納米顆粒F-SiO2對地層原油中瀝青質(zhì)沉淀抑制效果

張 旭 張 瑞 馬若楠 吳曉旭 李希娟 廣怡初

（1. 中國石油玉門油田公司老君廟采油廠，甘肅 酒泉 735000；2. 中國石油玉門油田公司科技信息與對外合作處，甘肅 酒泉 735000）

0 引 言

瀝青質(zhì)是原油中質(zhì)量最大、極性最強的組分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相對分子質(zhì)量分布范圍廣，且瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量對原油的流變特性有顯著影響［1-3］。瀝青質(zhì)沉淀過程包括成核和生長2 種機制［4-5］。當(dāng)溶液中瀝青質(zhì)濃度超過溶解度對應(yīng)的濃度時，溶液中瀝青質(zhì)開始變得不穩(wěn)定，系統(tǒng)進入亞穩(wěn)定區(qū)，此時瀝青質(zhì)并不會成核和沉淀，仍以懸浮態(tài)存在于溶液中［6-7］。當(dāng)溶液中瀝青質(zhì)濃度繼續(xù)增加達(dá)到沉淀點時，瀝青質(zhì)內(nèi)核形成，瀝青質(zhì)分子或顆粒迅速在核表面沉積并生長，直至絮凝物產(chǎn)生。亞穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的瀝青質(zhì)會逐漸析出但并不會成核及沉淀，此時的瀝青質(zhì)仍然屬于可控范圍，通過降低溶液中瀝青質(zhì)濃度或增大瀝青質(zhì)可溶劑濃度仍然可以抑制瀝青質(zhì)沉淀［8］。

納米顆粒具有大表面、高吸附容量和強穩(wěn)定性的特點，能夠有效降低溶液中瀝青質(zhì)濃度、削弱瀝青質(zhì)分子之間引力，取得了抑制瀝青質(zhì)沉淀效果［9-10］。N.N.Nassar 等［11］研究了瀝青質(zhì)初始濃度、溫度、庚烷-甲苯比和含水量等因素對γ-Al2O3納米顆粒吸附瀝青質(zhì)的影響，結(jié)果表明瀝青質(zhì)在納米顆粒上的吸附是自發(fā)和放熱的。F.Shojaati 等［12］通過實驗發(fā)現(xiàn)，具有酸性化學(xué)性質(zhì)和布朗斯特酸位的納米顆粒（如γ-Al2O3）比具有兩性化學(xué)性質(zhì)的納米顆粒（如Fe3O4）更能推遲瀝青質(zhì)起始沉淀點。A.J.Sayyad 等［13］研究發(fā)現(xiàn)，功能化納米顆粒有抗溶劑的作用，當(dāng)溶液中加入功能化納米顆粒后，溶液中瀝青質(zhì)的溶解度開始下降。

目前，有關(guān)納米顆粒對瀝青質(zhì)沉淀影響的研究主要集中在瀝青質(zhì)起始沉淀點和瀝青質(zhì)沉淀量的測定上，很少有學(xué)者研究納米顆粒對瀝青質(zhì)亞穩(wěn)定區(qū)和吸附量的影響。因此，本文在對改性SiO2納米顆粒（F-SiO2）進行表征的基礎(chǔ)上，開展了瀝青質(zhì)起始沉淀點測定和瀝青質(zhì)溶解線及沉淀線測定實驗，研究了F-SiO2納米顆粒作用下的瀝青質(zhì)起始沉淀點、吸附量及亞穩(wěn)定區(qū)寬度的變化，明確了納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附機理，為開發(fā)中預(yù)防瀝青質(zhì)沉淀、緩解沉積傷害提供了方法和依據(jù)。

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗油制備

（1）瀝青質(zhì)提取。實驗中提取純?yōu)r青質(zhì)所用原油取自鄂爾多斯盆地長7 儲層的脫氣原油，原油基礎(chǔ)物性見表1。將正庚烷以40∶1 的體積比例加入原油中，連續(xù)攪拌6 h。然后在10 000 r/min 的轉(zhuǎn)速下對混合液進行離心，并收集沉淀的瀝青質(zhì)。向離心后的上清液中繼續(xù)添加正庚烷溶劑（體積比例4∶1），再次攪拌6 h 后離心。重復(fù)上述步驟，直至上清液變?yōu)闊o色透明。將收集到的瀝青質(zhì)放置于100 ℃烘箱中干燥，直至瀝青質(zhì)的質(zhì)量不再變化，瀝青質(zhì)提取完成。

表1 原油基本物性Table 1 Basic property of crude oil

（2）實驗油。稱取一定質(zhì)量的干燥瀝青質(zhì)加入純甲苯溶劑中，分別制備瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的實驗油（簡稱輕質(zhì)油）和瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的實驗油（簡稱重質(zhì)油）。2 種實驗油充分?jǐn)嚢? h，以確保瀝青質(zhì)全部溶解于甲苯。

1.1.2 納米顆粒的制備

采用硅酸鈉與氯化銨為原料制備SiO2納米顆粒，具體步驟如下：選取SiO2和Na2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為25.5%～28.5%和7.5%～8.5%的硅酸鈉，用乙醇水溶液作為溶劑稀釋水玻璃；以0.85 mL/min 的恒定速率向硅酸鈉溶液中滴入氯化銨溶液，此時硅酸鈉的—ONa 轉(zhuǎn)化為—OH，形成一種高比表面積的微粒，當(dāng)它的表面大量失水后，Si—O 結(jié)合就會迅速發(fā)生，形成Si—O—Si 結(jié)構(gòu)，并迅速形成SiO2顆粒［14］，溶液中的乙醇能夠與丁氧基生成氫鍵阻礙丁氧基形成Si—O 聯(lián)結(jié)，從而制備小粒徑的SiO2顆粒；將干燥后的SiO2顆粒在50 ℃恒溫下與水解后的氨基硅烷化合物混合，氨基硅烷化合物將與SiO2的硅醇基團反應(yīng)，形成改性后的F-SiO2顆粒，再將過濾得到的F-SiO2粉末在烘箱中干燥4 h，獲得實驗所需F-SiO2納米顆粒。

對合成的F-SiO2納米顆粒分別開展X 射線衍射（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、低溫氮氣吸附實驗和熱重分析（TGA）。

1.2 實驗裝置

實驗裝置包括X 射線衍射儀（2θ測試范圍為0.4°～160°，測試精度0.001°/步），全自動比表面和孔徑分布測定儀（ASAP2010 型，比表面積測定范圍0.000 5 m2/g 至無上限），傅里葉變換紅外成像儀（Spotlight 400/400N 型，波長為8 000～300 cm-1），紫外-可見分光光度計（LAMBDA 850+型，波長精度0.08 nm），高速離心機（Micro 21 型，最大速度15 000 r/min），場發(fā)射掃描電子顯微鏡（Nova Nano-SEM 450 型，放大20～106倍），熱重分析儀（TG209F3Tarsus 型，溫度為室溫～1 000 ℃）。此外，還包括移液器、試管和超聲波均質(zhì)器等。

1.3 實驗內(nèi)容及步驟

1.3.1 瀝青質(zhì)起始沉淀點測定實驗

（1）實驗油瀝青質(zhì)含量與吸光度關(guān)系標(biāo)定。配制瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.5%和3.5%的甲苯-瀝青質(zhì)溶液，然后用純甲苯溶劑以40∶1 的體積比例對其進行稀釋，再用分光光度計測定4 種瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的甲苯-瀝青質(zhì)溶液在760 nm 光波下的吸光度，繪制瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與吸光度之間的關(guān)系圖。每組實驗重復(fù)測定3 次，取平均值。

（2）純實驗油瀝青質(zhì)起始沉淀點測定。將不同體積比的正庚烷溶劑加入實驗油，然后以10 000 r/min 的轉(zhuǎn)速對混合液離心15 min，以去除溶液中不穩(wěn)定的大顆粒瀝青質(zhì)。再提取2 mL 上清液，用純甲苯溶劑以4∶1 體積比例稀釋，再用分光光度儀在760 nm 光波下測定稀釋后上清液的吸光度。繪制實驗油吸光度與添加正庚烷比例的關(guān)系圖。收集瀝青質(zhì)沉淀物，對瀝青質(zhì)沉淀物開展FTIR、FESEM 和TGA 實驗。

（3）添加納米顆粒后實驗油中瀝青質(zhì)起始沉淀點測定。采用超聲波均質(zhì)器將一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.05%、0.1%、0.5%）的納米顆粒均勻分散在實驗油中，然后向?qū)嶒炗椭械稳氩煌w積的正庚烷溶劑，每隔相同時間間隔（5 min），取一次上清液（2 mL），并用純甲苯溶劑以4∶1 體積比例稀釋。當(dāng)連續(xù)3 次提取的上清液吸光度不變時，實驗結(jié)束。分別繪制吸光度與時間及吸光度與正庚烷添加比例的關(guān)系圖。收集瀝青質(zhì)沉淀物，對瀝青質(zhì)沉淀物開展FTIR、FESEM 和TGA 實驗。

1.3.2 瀝青質(zhì)溶解線及沉淀線測定實驗

（1）采用滴定法向?qū)嶒炗椭兄鸬蔚稳胝槿軇看蔚稳肓考s1 mL。然后對每次滴入后的混合液進行離心，再用分光光度計測定混合液的吸光度，并繪制吸光度與正庚烷添加比例的關(guān)系圖。當(dāng)測得吸光度與正庚烷的線性關(guān)系出現(xiàn)拐點時，停止實驗。此時偏離線性趨勢的第1 個點可以認(rèn)為是實驗油中瀝青質(zhì)的起始沉淀點。

（2）向已出現(xiàn)瀝青質(zhì)沉淀的樣品中逐滴滴入純甲苯，充分?jǐn)嚢韬鬁y定溶液的吸光度，并繪制吸光度與混合液中正庚烷總比例的關(guān)系圖。當(dāng)吸光度與正庚烷總比例重新滿足線性關(guān)系時，停止實驗。此時滿足線性趨勢時的第1 個點可以認(rèn)為是實驗油中瀝青質(zhì)的溶解點。

（3）按照步驟（1）—（2）分別測定另外3 種瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1.5%、3.5%、5%）實驗油中瀝青質(zhì)的沉淀點和溶解點。

（4）向4 種瀝青質(zhì)含量的實驗油中添加F-SiO2納米顆粒，然后重復(fù)步驟（1） — （2），測定F-SiO2納米顆粒作用下瀝青質(zhì)的沉淀點和溶解點。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 納米顆?；拘再|(zhì)

圖1（a）為合成后的F-SiO2納米顆粒的XRD曲線。圖中F-SiO2納米顆粒在2θ為22.28°處出現(xiàn)的寬衍射峰與文獻［15］報道的無定型SiO2的衍射峰型一致，說明無定型SiO2結(jié)構(gòu)在合成過程中發(fā)育良好。圖1（b）中藍(lán)色曲線為F-SiO2納米粒子的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）。從圖1（b）可以看出，F(xiàn)-SiO2納米粒子光譜上位于1 100 和835 cm-1附近的2 個強吸收峰分別是由Si—O—Si 的對稱和不對稱伸縮振動引起。460 cm-1附近的峰值可歸因于Si—O 彎曲鍵的振動。3 410 cm-1處的吸收帶顯示僅存在少量水，這是由O—H 基團或H2O 分子的伸縮振動引起。結(jié)果進一步證明改性后的SiO2納米顆粒仍然具有SiO2的基本性質(zhì)。

圖1 F-SiO2納米顆粒的基礎(chǔ)物性實驗參數(shù)Fig. 1 Experimental parameters of basic property of F-SiO2 nanoparticles

圖1 （c）和（d）分別為F-SiO2納米顆粒的氮氣等溫吸附/解吸曲線及采用Barrett、Joyner 和Halenda（BJH）方法計算的F-SiO2納米顆粒的孔徑分布情況。根據(jù)國際應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）對吸附/解吸曲線的分類［16］，結(jié)合圖1（c） 可知，F(xiàn)-SiO2納米顆粒的等溫吸附線（紅色曲線）整體呈V 型，解吸曲線則出現(xiàn)了明顯滯后，屬于典型的H3 型。當(dāng)相對壓力（吸附質(zhì)壓力與其飽和蒸氣壓力之比）pr＜0.75 時，單位質(zhì)量納米顆粒吸附量隨相對壓力的增大呈緩慢線性增加，而當(dāng)pr≥0.75 時，吸附量則呈指數(shù)激增。吸附/解吸曲線的變化特征表明F-SiO2納米顆粒的孔隙主要由近似均勻的球形顆粒組成，顆粒分選性較好。由圖1（d）可知，F(xiàn)-SiO2納米顆粒的孔徑主要分布在2～50 nm 的介孔范圍，相比2 nm 左右的瀝青質(zhì)分子，F(xiàn)-SiO2納米顆粒的孔隙足以有效吸附瀝青質(zhì)分子。采用BET（Brunauer-Emmett-Teller） 方法［17］可計算獲得F-SiO2納米顆粒的平均孔隙直徑為21.03 nm，單位質(zhì)量納米顆粒的孔隙體積為395.3×10-3mL/g，平均顆粒粒徑為29.97 nm。

2.2 納米顆粒對瀝青質(zhì)沉淀影響

2.2.1 實驗油吸光度與瀝青質(zhì)含量關(guān)系

圖2 為760 nm 波長下4 種瀝青質(zhì)含量實驗油的吸光度與瀝青質(zhì)含量的關(guān)系。從圖2 可以看出，實驗油的吸光度隨瀝青質(zhì)含量的增加而增大，并與瀝青質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.997 4，這一結(jié)論也與S.Alizadeh 等［18］的實驗結(jié)果一致。這是因為實驗油的吸光度主要源于溶液中懸浮瀝青質(zhì)分子的折射或反射，與瀝青質(zhì)含量有直接關(guān)系，而與溶液中其他可溶組分無關(guān)。通過標(biāo)定實驗獲得的吸光度與瀝青質(zhì)含量的線性關(guān)系，為后續(xù)實驗中快速準(zhǔn)確地獲取溶液中瀝青質(zhì)的含量提供了依據(jù)。

圖2 實驗油中瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與吸光度的關(guān)系Fig. 2 Relationship between asphaltene mass fraction and absorbance in experimental oil

2.2.2 瀝青質(zhì)起始沉淀點

圖3 分別為輕質(zhì)和重質(zhì)實驗油在F-SiO2納米顆粒作用下的吸光度與正庚烷添加比例的變化關(guān)系。從圖3（a）可以看出，當(dāng)輕質(zhì)油中無納米顆粒時（藍(lán)線），在正庚烷添加體積分?jǐn)?shù)達(dá)到38%之前，吸光度保持不變，這是由于實驗油被正庚烷稀釋后體積增大、密度降低所致。而當(dāng)正庚烷添加體積分?jǐn)?shù)大于38%后，由于實驗油中產(chǎn)生了瀝青質(zhì)沉淀，導(dǎo)致油中瀝青質(zhì)含量降低，引起吸光度大幅下降。因此，體積分?jǐn)?shù)38%的正庚烷對應(yīng)著輕質(zhì)實驗油中瀝青質(zhì)的起始沉淀點。當(dāng)輕質(zhì)油中添加F-SiO2納米顆粒后，吸光度開始大幅降低的拐點對應(yīng)的正庚烷體積分?jǐn)?shù)的增加，即瀝青質(zhì)起始沉淀點發(fā)生延遲。然而，當(dāng)輕質(zhì)油中添加的納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.1%增加至0.5%時，瀝青質(zhì)起始沉淀點對應(yīng)的正庚烷體積分?jǐn)?shù)卻由46%降低至40%，沉淀點延遲幅度由21.05%下降至5.26%（表2）。

圖3 不同納米顆粒添加比例下實驗油吸光度與正庚烷添加體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig. 3 Relationship between absorbance of experimental oil and added volume fraction of n-heptane with different proportion of nanoparticles

表2 不同納米顆粒添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)下實驗油瀝青質(zhì)起始沉淀點的變化Table 2 Variation of initial precipitation point of asphaltene in experimental oil with different mass fraction of nanoparticles

對于重質(zhì)油而言（圖3（b）），無納米顆粒作用下的瀝青質(zhì)起始沉淀點為32%（正庚烷體積分?jǐn)?shù)），小于輕質(zhì)油的瀝青質(zhì)起始沉淀點（體積分?jǐn)?shù)38%的正庚烷），說明油中瀝青質(zhì)含量的增加會導(dǎo)致瀝青質(zhì)起始沉淀點的提前，即瀝青質(zhì)更容易沉淀。當(dāng)添加的納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時，瀝青質(zhì)起始沉淀點延遲至40%（正庚烷體積分?jǐn)?shù)），延遲幅度為25%。

隨著添加納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，瀝青質(zhì)起始沉淀點的延遲幅度不斷增大。當(dāng)添加納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.10%增加至0.50%時，瀝青質(zhì)起始沉淀點延遲至46%（正庚烷體積分?jǐn)?shù)），延遲幅度達(dá)43.75%，并未出現(xiàn)輕質(zhì)油中瀝青質(zhì)起始沉淀點提前的現(xiàn)象?？梢钥闯?，F(xiàn)-SiO2納米顆粒對重質(zhì)油中瀝青質(zhì)起始沉淀點的抑制效果大于對輕質(zhì)油的抑制效果。

2.2.3 納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附量

圖4 為實驗油中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的納米顆粒再加入體積分?jǐn)?shù)50%正庚烷溶劑后，輕質(zhì)油與重質(zhì)油中單位質(zhì)量納米顆粒吸附瀝青質(zhì)的質(zhì)量隨時間的變化。

圖4 實驗油中瀝青質(zhì)在納米顆粒表面的吸附量隨時間的變化Fig. 4 Variation of asphaltene adsorption on nanoparticles surface in experimental oil with time

從圖4 中可以看出，輕質(zhì)油中納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附量快速達(dá)到最大，單位質(zhì)量納米顆粒吸附約0.8 g 的瀝青質(zhì)。而重質(zhì)油中納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附速率（紅線斜率）呈先快后慢的趨勢。當(dāng)接觸時間達(dá)到60 min 后，納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附量才逐漸趨于穩(wěn)定，最大吸附量達(dá)到每克納米顆粒吸附約8.6 g 的瀝青質(zhì)。這是因為當(dāng)瀝青質(zhì)濃度較低時，瀝青質(zhì)在納米顆粒表面主要發(fā)生Ⅰ型吸附（即物理吸附），此時靜電作用力起主要作用，但吸附力較弱，吸附主要以單層形式發(fā)生在顆粒表面。而當(dāng)瀝青質(zhì)濃度較高時，則會發(fā)生Ⅲ型吸附（即化學(xué)吸附）［19］。在Ⅲ型吸附中，吸附劑和吸附質(zhì)之間能夠形成類似強烈的化學(xué)鍵作用，容易形成瀝青質(zhì)多層吸附結(jié)構(gòu)。

2.3 納米顆粒對瀝青質(zhì)溶解曲線的影響

圖5 對比了實驗油中有/無納米顆粒作用下的瀝青質(zhì)溶解線與沉淀線的變化。從圖5 中可以看出，無納米顆粒作用下的瀝青質(zhì)溶解線（藍(lán)色）與沉淀線（紅色）近似2 條平行的直線，2 條直線之間的區(qū)域為瀝青質(zhì)的亞穩(wěn)定區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的瀝青質(zhì)處于過飽和但還未沉淀的狀態(tài)。而當(dāng)實驗油中添加了F-SiO2納米顆粒后，溶解線（綠色）與沉淀線（紫色）均向右發(fā)生了移動，且曲線的形態(tài)近似為冪指數(shù)型，瀝青質(zhì)的亞穩(wěn)定區(qū)也明顯增大，說明納米顆?？梢栽龃鬄r青質(zhì)的亞穩(wěn)定區(qū)，延遲瀝青質(zhì)自發(fā)成核的形成時間，推遲瀝青質(zhì)的起始沉淀點，有助于抑制瀝青質(zhì)沉淀。

圖5 有無納米顆粒作用下的瀝青質(zhì)溶解曲線與沉淀曲線Fig. 5 Dissolution curves and precipitation curves of asphaltene with or without nanoparticles

2.4 納米顆粒吸附瀝青質(zhì)機理

2.4.1 FESEM分析

F-SiO2納米顆粒為均勻的球形顆粒形狀（圖6（a）），粒徑大小為25～40 nm。純?yōu)r青質(zhì)結(jié)構(gòu)包括光滑和粗糙表面（圖6（a）、（b）），瀝青質(zhì)聚集體會在其表面繼續(xù)沉積，并不斷變大。而當(dāng)瀝青質(zhì)吸附在納米顆粒表面時，則會形成具有明顯邊界的不規(guī)則形狀（圖6（c））。吸附在納米顆粒表面的瀝青質(zhì)變得更加穩(wěn)定，這些被吸附的瀝青質(zhì)與油中分散的瀝青質(zhì)或吸附在相鄰納米顆粒表面的瀝青質(zhì)之間的吸引力也不斷減弱，有助于提高瀝青質(zhì)的穩(wěn)定性和分散性，并控制納米級瀝青質(zhì)聚集體的生長過程。此外，還觀察到重質(zhì)油中納米顆粒吸附的瀝青質(zhì)尺寸（圖6（d））達(dá)到了10～50 μm，說明F-SiO2納米顆粒不但能吸附單態(tài)的瀝青質(zhì)分子，還能吸附瀝青質(zhì)聚集體。進一步證實了重質(zhì)油中FSiO2納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附效果好于對輕質(zhì)油中瀝青質(zhì)的吸附效果。

圖6 FESEM圖像Fig. 6 FESEM images

2.4.2 FTIR分析

純?yōu)r青質(zhì)光譜（圖1（b）中綠色曲線）在3 415 cm-1處的振動峰對應(yīng)于芳香族雙鍵（＝C—H）的振動，而O—H 基團在該區(qū)域也有振動重疊。在2 923 和2 853 cm-1處分別檢測到不對稱脂肪族C—H3和C—H2伸縮振動產(chǎn)生的2 個強峰。1 700 cm-1左右的低強度吸收帶為羧基中—C＝O 的拉伸振動。1 620 cm-1處的弱峰與C＝C芳香鍵的伸縮振動有關(guān)。CH2和CH3組的彎曲振動分別導(dǎo)致1 459 和1 378 cm-1處的峰值。

吸附在F-SiO2納米顆粒上的瀝青質(zhì)（圖1（b）中紅色曲線）也觀察到純?yōu)r青質(zhì)光譜中在2 923、2 853、1 459 和1 378 cm-1處檢測到的代表性峰，但強度較低，證實了瀝青質(zhì)在納米顆粒表面的完全吸附?？梢钥闯觯瑸r青質(zhì)吸附后的F-SiO2納米顆粒的FTIR 光譜與純F-SiO2納米顆粒的FTIR 光譜發(fā)生了明顯變化，說明F-SiO2納米顆粒被瀝青質(zhì)覆蓋，證明了F-SiO2納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附有效性。

2.4.3 熱重分析

圖7 為燃燒沉積瀝青質(zhì)過程中剩余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化。從圖7 可以看出，輕質(zhì)油與重質(zhì)油中的純?yōu)r青質(zhì)的燃燒過程（藍(lán)色曲線）基本相似，均存在2 個主要質(zhì)量損失峰，其中低溫?fù)p失峰（130～200 ℃）主要歸因于脂肪族側(cè)鏈（即易氧化碳?xì)浠衔铮?的降解，而高溫?fù)p失峰（400～550 ℃）可能與多核芳烴片或堆疊層的降解有關(guān)。當(dāng)溫度達(dá)到600 ℃時，輕質(zhì)油的殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%，重質(zhì)油的殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%，殘余物主要為多環(huán)縮合芳香化合物和不同元素（如V、Ni和Fe）的聚集體。而存在納米顆粒的瀝青質(zhì)燃燒（紅色曲線）則與純?yōu)r青質(zhì)燃燒存在一定差異，其燃燒最大溫度從600 ℃下降至500 ℃左右，這主要因為瀝青質(zhì)在納米顆粒表面的高吸附使瀝青質(zhì)更易于燃燒，加速了瀝青質(zhì)的降解過程。其中輕質(zhì)油有納米顆粒作用下的瀝青質(zhì)燃燒后的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.8 %，重質(zhì)油在有納米顆粒作用下的殘余質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.6%，殘余物以納米顆粒為主。

圖7 有無納米顆粒作用下瀝青質(zhì)燃燒曲線對比Fig. 7 Comparison of asphaltene combustion curves with and without nanoparticles

3 結(jié) 論

（1）F-SiO2納米顆粒能夠延遲實驗油中瀝青質(zhì)起始沉淀點，其對重質(zhì)油中瀝青質(zhì)起始沉淀點的延遲幅度大于輕質(zhì)油。輕質(zhì)油中納米顆粒對瀝青質(zhì)的吸附以單層吸附為主，吸附時間短，最大吸附量為每克納米顆粒吸附0.8 g 瀝青質(zhì)。而重質(zhì)油中納米顆粒以多層吸附和大顆粒瀝青質(zhì)吸附為主，吸附時間長，最大吸附量達(dá)到每克納米顆粒吸附約8.6 g的瀝青質(zhì)。

（2）F-SiO2納米顆粒作用下的瀝青質(zhì)的溶解線與沉淀線均向右偏移，曲線近似為冪指數(shù)型，說明F-SiO2納米顆粒增大了瀝青質(zhì)的亞穩(wěn)定區(qū)，推遲了瀝青質(zhì)自發(fā)成核的形成時間，延遲了瀝青質(zhì)起始沉淀點，抑制了瀝青質(zhì)沉淀。

（3）F-SiO2納米顆粒不但能吸附單態(tài)瀝青質(zhì)分子，還能吸附粒徑在10～50 μm 的瀝青質(zhì)聚集體。重質(zhì)油中含F(xiàn)-SiO2納米顆粒的瀝青質(zhì)燃燒后殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.6%，輕質(zhì)油燃燒后的殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.8%，均遠(yuǎn)高于純?yōu)r青質(zhì)燃燒后殘余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。