重油膠體結(jié)構(gòu)的介觀模擬

任 強(qiáng)，代振宇，周 涵

（中國(guó)石化 石油化工科學(xué)研究院，北京100083）

自1924年以來(lái)，人們不斷發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了石油分散體系的膠體溶液的行為特征［1－2］，并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，瀝青質(zhì)所以成為原油中最難加工的組分是因其形成了膠體顆粒。由于瀝青質(zhì)的極性和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使它在原油的開(kāi)采和加工的過(guò)程中有絮凝和沉淀的趨勢(shì)［3］。因而重新認(rèn)識(shí)石油分散體系狀態(tài)，并將其考慮進(jìn)石油加工和開(kāi)采過(guò)程，對(duì)于提高石油的開(kāi)采利用率及改善石油產(chǎn)品的分布和質(zhì)量具有特別重要的意義。重油體系處于最有利于加工時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為活化狀態(tài)［4］?；罨癄顟B(tài)為重油加工中極為重要的一個(gè)狀態(tài)，而這一狀態(tài)與重油的膠體結(jié)構(gòu)有關(guān)。

近年來(lái)，學(xué)術(shù)界圍繞膠體結(jié)構(gòu)的分子模擬十分活躍，并采用分子動(dòng)力學(xué)（MD）［5］及耗散粒子動(dòng)力學(xué)（DPD）［6］研究了重質(zhì)油的膠體結(jié)構(gòu)及其影響因素，對(duì)膠體結(jié)構(gòu)有了深入的了解。對(duì)于重油加工來(lái)說(shuō)，為了進(jìn)一步深加工得到更多的輕質(zhì)產(chǎn)品，要對(duì)更多的重質(zhì)成分如膠質(zhì)、重芳烴甚至瀝青質(zhì)進(jìn)行加工，從而需要達(dá)到分子煉油的技術(shù)水平。但是，重油是一種復(fù)雜的混合物，具體到哪些結(jié)構(gòu)的分子處于膠團(tuán)的什么位置？處于膠體體系的什么位置？是在連續(xù)相中還在膠團(tuán)內(nèi)？如果在膠團(tuán)內(nèi)，那它處于何種分子結(jié)構(gòu)之間？目前的研究還無(wú)法給出這些問(wèn)題的答案。而在煉油工業(yè)中，迫切需要了解這些問(wèn)題以便于進(jìn)一步指導(dǎo)設(shè)計(jì)催化劑，將更多的易轉(zhuǎn)化為焦炭的物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檩p質(zhì)油分，本研究的內(nèi)容正是針對(duì)了這一問(wèn)題。筆者擬用分子模擬方法從介觀尺度（10～1000nm）來(lái)研究重油的膠體微觀結(jié)構(gòu)信息及其穩(wěn)定性，為重油的貯存、運(yùn)輸和加工提供理論指導(dǎo)。

1 重油膠體結(jié)構(gòu)介觀模擬的工具、方法和思路

1.1 分子模擬工具

本分子模擬計(jì)算所采用的計(jì)算機(jī)硬件包括SGI origin3200超級(jí)計(jì)算服務(wù)器，SGI Altix 450超級(jí)計(jì)算服務(wù)器。采用Materials Studio4.4軟件。

1.2 模擬方法

介觀層次上的計(jì)算機(jī)模擬方法發(fā)展很快，是目前計(jì)算化學(xué)的前沿研究領(lǐng)域。DPD法［7－10］是綜合了分子動(dòng)力學(xué)和宏觀流體力學(xué)理論的一種新方法。該方法既反映了體系中物質(zhì)間的微觀相互作用，又體現(xiàn)了物質(zhì)團(tuán)簇的流體力學(xué)行為，可以表達(dá)大分子體系大規(guī)模團(tuán)簇之間的相互作用，是一種靈活高效的應(yīng)用于復(fù)雜流體體系的動(dòng)力學(xué)模擬方法。DPD法直接在其運(yùn)動(dòng)方程中引進(jìn)長(zhǎng)程流體力學(xué)力，從而能更真實(shí)地模擬相分離的動(dòng)力學(xué)過(guò)程和其他依賴(lài)于長(zhǎng)程相互作用的過(guò)程。

在DPD法中，基本顆粒是“珠子”，用珠子表示流體材料的一個(gè)小區(qū)域，相當(dāng)于在MD模擬中的原子和分子。在其假設(shè)中，將所有小于1個(gè)“珠子”半徑的自由度調(diào)整出去，只保留“珠子”間粗粒狀的相互作用。在“珠子”對(duì)之間存在3種力，即守恒力、耗散力和隨機(jī)力。所有這些力是短程力，并具有一個(gè)固定的截止半徑。通過(guò)適當(dāng)選擇這些力的相對(duì)大小，可得到一個(gè)對(duì)應(yīng)于吉布斯－卡諾系綜的穩(wěn)定態(tài)。對(duì)珠子運(yùn)動(dòng)方程積分，可以產(chǎn)生一條通過(guò)系統(tǒng)相空間軌跡線，由此可以計(jì)算得到熱力學(xué)數(shù)據(jù)，如密度場(chǎng)、序參量、相關(guān)函數(shù)、拉伸張量等。與常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)和布朗動(dòng)力學(xué)模擬相比，DPD法的優(yōu)勢(shì)在于，所有力都是“軟的”，允許使用更長(zhǎng)的時(shí)間步長(zhǎng)和相應(yīng)更短的模擬時(shí)間。

1.3 模擬思路

確定重油中代表不同餾分的分子結(jié)構(gòu)，確定模擬中能夠代表不同組分的“珠子”。用Blends方法計(jì)算不同“珠子”間的相互作用參數(shù)χ。按照不同的條件進(jìn)行耗散粒子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，得到重油的介觀聚集形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 DPD模擬中重油的組成確定

由于重油的組成非常復(fù)雜，而DPD法模擬中不可能全部來(lái)計(jì)算這些組成，為此根據(jù)DPD法模擬的機(jī)理進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化。DPD法模擬中最重要的參數(shù)是代表不同物質(zhì)“珠子”間的排斥參數(shù)a，而a可由相互作用參數(shù)χ求出。因此，DPD法模擬的關(guān)鍵就轉(zhuǎn)化為確定各種組分分子間的相互作用參數(shù)χ。在DPD法模擬中，要求不同“珠子”的相對(duì)分子質(zhì)量和大小相近，而重油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小分子的相對(duì)分子質(zhì)量。為此，使用類(lèi)似于DPD法中處理高分子材料間的相互作用參數(shù)的方法，根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的變化倍數(shù)來(lái)改變相互作用參數(shù)的變化倍數(shù)。確定以C7直鏈烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量為基準(zhǔn)，其它組分的相對(duì)分子質(zhì)量與C7直鏈烷烴的相對(duì)分子質(zhì)量的比值去除組分間的相互作用參數(shù)，這樣得到相對(duì)分子質(zhì)量大小相近的2種“珠子”之間的相互作用參數(shù)，進(jìn)而得到不同物質(zhì)“珠子”間的排斥參數(shù)a。由于分子間的相互作用參數(shù)是由Blends模塊進(jìn)行計(jì)算的，分子間的微觀結(jié)構(gòu)信息通過(guò)分子間的相互作用參數(shù)來(lái)體現(xiàn)，這樣就消除了柔性鏈狀分子（飽和分）與剛性平面分子（瀝青質(zhì)）在DPD法模擬中分子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的影響。按照此方法，將重油組分中的多種分子間的相互作用參數(shù)進(jìn)行Blends計(jì)算，按照相對(duì)分子質(zhì)量的大小換算成質(zhì)量相近的“珠子”間的相互作用參數(shù)，進(jìn)而得到不同物質(zhì)“珠子”間的排斥參數(shù)a，結(jié)果如表1所示。通過(guò)對(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)比，可以確定代表重油組成的分子類(lèi)型。

表1 298K時(shí)重油各種分子間的相互作用參數(shù)（χ）及排斥參數(shù)（a）Table 1 Intermolecular interaction parameter（χ）and rejection parameter（a）of heavy oil at 298K

飽和分可分為鏈烷烴和環(huán)烷烴兩部分。由表1可知，直鏈烷烴C7和其帶支鏈的異構(gòu)體iso－C7與瀝青質(zhì)的相互作用參數(shù)相近且都非常大，達(dá)到了30以上。在DPD法模擬中，“珠子”間的相互作用參數(shù)是關(guān)鍵的因素，若2種“珠子”間的相互作用參數(shù)相近，可近似用1種來(lái)代替其他相近的“珠子”。因此，在DPD法模擬中所有同分異構(gòu)體烷烴分子可以用1種分子來(lái)代替，本研究中用n－C7分子來(lái)代替其同分異構(gòu)體分子。另外，由表1還可知，環(huán)烷烴中單環(huán)、雙環(huán)和三環(huán)烷烴與瀝青質(zhì)的相互作用參數(shù)相近且都較大，均在14以上，而環(huán)烷烴間的相互作用參數(shù)很小甚至為負(fù)值，說(shuō)明環(huán)烷烴之間具有良好的相容性，而與瀝青質(zhì)的相容性卻較差，故環(huán)烷烴間可相互代替，取其有限的具有代表性的分子表示重油中的環(huán)烷烴分子。

對(duì)于芳香組分，隨著環(huán)數(shù)的增加，與瀝青質(zhì)的相互作用參數(shù)變小，當(dāng)環(huán)數(shù)達(dá)到4時(shí)，相互作用參數(shù)變?yōu)樨?fù)值，表現(xiàn)出了與瀝青質(zhì)較好的相容性。因?yàn)樵谑透叻悬c(diǎn)餾分中，芳香組分以單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)芳香烴的含量為多，且四環(huán)以上組分與其它組分的相互作用參數(shù)類(lèi)似于膠質(zhì)與其它組分的相互作用參數(shù)，所以分別選用單環(huán)、雙環(huán)、三環(huán)及四環(huán)芳烴作為芳香分的組分。

選取多種不同的膠質(zhì)分子，分別計(jì)算與其它組分分子的相互作用參數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管膠質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)不同，但其與瀝青質(zhì)的相互作用參數(shù)均為負(fù)值，表現(xiàn)出較好的相容性。為了減少計(jì)算中“珠子”的類(lèi)型，故將膠質(zhì)分子作為1個(gè)“珠子”來(lái)研究。

對(duì)不同的瀝青質(zhì)分子進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果表明，含有N、S、O等雜原子的瀝青質(zhì)分子極性均非常大，且瀝青質(zhì)分子間的相互作用參數(shù)均為負(fù)值，表現(xiàn)出了較好的相容性，所以可以用1種“珠子”來(lái)代表重油中的瀝青質(zhì)分子。

根據(jù)以上分析結(jié)果，分別選取了不同結(jié)構(gòu)的分子代表重油中的飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)組分，其分子結(jié)構(gòu)式如表2所示。

2.2 重油DPD模擬中“珠子”類(lèi)型的確定及模擬參數(shù)的設(shè)置

2.2.1 “珠子”類(lèi)型的確定

在確定了重油組分后，要選擇一定的“珠子”來(lái)代表這些組分。由于DPD法模擬中最多容許10種類(lèi)型“珠子”，因此，本著用較少的“珠子”種類(lèi)盡可能地表示多種組分的原則，確定了“珠子”所代表的分子結(jié)構(gòu)，見(jiàn)表2。

表2 重油組分的模型化合物及DPD模擬“珠子”類(lèi)型Table 2 Model compounds of heavy oil component and type of the beads in DPD

2.2.2 模擬參數(shù)的設(shè)置

將“珠子”間的相互作用參數(shù)χ轉(zhuǎn)化為DPD法模擬中的排斥參數(shù)a，結(jié)果列于表3。將表3中的數(shù)值作為DPD模擬參數(shù)。“珠子”的初態(tài)采取隨機(jī)放置，每個(gè)體系共進(jìn)行400000步模擬計(jì)算，步長(zhǎng)0.03，模擬經(jīng)歷時(shí)間12000，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。

模擬盒子的大小（VDPD）設(shè)定為20×20×20的正方體。為了使模擬中“珠子”的相互作用的數(shù)目最少，“珠子”的密度（每個(gè)盒子中“珠子”的個(gè)數(shù)，ρDPD）取最小值。Groot等［8］已證明，ρDPD為3時(shí)能滿足模擬條件，故本模擬中設(shè)定ρDPD為3。

2.3 DPD法模擬的重油膠體結(jié)構(gòu)和膠體穩(wěn)定性

2.3.1 單分子模擬的重油膠體結(jié)構(gòu)

按照表2所列的模型化合物代表重油體系，每個(gè)模型化合物分子作為1個(gè)DPD“珠子”進(jìn)行模擬計(jì)算。圖1為298K時(shí)DPD法模擬的重油膠體結(jié)構(gòu)。由圖1可見(jiàn)，瀝青質(zhì)作為重油中最重的組分，其分子作為分散相的核分散在重油中。膠質(zhì)分子圍繞在瀝青質(zhì)分子的外圍，而三環(huán)芳烴分子又圍繞在膠質(zhì)分子周?chē)?，形成了一個(gè)從內(nèi)到外極性逐漸變?nèi)醯哪z團(tuán)，分散在分散介質(zhì)中；一些極性較小、相對(duì)分子質(zhì)量小的輕組分，如直鏈烷烴、環(huán)烷烴和一些輕芳烴則作為分散介質(zhì)。重油就是以這些小分子為分散介質(zhì)，以瀝青質(zhì)為核心，外圍由膠質(zhì)和重芳烴所包圍的膠團(tuán)為分散相的膠體結(jié)構(gòu)，與Storm等［11］的研究結(jié)果一致。

表3 重油DPD模擬中“珠子”在298K時(shí)的排斥參數(shù)（a）Table 3 Rejection parameter（a）of beads in DPD simulation of heavy oil at 298K

圖1 298K時(shí)DPD法模擬的重油膠體結(jié)構(gòu)Fig.1 Colloidal structure of heavy oil at 298Ksimulated by DPD

為了進(jìn)一步分析各組分的分布情況，將DPD法模擬結(jié)果中的各組分進(jìn)行了分離。圖2為在298K時(shí)DPD法模擬重油各組分的分布。由圖2可知，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等組分形成膠團(tuán)結(jié)構(gòu)，而烷烴和環(huán)烷烴等組分作為分散介質(zhì)，形成重油的膠體溶液。

圖2 298K時(shí)DPD法模擬的重油體系中各組分的分布Fig.2 Distributions of heavy oil components simulated by DPD at 298K

2.3.2 組分含量對(duì)瀝青質(zhì)聚集體的影響

重油體系的膠體穩(wěn)定性受到多方面因素的制約，其中組分含量對(duì)其具有重要的影響。各種組分通過(guò)分子間的作用力，使整個(gè)重油體系處于膠體穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)組分發(fā)生變化時(shí)，其分子間的作用力相應(yīng)發(fā)生變化，將會(huì)使膠體的平衡受到破壞，導(dǎo)致瀝青質(zhì)的聚沉。

（1）膠質(zhì)含量的影響

為了考察膠質(zhì)含量的變化對(duì)瀝青質(zhì)聚集體的影響，改變重油體系中膠質(zhì)組分的含量，采用DPD對(duì)瀝青質(zhì)分子和膠質(zhì)分子進(jìn)行計(jì)算。圖3為DPD模擬得到的298K時(shí)不同質(zhì)量比的瀝青質(zhì)與膠質(zhì)的聚集形態(tài)。由圖3可見(jiàn)，當(dāng)膠質(zhì)含量較高時(shí)，瀝青質(zhì)分子在體系中呈現(xiàn)較小的聚集，隨著膠質(zhì)含量的減少，瀝青質(zhì)的聚集體逐漸增大。

圖4為DPD模擬得到的298K時(shí)不同質(zhì)量比的瀝青質(zhì)與膠質(zhì)的聚集密度圖。由圖4可以看出，膠質(zhì)的分布并不均勻，在瀝青質(zhì)的周?chē)?，膠質(zhì)的含量會(huì)高一些，在離瀝青質(zhì)較遠(yuǎn)的地方，膠質(zhì)的含量相對(duì)較少。

圖3 DPD模擬得到的298K下瀝青質(zhì)與膠質(zhì)在不同質(zhì)量比時(shí)的聚集形態(tài)Fig.3 The aggregation state of asphaltene and resin with different proportions simulated by DPD at 298K

圖5為不同瀝青質(zhì)與膠質(zhì)質(zhì)量比下瀝青質(zhì)的密度分布曲線。由圖5可見(jiàn)，隨著膠質(zhì)含量的增加，瀝青質(zhì)的分布趨于均勻。從圖3～5可見(jiàn)，膠質(zhì)的含量對(duì)瀝青質(zhì)的分布形態(tài)具有重要的影響。這是由于膠質(zhì)的結(jié)構(gòu)與瀝青質(zhì)的結(jié)構(gòu)相似，極性也相近，兩者有許多相似之處，故兩者的相溶性更好一些，膠質(zhì)對(duì)重油中形成瀝青質(zhì)為核心的膠體結(jié)構(gòu)起到了重要的作用，它對(duì)瀝青質(zhì)的分散與聚集也起到了至關(guān)重要的作用。

圖4 DPD模擬得到的298K下瀝青質(zhì)與膠質(zhì)在不同質(zhì)量比時(shí)的聚集密度圖Fig.4 The pictures of aggregation density of asphaltene and resin with different proportions simulated by DPD at 298K

（2）烷烴含量的影響

為了考察烷烴含量的變化對(duì)瀝青質(zhì)聚集體的影響，改變烷烴組分的含量對(duì)重油體系進(jìn)行了DPD模擬。

圖6為瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的烷烴時(shí)DPD模擬所得瀝青質(zhì)的聚集狀態(tài)。由圖6可見(jiàn)，隨著烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，瀝青質(zhì)的聚集體逐漸變大，說(shuō)明瀝青質(zhì)更傾向于聚集，分散性降低。這是由于烷烴組分增加后，改變了瀝青質(zhì)與膠質(zhì)分子間的作用力，體系中原有的平衡發(fā)生轉(zhuǎn)移，其膠團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使更多的瀝青質(zhì)分子發(fā)生聚集。這也是溶劑脫瀝青的基本原理。

圖5 在不同瀝青質(zhì)與膠質(zhì)質(zhì)量比下瀝青質(zhì)的密度分布Fig.5 The density distribution of asphaltene under different proportions of asphaltene and resin

向稠油中添加輕油，并逐漸增加輕油比例，每間隔5%，用顯微鏡觀察是否有瀝青質(zhì)絮凝現(xiàn)象出現(xiàn)。圖7為稠油中添加焦化柴油（烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.8%）時(shí)的顯微鏡照片。

由圖7可知，隨著焦化柴油體積分?jǐn)?shù)的增加，混合體系出現(xiàn)了瀝青質(zhì)絮凝；繼續(xù)增大柴油的比例，瀝青質(zhì)絮凝現(xiàn)象依然存在。稠油中摻入直餾汽油（烷烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.9%）時(shí)，混合體系也出現(xiàn)了瀝青質(zhì)絮凝現(xiàn)象，并且達(dá)到瀝青質(zhì)絮凝時(shí)所添加的汽油體積數(shù)比需添加的柴油體積數(shù)更少。由此可見(jiàn)，加入烷烴不利于瀝青質(zhì)膠體的穩(wěn)定，該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了分子模擬的結(jié)果。

圖6 加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的烷烴時(shí)DPD模擬所得瀝青質(zhì)的聚集狀態(tài)Fig.6 The aggregation state of asphaltene with different mass fraction alkane added w（Alkane）：（a）0.01；（b）0.05；（c）0.15；（d）0.25；（e）0.35

圖7 稠油與焦化柴油混合后的顯微鏡照片（400倍）Fig.7 The microphotograph of the blends of heavy oil and coking diesel（400times）

（3）芳烴含量的影響

圖8為加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的芳烴時(shí)DPD模擬所得瀝青質(zhì)的聚集狀態(tài)。由圖8可見(jiàn)，隨著芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，瀝青質(zhì)的聚集體逐漸變小，表明膠體的活化狀態(tài)變好，說(shuō)明了芳烴含量的增加有利于瀝青質(zhì)的分散，使膠團(tuán)結(jié)構(gòu)變小，體系處于較好的活化狀態(tài)。這是由于芳香族化合物最易被膠質(zhì)吸附和溶劑化，對(duì)石油膠體的穩(wěn)定性有利。

圖8 加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)芳烴時(shí)DPD模擬所得瀝青質(zhì)的聚集狀態(tài)Fig.8 The aggregation state of asphaltene with different mass fraction aromatics added

2.3.3 重油的膠體穩(wěn)定性

重油膠體體系的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性體現(xiàn)了使瀝青質(zhì)膠束穩(wěn)定的因素和聚沉的因素之間的動(dòng)態(tài)平衡，二者統(tǒng)一于石油膠體體系之中［12］。當(dāng)聚沉因素的影響超過(guò)穩(wěn)定因素的影響時(shí)，瀝青質(zhì)膠束將發(fā)生聚沉作用；反之，當(dāng)穩(wěn)定因素超過(guò)聚沉因素時(shí)，膠體體系處于穩(wěn)定狀態(tài)，也就是處于有利于重油流動(dòng)和加工的活化狀態(tài)。由以上分析可知，膠質(zhì)和芳香組分對(duì)重油膠體的穩(wěn)定起積極的作用，而烷烴組分對(duì)重油膠體的穩(wěn)定起消極的作用；也就是說(shuō)，體系中膠質(zhì)和芳香組分的含量越高，膠體活化狀態(tài)越好，膠體也越穩(wěn)定，而烷烴組分越多，膠體越不穩(wěn)定，瀝青質(zhì)越容易聚集。因此，重油四組分的含量決定了重油膠體的穩(wěn)定性，為了表示重油組分含量對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響，可用穩(wěn)定性指數(shù)（SI）表示重油的膠體穩(wěn)定性。用QSAR中的基因遺傳算法得到與重油四組分含量有關(guān)的穩(wěn)定性指數(shù)表達(dá)式，如式（1）所示。

式（1）中，x1、x2、x3、x4分別為飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。ramp為樣條函數(shù)，當(dāng)ramp后面括號(hào)內(nèi)的數(shù)值大于零時(shí)取實(shí)際值，當(dāng)小于零時(shí)取零。

從式（1）可知，各個(gè)組分對(duì)重油的穩(wěn)定性起著不同的作用，當(dāng)飽和分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.67時(shí)，該項(xiàng)為零，對(duì)SI值沒(méi)有任何貢獻(xiàn)，說(shuō)明對(duì)瀝青質(zhì)的膠體穩(wěn)定性不利；飽和分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.67時(shí)，其值越小，對(duì)SI值的貢獻(xiàn)就越大，膠體也就越穩(wěn)定，故0.67為飽和分對(duì)膠體穩(wěn)定性貢獻(xiàn)的臨界值。對(duì)于膠質(zhì)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，膠體越穩(wěn)定。對(duì)于瀝青質(zhì)，其含量越小，SI值越大，膠體越穩(wěn)定。另外，芳香分與膠質(zhì)的協(xié)同作用對(duì)重油膠體的穩(wěn)定也起著重要作用。由此可見(jiàn)，式（1）對(duì)重油膠體的穩(wěn)定性有著明確的物理意義，它不但揭示了不同組分含量對(duì)膠體穩(wěn)定性所起的作用，同時(shí)指出了各組分對(duì)膠體穩(wěn)定性貢獻(xiàn)的臨界值，還給出了不同組分間的協(xié)同作用對(duì)穩(wěn)定性指數(shù)的貢獻(xiàn)，可以用來(lái)描述重油膠體體系的穩(wěn)定性。

SI作為重油膠體穩(wěn)定性的表征［13］，在實(shí)際生產(chǎn)中有重要的應(yīng)用。如果要防止瀝青質(zhì)的聚沉，就要擴(kuò)大體系中膠質(zhì)和芳香分的含量；相反，要使瀝青質(zhì)聚沉，就要擴(kuò)大飽和分的含量，如向渣油體系中加入正庚烷，將會(huì)導(dǎo)致體系的膠體穩(wěn)定性下降而出現(xiàn)瀝青質(zhì)的聚沉。另外，在重油加工過(guò)程中，為了防止瀝青質(zhì)的聚沉而生焦，就要保持重油處于膠體的穩(wěn)定狀態(tài)，也就是活化狀態(tài)，使反應(yīng)能夠順利地進(jìn)行，故此時(shí)原料油組分中膠質(zhì)和芳香分的含量要較高一些。

3 結(jié) 論

（1）重油膠體結(jié)構(gòu)是以瀝青質(zhì)為核心，核心的外圍是膠質(zhì)，膠質(zhì)的外圍是多環(huán)芳烴，這樣一個(gè)從內(nèi)到外組分極性逐漸變小的膠團(tuán)。膠團(tuán)作為分散相，而飽和分和單環(huán)芳烴則為膠體體系的分散介質(zhì)。

（2）重油各組分中，膠質(zhì)和芳香組分對(duì)重油膠體的活化起積極的作用，而烷烴組分對(duì)重油膠體的活化起消極的作用。

（3）可用穩(wěn)定性指數(shù)SI作為重油膠體穩(wěn)定性的表征。SI值越大，膠體越穩(wěn)定；SI值越小，瀝青質(zhì)越容易聚集。

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