伊朗EVA和沥青质共同作用+沥青质溶剂

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1、蜡抑制剂对倾点和伊朗含蜡原油流变性的影响摘要各种各样的技术已广泛应用于原油的生产和运输过程以减少因为产生结晶蜡所带来的问题。降凝剂广泛地被用于增加原油的流动性。在这项研究中,作为降凝剂的乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA),对不同分子量范围的粘性和倾点的5种伊朗蜡原油的影响进行了测试。五种类型的伊朗蜡原油选择基于它们类似的蜡(N10%)以及不同的沥青质。同时,对沥青质效果的这种降凝剂的性能进行了研究。对中间范围原油在有无API重力降凝剂的情况下的流变行为进行了研究。这流变学的数据包涵温度范围5到40C。结果表明,降凝剂的性能是取决于分子量和沥青质含量的。高分子量流量改良剂是含沥青质较多的原油的最好的

2、添加剂而低分子量降凝剂在含少量沥青质的原油中也有很好的表现。单独 加少量的二甲苯(1 wt. %)等作为沥青质溶剂,或结合降凝剂,可以提高高沥青质含量原油的黏度。1，说明从油田原油中抽取蜡的过程是昂贵的且复杂的,除此之外,还需要考虑各个油田困难的气候条件和原油的成分。绝大多数的原油和他们的产品中含有大量的蜡状物被称为石蜡。石蜡是由碳氢化合物的混合物-烷烃和链烃构成的,包括主要从20到40个碳原子,除了与分枝链烷烃和环状烃。石蜡结晶温度下降时形成,变成一种网状结构,开始吸引分子中的液态烃,直到油无法流动。在低温这一切发生的时候被称为倾点。因为石蜡沉积的原因石油管线的维护和管理以及石油产品的生产和

3、运输的成本增加,主要发生的原因是数字处理的问题或者由于季节性的问题沿线气温很低所造成的。因此,在生产、储存和运输石蜡基原油和他们的产品时, 维护油温度应高于它的自然倾点,这是很重要的。因此,需要使用降凝剂、蜡晶改性剂和倾点下降剂这样的化学产品来减少表观粘度, 限制油品的流量和倾点。这些添加剂,可以把生产中原油结蜡的现象减少至最低。根据Pederson和Ronningsen预处理的1原油蜡抑制剂是一种方法,这种方法使胶凝蜡原油的流变学特性改变从而更容易运输。蜡抑制剂(WI),倾点下降剂或者蜡晶改性剂,可以减少结晶蜡的生成,形成了一个更大的蜡晶表面比率。基本上,人们主要使用的化学品有三种: -蜡抑

4、制剂或蜡晶改性剂-清洁剂-分散剂。最后两组主要是表面活性剂比如聚氧乙烯和聚酯胺。 这些行为可能发生在管壁,但更主要的是通过破坏蜡晶的网状结构从而降低他们互相吸附粘结的作用。蜡抑制剂是一种有能力改变蜡晶体表面特性的物质。其中一个影响就是使原油在管壁形成蜡晶体网状结构的趋势降低。此外,蜡抑制剂的作用是减少三维网状结构的形成,进而降低了倒点以及粘度。因此,“倒点抑制剂”这个名字也常用来为这类的化学物质。 蜡结晶形成的机制还不清楚,但是很明显他们可以提高晶体的形态。从而减少相互连接和晶体形成立体网状结构的趋势。当然这些不同的机制包括成核,结晶和吸附。已经有多种不同观测报道蜡抑制剂是否引起的较大或较小结

5、晶、骨架结构等等。一个含蜡原油需要的高效聚合物添加剂应该有一个线性聚合物或共聚物与碳氢化合物或链烃的高分子骨干。根据据钱德等其他人的研究可以知道,很多的高分子化合物如聚烷基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯共聚物,酯的酸酐共聚物、烷基乙烯-乙酸乙烯共聚物,富马酸烷基-醋酸乙烯酯共聚物都可以作为含蜡原油的降凝剂。乙烯-乙酸乙烯共聚物是一种应用较广的降凝剂具有非常良好的性能。但是石蜡不是原油唯一的组成成分。其他成分:沥青质,原油,树脂,极性芳香烃,也应该被视为影响原油流动性重要因素。人们普遍接受了这一点:降凝剂影响晶体生成,改变蜡晶体结构并且预防蜡晶体形成网状结构,从而提高原油的流动性。人们相信降凝剂可以减少蜡

6、的析出,然而却导致了蜡结晶的问题。这改变了蜡晶的形状和大小并帮助防止蜡结晶形成联锁结构。沥青质具有氢键酚,而氮基引起质子的转移,因此导致了非牛顿流体粘度的上升。Hafiz ,Khidr4,据钱德,罗卓肯等人2证明了沥青质质质对含蜡原油的粘度及倾点有很大的影响。同时,Suryanarayana等其他人5表明,降凝剂改变一部分树脂的脂肪族,而小部分的蜡和沥青质质的极性基团不与降凝剂发生反应。Machado等其他人的报告表明6,EVA共聚物的性能非常依赖与降凝剂共聚物组成的最佳的浓度,以取得最高的效率。根据张等其他人研究7的基础上,考虑要求的极性和亲和力,烷烃的分子和EVA的分子组成,碳原子的数目E

7、VA分子片段应该低于平均水平碳原子数烷烃分子构成的蜡晶体。根据钱等其他人8研究的基础上,掺杂原油粘度和倾点的降低可以使用减小EVA管盘尺寸的解决方案。看起来,在初期管盘尺寸紧凑链是提高原油流动性的相当重要方法。这小尺寸所产生的影响的原因可能是由于原油强大的流程选择行为。本文件描述沥青质质质的综合的效果和分子量的降凝剂对伊朗含蜡原油流变性的影响。2，材料及方法2.1 材料五种混合伊朗含蜡原油(油品-1,油品-5)进行了流动性试验的测试。原油的物理特性和流变性分别记录在表格1和2中。四种类型的商业乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)与不同分子量被选为降凝剂。聚合物的特性提供在表3。2.2仪器和测试程序适

8、当数量的降凝剂在恒温槽中维持50C然后被加入原油之中。 倾点的测量方法是ASTM(美国材料试验协会)D-979。表观粘度做为温度的函数通过使用安装了具有两个间隙的RV12同心圆筒与液粘度计进行测量。在剪切速率为20 300 分之1秒的范围下对粘度进行了测量。聚合物分子量的测定是通过水凝胶渗透色谱(GPC)在一个配备了折光检测器色谱柱岛津LC10AD系统的字段106,105,104和500连接的系列进行的。四氢呋喃为流动相,在流量1毫升/分钟被使用。组成的聚合物(VA含量)用一种元素分析仪分析。蜡和沥青质质含量分别根据BP-327,IP-143决定。3.结果和讨论3.1 原油的流变性伊朗原油物理

9、特性的研究数值在表1中给出。这些含蜡原油的沥青质质含量都不同。 油品-5的沥青质质含量(7.8%)是比油品-1(0.3%)更多的,这影响了他们的流动行为。同时,这些原油的含蜡量也各不相同,从5.2%到13.1%的含蜡量对倾点和流动性都有影响。原油的粘度在剪切速率70到300分之一秒以及温度是5到40C之间的综合数据记录在表2中。很明显,通过增加剪切速率粘度明显降低。(从580mPa.s到265 mPa s以及70 s-1到300 s-1的时候沥青质质含量较低的油品-1 为15C)沥青质质温度,而(从910 mPa至620 mPa s在s70 s-1至300 s-1时高沥青质质含量的油品-5 )

10、在15C温度。结果表明,剪切速率对粘度的影响非常明显尤其是在温度低于倾点的时候。含蜡原油的这种流变特性可能是由于它的成分组成:根据EIGamal的报告10在温度高于倾点的时候含蜡原油具有牛顿液体的特性。只有在低于倾点的时候,溶解蜡的数量才开始达到饱和,在溶液中形成固体,导致的原油粘度急剧增加。在这些情况下影响粘度的主要是两个参数：温度降低和较低的剪切速率所导致的原油粘度增大。进一步冷却原油会导致相对较小的动态粘度凝胶中凝胶网络的形成进而导致强度的增大。在另一方面,所施加的能量在剪力和耗散导致原油凝胶结构被破坏。3.2 EVA共聚物的性能共聚物的化学表征在表3中有综合的描述。结果表明,EVA80

11、的分子量较高而EVA32的分子量较低。降凝剂在和环己烷以1:2的比例混合后加入原油之中。3.3 对倾点和伊朗含蜡原油流变性的分子量原油降凝剂和沥青质质质含量的影响表4显示了原油在加入,500,1000，2000年ppm(重量),分别五种降凝剂之后温度在5% 40C之间，剪切速率在100 s-1时粘度的表现。在40C粘度较低,在观察范围内使用降凝剂后，没有一个降凝剂使原油粘度显著减少。在温度低于倾点(例10C),观察到降凝剂对原油降低粘度的效果取决于它的浓度和使用降凝剂的类型。对于更高浓度的降凝剂(例如2000ppm)被发现有更好的效果。在这个温度范围、原油中所含的蜡已经变成液体而此时原油为非牛

12、顿流体。这些数据表明，在在剪切速率为100 s-1高分子量得降凝剂,(EVA80)对低沥青质质含量的原油油品-1(0.3%)具有更高的效率。 同时,分子量相对较低的降凝剂(EVA32)是对高沥青质质含量原油油品-5(7.8%)具有较好效果的。同时,表5表明对降凝剂的影响是倾点。研究发现,高分子量的降凝剂在沥青质质含量较低的原油中具有最经济的最高效的表现。 同时,分子量相对较低的降凝剂在高沥青质质含量的原油中效率也非常的显著。 这意味着沥青质质对原油来说是一种天然的降凝剂。沥青质质作用于蜡晶体,影响它们形成更大的晶体网状结构。因此,在油品-5中的蜡晶体比较小。因此含有沥青质质的原油相比于不含沥青

13、质质的原油中蜡晶体的形成速度较慢。低分子量的降凝剂中的晶体生成速率远低于高分子量的降凝剂。作为晶体生长速率较快的高分子量降凝剂,它不能使油品-5中结晶蜡的大小下降。这就是为什么低分子量的降凝剂在油品-5中具有较高的效率。图1显示降凝剂EVA20在低浓度时的性能有一个显著的。 很明显,EVA20对 VA含量要求不高，和EVA40相比在低浓度时拥有更高的效率。3.4 溶剂对流变性能的影响沥青质质的含量严重影响油品-3的特性。根据据钱德2对沥青质质的显微结构研究表明沥青质是由聚核芳烃与烷基在同一层面构成的。这些层的四周分散介质可能和聚集体的形成有很大关系。这些聚集物以胶束结构的形式组成的多层沥青质质

14、。为了提高原油的流动性,大量溶剂是用来增加沥青质溶解度的。苯、甲苯、二甲苯混合液、四氯化碳等等都是沥青质的良好溶剂。不同的溶剂浓度对降凝剂效果的影响范围在表-6中进行了比较。增加了5%的苯以后油品-3的粘度从21.26减少 到159，温度是40C。 当油品-3是加入降凝剂之后粘度的降低效果更加优秀。降低粘度添加含溶剂是为了让沥青质溶解。随后,稀释剂的影响也在降低粘度的过程中扮演了重要的角色。 表5的数据表明含沥青质较高的油品-3相比于含沥青质较低的 油品-1更加敏感。这表明,稀释的影响是可以忽略不计的。在这项研究的基础上,仅仅使用降凝剂似乎不足以改变富含沥青质的原油的性质。 实际上,原油中的沥青质将溶解在溶解剂中，而后原油将在降凝剂的作用下达到所期望的效果。4. 结论1.结果表明,剪切速率对降低粘度方面具尤其是在温度低于倾点的时候会具有非常显著的效果,粘度稳定不变时剪切速率往往维持在较高的水平。2.低分子量的降凝剂对沥青质含量较高的原油具有更好的效果比如油品-5。同时,分子量高的降凝剂对沥青质含量较低的原油有更好的效果比如油品-1。3.加入沥青质溶剂比如少量混合二甲苯(1%)结合降凝剂可以提高富含沥青质的原油的粘度。