原油在管道输送中的乳化作用外文翻译资料

原油在管道输送中的乳化作用

摘要

通过对2种伊朗原油样本进行研究，分析油包水型乳液的稳定性和粘度及其在稠油管道输送中的应用。重质原油样品命名为West Paydar与柴油和沥青混合使用，在水中生产重质原油乳状液。研究不同因素影响下乳液的性质和稳定性。研究中有一个限制条件为乳剂中原油的含量不能超过体积分数的60%，超过这个限度则变为水包油型乳液。通过加入Triton X-100表面活性剂配备不同的原油水乳剂。根据调查研究，乳化作用降低了原油样品的粘度。但是，乳液粘度的增加是由以下因素引起的：乳液中原油的含量、表面活性剂浓度、搅拌速度、搅拌时间、盐浓度以及水相PH值，而均匀化过程的温度实质上大大降低了所制备的乳液的粘度。原油含量增加可以降低水包油型乳化液的稳定性，而增加表面活性剂的浓度、搅拌时间和搅拌速度、水相的PH值和温度的升高都可以使乳液的稳定性增强。原油乳状液的稳定性也可以通过增加盐的浓度而提高。本研究主要观察的是简单地通过增加水相的PH基准值使重质原油在水乳液中可以高度地稳定下来。

1. 研究背景

石油资源是非常重要的是被公认的事实。它们包括世界上总能源的65%左右（Langevin

et al.，2004）。现在原油是世界上最重要的石油资源，并且重质原油储量占世界上潜在可采

储量的很大一部分。然而，重质原油在世界石油生产中有一小部分高粘度原油，它们导致管

道运输中存在很多问题。重质原油生产预计在不久的将来使原油的粘度大大的降低。几种可

供选择的重质原油运输的方法已经被提出并且被采用，包括后期的预热以及管道加热、稀释

轻质原油、部分升级、注射水形成水包油型乳液。然而，所有上述的方法在经验、技术和经

济上都是不利的。

最新的管道技术是运输粘性原油为水包油（O / W）型乳化液的技术之一（Lappin and

Saur, 1989; Gregoliet al., 2006)。在这种方法中，通过加入适当的表面活性剂，油相在水相中分散并形成稳定的水包油型乳液。这样可以使原油的粘度大幅降低，所产生的乳液粘度范围约为50 ~200cP，由此解决了运输和成本问题。这种方法的出现可以使粘度高于1000cP的原油高效的运输，特别是在寒冷的地区。此外，因为水是连续相，原油与管道无接触，这降低了管道的腐蚀（如原油高硫含量），并防止在管道中形成沉积物（高沥青质原油）。

使用乳化系统运输原油分三步进行，包括生产水乳液，运输所产生的乳化液到目的地，和油水分离。对于乳液的形成，一般使用的方法是均匀乳化理论，然而，最近研究的一种新的方法是通过生物膜和超声波进行乳化作用（(Lidietta et al., 2003; Lin and Chen 2006)。原油转变完成后可以应用几种不同的方法进行油相合水相的分离。一些重要的方法包括热破乳、电破乳、化学破乳、冻融法和破乳膜（Yan and Masliyah, 1998; Srijaroonratet al., 1999)。

不同的水包油型乳液是由不同的原油样品形成的。使用表面活性剂和水在原油中形成稳定的水包油型乳液是一系列的专利学科。这种理论的技术可行性在1963年印尼的一条长13英里，直径8英寸的位于加利福尼亚的管道中被论证。

目前来说，研究的目的是调查为伊朗的两种名为West Paydar与柴油和沥青混合的原油配备水包油型乳液的影响因素。学习研究乳状液中油的含量、类型和表面活性剂的浓度、混合的速度和时间、盐浓度和水相的PH值以及均匀化的温度对乳液稳定性和粘度的影响。

1. 材料和方法
   1. 材料

所用的材料都是来自Merck公司的分析试剂。利用自来水作水溶液。Triton X-100（聚乙二醇辛基酚醚）与C₃₃H₆₀O₁₀通过化学反应配置出表面活性剂。这是一种非离子型，适用于水包油型乳液的表面活性剂。采用盐酸和氢氧化钠调整水相的PH值，氯化钠调整水相的盐度。均匀化方法在乳化过程中和宝创公司的大规模实验均化器中被使用，像PT-1200C 模型，最大转速可以达到运动学AG（瑞士）法的22000转。一个可调节的电加热器在任何时候都可以达到所需的温度。Precisa ph900 pH计用于调整和测量水溶液的pH值。一个polyvisc粘度计用来测量粘度。

• 1. 伊朗石油样品的规格

如上所述，West Paydar原油油样采用柴油和沥青混合的方法来进行实验，这些样品的特点如下。

• • 1. West Paydar原油

这个样品是由伊朗石油公司供应的。样品的规格说明见表1。根据观察到的特征，West Paydar原油属于高粘度重质原油。样品的在25^oC（77^oF）的粘度为198cp。，因为高粘度和粘附性的影响原油管道在寒冷的冬季关闭（nioc-ripi PVT部门报告，2005）。

• • 1. 柴油与沥青混合

柴油和沥青混合使用，进行第二个系列实验。模拟一个另外的重油样品，柴油与沥

青混合形成高粘度原油。规格为85/100的沥青如表2所示（伊朗标准工业研究所，2008）。

柴油在50°C的温度下与沥青混合直至形成均匀的溶液。混合溶液的粘度通过添加柴油来

控制。柴油对混合溶液的粘度影响如表3所示。

表1 West Paydar原油规格

表2混合生产的沥青规范（伊朗标准研究工业研究所，2008）。

表3 混合物粘度与柴油含量关系

• • 1. 实验过程

两个系列实验使用两种不同的原油样品。在这两个实验中可控制的影响原油稳定性

和粘度的因素包括原油乳液的含油量(40–80 wt.%)，表面活性剂的浓度(0.5–4 wt.%)，

搅拌速度(1000–15,000 rpm)，混合持续时间(5–40 min)，含盐量，水相PH值(5–9)，和

均匀化温度（25—65^oC）。

在每个实验中使用特定的石油样品制备水包油型乳状液，其他的影响因素都固定在理想值。这样，就可以得出原油含量的最大值，超过这个值，油相和水相就会发生转变成为油包水型乳状液。所得的乳状液分为两部分，一部分测量粘度，另一部分测量稳定性。研究并获得每种原油样品含油量的最大值。

• • 1. 制备乳液的稳定性

乳液的稳定性通过24小时后乳液的游离水的含量测定。在实验室中对不同条件下制

备的乳液稳定性进行测试，之后在室温下静置一段时间。游离水的体积在均匀化后24小

时开始记录。游离水的含量从最初所配置的乳状液中的水中获取。

1. 结果与讨论
   1. 原油含量的影响

制备水包油型乳液，使非离子表面活性剂Triton X-100的浓度保持恒定，即2%的质量

分数，温度为25^oC，PH值为7，搅拌速度和搅拌时间分别为6000转和20 分钟。每个特定原油的乳状液中原油的体积含量从40%到80%。图1表示了含有量对乳状液粘度和稳定性的影响关系。含油量增加到60%时乳液的粘度略有下降。然而，超过这个限度后由于相位的转变粘度显著增加。这个含油量的最大限制值在乳化液输送系统的设计中骑着非常重要的作用。很显然，通过降低乳液中水的含量使较少的管道空间被水占据以提高管道运输的效率是可行的。但是另一方面，乳化液中含油量超过一定限度后由于相位的转变使得乳化液的粘度升高。

Fig. 1. Effect of oil content on the viscosity and stability of Iranian oil sample emulsions (dashed lines present viscosity).

乳化液中的含油量体积分数增加到60%时原油的稳定性略有下降。超过这个临界值，乳化液的稳定性显著下降，之后随着含油量的增加稳定性又继续升高。含油量体积分数为70%时水相和油相发生转变并且乳化液具有最低的稳定性。此时乳化液被转变为油包水型乳液。因此，最大含油量的体积分数为60%被认为是运行其他实验的最佳值。

直接增加乳化液中含油量的体积分数以提高乳液的粘度和相位转变是容易理解的，由于含油量的增加使混合物的粘度升高。然而，在相位发生转变处的粘度的跳跃变化可以显示出

乳液的粘度是连续相的强函数，并且是分散相的弱函数。因此，这可以很好的预期油相是乳液发生相位转变的主要相，而且乳液的粘度也发生了跳跃式的变化。之后的现象出现最低稳定条件会迫使管道运输系统出现最坏的情况。因此，使管道运输系统保持一个适当的相位转变阈值似乎是必要的（马丁内兹等，1998）。与此同时，乳液的稳定性是由于聚集的液滴增加降低了分散相的体积分数而发生液滴碰撞增加有效熵的结果（艾哈迈德等，1999）。

• 1. 乳化剂浓度的影响

接下来研究Triton X-100乳化剂对乳液的粘度和稳定性的影响。准备好水包油型乳化液，

其中含油量保持在最佳值体积分数为60%，其他条件分别为：温度为

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[151568]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word