納米納米改性含蠟原油的研究與應(yīng)用

納米納米改性含蠟原油的研究與應(yīng)用

含蠟原油具有易凝、低密度高、流動性差的特點(diǎn)。含蠟原油管道輸送普遍采用加熱運(yùn)行工藝,存在安全性和經(jīng)濟(jì)性等問題。通過物理或化學(xué)方法改變含蠟原油中正構(gòu)烷烴的結(jié)晶形態(tài),進(jìn)而改善其低溫流動性,已成為解決含蠟原油管道安全節(jié)能輸送的主要技術(shù)措施之一。自20世紀(jì)70年代末至90年代初,針對含蠟原油管道輸送開展了原油熱處理、添加降凝劑綜合熱處理輸送工藝技術(shù)研究,其成果已在多條管道上應(yīng)用,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1現(xiàn)有降凝劑存在的不足向管輸原油中添加降凝劑時(shí),通常根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際,結(jié)合原油熱處理工藝選擇加劑處理溫度和冷卻方式,以期充分發(fā)揮降凝劑對含蠟原油的改性作用,提高原油改性降凝、降粘幅度及穩(wěn)定性,這是一種“加劑綜合熱處理”的原油改性方法,比單一采用熱處理或者添加降凝劑方法具有更大的優(yōu)勢。但是,采用降凝劑綜合熱處理工藝仍存在以下不足:一是降凝劑具有針對性,不同種類的降凝劑只適用于不同的原油,迄今尚未研制出針對大慶原油在目前運(yùn)行工況允許條件下的理想降凝劑;二是在現(xiàn)有工藝條件下,對原油的綜合熱處理溫度要求較高;三是在綜合熱處理?xiàng)l件下,原油溫度回升對其低溫流變性影響較大,存在溫度回升惡化區(qū);四是含蠟原油綜合熱處理后的動態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定的時(shí)效性尚不能滿足管道安全運(yùn)行條件;五是降凝劑在原油析蠟降溫過程中抗剪切性能較差,易因外力作用惡化原油的低溫流變性;六是降凝劑的加入導(dǎo)致管道中蠟的沉積量增加,增大了管道通球清管的不安全性,且管道停輸后由于蠟沉積和凝油較多,易導(dǎo)致再啟動壓力過大或啟動困難。受原油加熱處理溫度高、降凝劑對原油針對性強(qiáng)等因素的制約,現(xiàn)有降凝劑對大慶原油低溫流動性已經(jīng)沒有進(jìn)一步改善的空間,意味著加劑綜合熱處理這一安全、節(jié)能的輸送工藝技術(shù)難以在東北管網(wǎng)得到有效實(shí)施。迄今為止,整個(gè)東北管網(wǎng)一直采用傳統(tǒng)的加熱輸送工藝,只能通過提高輸油溫度來保障管道運(yùn)行和非計(jì)劃停輸再啟動的安全性,由此導(dǎo)致燃油消耗巨大。2納米材料在含蠟原油加熱處理中的應(yīng)用納米材料是指固體顆粒小到0.1~100nm,其性能發(fā)生突變并出現(xiàn)特殊的物理、化學(xué)、力學(xué)等性能。納米顆粒具有四大效應(yīng):小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)。目前,納米材料已廣泛用作潤滑油、道路瀝青和石油加工過程中的催化劑,用以提高潤滑油的減磨耐磨性能和道路瀝青的高溫穩(wěn)定性能,納米材料作為石油加工過程中的催化劑,可提供大量催化活性位置,催化溫度低,不僅提高了能源的綜合利用率,而且也減少了因?yàn)槟茉聪乃鶐淼沫h(huán)境等問題?；诩{米材料的特殊效應(yīng),采用納米材料作為含蠟原油低溫流動的改性劑,借助納米技術(shù)改善含蠟原油中石蠟的結(jié)晶物理特性,彌補(bǔ)了上述加劑綜合熱處理工藝的缺陷和不足。在相同的處理溫度和測試溫度條件下,納米材料改性劑的技術(shù)優(yōu)勢在于:降凝、降粘效果顯著;改性原油在低溫條件下的抗剪切性能強(qiáng);改性原油的靜態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定性和低溫時(shí)效性好,在室溫(20±3)℃條件下靜置30d后,原油仍具有很好的流動性能;適用的含蠟原油范圍寬;改性原油中的正構(gòu)烷烴晶面之間距離大,降低了晶體之間的聚集能量,使低溫原油內(nèi)部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱,提高了管道停輸再啟動的安全性;可使正構(gòu)烷烴在液態(tài)原油中高度分散,不易在管道中形成蠟沉積;對含蠟原油加熱處理溫度要求條件不苛刻;可降低含蠟原油的析蠟點(diǎn)。3納米材料改性劑對原油低溫流動性的影響高性能含蠟原油納米材料改性劑的制備和高效率低耗能的原油處理工藝,是改善含蠟原油低溫流動性并實(shí)現(xiàn)其安全、高效、節(jié)能輸送工藝新技術(shù)的兩大關(guān)鍵技術(shù),為此,針對大慶原油開展了技術(shù)攻關(guān)。2010年5月,在秦京線遷安—寶坻工業(yè)管道、寶坻—寶坻中試環(huán)道進(jìn)行了納米材料改性含蠟原油的現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn),在遷安站注入納米材料改性劑,經(jīng)豐潤站、寶坻站后,將部分含有納米材料的管輸原油引進(jìn)中國石油管道科技研究中心寶坻環(huán)道試驗(yàn)站。試驗(yàn)結(jié)果表明,納米材料改性劑對原油中的石蠟結(jié)晶體系具有良好的感受性,可以顯著改善含蠟原油的低溫流動性能。其一,降凝、降粘效果顯著:在25℃條件下,與未處理原油和降凝劑綜合熱處理原油相比,添加納米材料改性劑的原油表觀粘度(50s-1)分別下降了86.7%和32%,凝點(diǎn)下降了16℃和7℃。其二,改性原油的低溫流動性及動態(tài)、靜態(tài)時(shí)效性好:經(jīng)100g/t加劑量納米材料改性劑處理后的原油,在25℃條件下,靜態(tài)穩(wěn)定7d后,原油趨于牛頓流體,流動狀態(tài)良好,表觀粘度和凝點(diǎn)回升率分別小于10%和5%,在22℃條件下,原油仍處于流動狀態(tài)。其三,改性原油低溫時(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱:與未處理原油和降凝劑綜合熱處理原油相比,添加納米材料改性劑的原油屈服值溫度分別下降了14℃和9℃。寶坻中試環(huán)道停輸再啟動試驗(yàn)表明,經(jīng)納米材料改性劑處理后的原油,停輸99h后,在20℃下可順利啟動。其四,改性原油的析蠟點(diǎn)降低:未經(jīng)處理的大慶原油析蠟點(diǎn)為46℃,經(jīng)納米材料改性劑處理后的大慶原油析蠟點(diǎn)降至40℃左右。其五,納米材料改性劑適用的含蠟原油范圍較寬,原油加熱處理溫度要求低:不同于當(dāng)前廣泛使用的各種化學(xué)降凝劑對原油具有較強(qiáng)的針對性這一特點(diǎn),同種納米材料改性劑可適用于多種不同種類的含蠟原油;添加納米材料改性劑,加熱處理溫度在48℃及以上,對原油低溫流動性能均有不同程度的改善。其六,改性原油溫度回升對其低溫流變性的影響相對較小:經(jīng)納米材料改性劑處理的大慶原油,在25℃條件下的原油表觀粘度相當(dāng)于38℃未經(jīng)處理的大慶原油表觀粘度,原油凝點(diǎn)下降16℃。綜上所述,大慶原油經(jīng)納米材料改性劑處理后,其低溫流動性能得到很大提高,且動、靜態(tài)穩(wěn)定時(shí)效性非常好,可大大延長管道安全停輸再啟動的時(shí)間