場處理，原油的表觀黏度值與空白油樣一致。這是由于高酸原油在溫度50 ℃的條件下靜置12 h后基本消磁，分子重新按照能量最低狀態(tài)排列，表觀黏度值恢復(fù)，這說明了磁場降低高酸原油表觀黏度具有時效性。

3　結(jié)論

圖6磁場處理高酸原油黏度與靜置時間的對應(yīng)關(guān)系

(1)在溫度50 ℃，時間30 min，磁化攪拌轉(zhuǎn)速600 r/min 的條件下，經(jīng)20～40 mT 的磁場處理后，降低高酸原油表觀黏度的效果較為明顯。80 mT處理后原油表觀黏度值最低，為45.9 mPa·s。

(2)在溫度50 ℃，磁化攪拌轉(zhuǎn)速600 r /min，磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT的條件下，高酸原油的表觀黏度有隨處理時間(0～30 min)的延長而降低的趨勢，超過30 min后，降黏效果不明顯。

(3)在溫度50 ℃，時間30 min，磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT的條件下，高酸原油表觀黏度降黏效果與磁處理攪拌速度存在匹配性，600 r/min磁處理攪拌速度下降黏效果最優(yōu)。

(4)在磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT，作用時間30 min，磁化轉(zhuǎn)速 600 r/min的條件下，高酸原油表觀黏度的降黏效果與磁處理溫度存在匹配性，50 ℃磁處理溫度下降黏效果最優(yōu)。

(5)優(yōu)化的磁處理降低高酸原油表觀黏度的條件為：磁感應(yīng)強(qiáng)度80 mT，溫度50 ℃，磁處理攪拌轉(zhuǎn)速600 r/min，時間30 min，該條件下高酸原油的降黏率為 14.8%。但是經(jīng)過12 h的恒溫靜置，高酸原油的表觀黏度基本恢復(fù)。

[1] 竇立榮,侯讀杰,程頂勝,等.高酸值原油的成因與分布[J].石油學(xué)報,2007,28(1):8-13.

[2] 陳春光,周波,亓秉哲.對山東口岸進(jìn)口高酸原油的分析與思考[J].國際石油經(jīng)濟(jì),2011,19(5):41-47.

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(責(zé)任編輯：梁曉道)

Experimental Study of Viscosity Reduction on High Total Acid Crude Oil with Magnetic Field

HUANG Weili1, WANG Jintao1, WANG Caijiao1, WU Youhao2， ZHANG Bangliang2

(1. College of Chemical Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology, Guangdong Maoming 525000, China; 2. College of Petroleum Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology, Guangdong Maoming 525000, China)

Brookfield DV-Ⅲ Ultra rheometer is used to study viscosity reduction rules of high total acid number crude oil. The results show that, after being magnetized, when the high total acid number crude oil is under the optimal conditions of 80 mT, 50 ℃, 30 min and 600 r/min, its apparent viscosity is reduced from 53.9 mPa·s to 45.3 mPa·s, and viscosity reduction ratio reaches 14.8%. After a 12 h duration at 50 ℃, the viscosity of high total acid number crude oil treated by magnetic field recovers.

Magnetic field; High total acid number crude oil; Apparent viscosity

2016-07-08；

2016-07-29

茂名市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201610)；廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金項(xiàng)目(pdjh2015b0362)；廣東石油化工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)校級培育計(jì)劃項(xiàng)目(2015pyA001)；2016年廣東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目

黃偉莉(1976—)，女，黑龍江肇州人，副教授，研究方向?yàn)槭突すに囬_發(fā)和應(yīng)用。

TE624.5

A

2095-2562(2016)04-0010-04