降凝劑在原油輸送中的應(yīng)用與發(fā)展

王 帥，孟凡力，宋 博，張曉博

降凝劑在原油輸送中的應(yīng)用與發(fā)展

王 帥，孟凡力，宋 博，張曉博

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

在原油中添加降凝劑能夠有效地改善原油的流變性，降低原油凝固點(diǎn)，使之達(dá)到低溫輸送，節(jié)能降耗的目的。列舉了三條比較典型的采用添加降凝劑輸送工藝管線，充分體現(xiàn)添加降凝劑輸送工藝所帶來的好處。對國內(nèi)外降凝劑發(fā)展歷史進(jìn)行了研究整理，在種類繁多的降凝劑中選取了適合我國各地不同原油的降凝劑。

原油；降凝劑；機(jī)理；應(yīng)用

原油是每個(gè)國家都必不可少的重要的戰(zhàn)略物資和寶貴能源。原油是一種多組分的復(fù)雜的混合物。原油有很多不同的分類方法，其中可根據(jù)流動性，大致分為低凝輕質(zhì)低粘原油，易凝原油和重質(zhì)高粘原油。易凝原油因其含蠟量高，常稱為含蠟原油；重質(zhì)原油粘度高，密度大，原油瀝青質(zhì)含量也高，通常稱為稠油。而這兩種原油是易凝高粘的原油，因此在常溫下的流動性非常差，想要輸送必須經(jīng)過加熱或者添加添加劑來改變原油的流動性，從而達(dá)到正常輸送的狀態(tài)。高凝含蠟原油的管道運(yùn)輸業(yè)不僅在我國甚至在世界的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中都發(fā)揮著極其重要的作用。

我國所生產(chǎn)出的蠟基原油，因其含蠟量高、凝點(diǎn)高、粘度高，在中國俗稱為‘三高’原油。利用管道輸送原油不僅輸送量大、運(yùn)行費(fèi)用低、安全性高，而且還為國家節(jié)約了很多寶貴資源，節(jié)省財(cái)力，跟人力，這使的管道輸送成為石油工業(yè)中普遍采用的輸油方式。但是即便如此隨之帶來的問題也增多，由于是三高原油，原油沒有像水一樣的流動性，輸送過程中需要克服很多困難。如何改變含蠟原油的流變性，使其易于輸送已成為各國研究的熱門課題。

1 國內(nèi)外降凝劑的發(fā)展

降凝劑也被叫做蠟晶改良劑或者傾點(diǎn)抑制劑。它的出現(xiàn)最早在20世紀(jì)30年代，在1931年，由Davis發(fā)現(xiàn)了paraflow[1,2]，此后就發(fā)明了一種氯化石蠟和酚的縮合物的降凝劑。自Davis之后又先后出現(xiàn)了聚甲基丙烯酸酯降凝劑，聚異丁烯[2]等。到了50年代后人們開始邊研究新型的降凝劑邊進(jìn)行已有的降凝劑的改善，然而此時(shí)人們也只是局限于對餾分油的降凝。然而直到1956年由Ford等人[3]敘述了凝點(diǎn)為24 ℃的利比亞原油和凝點(diǎn)為12.8 ℃的尼日利亞原油的管輸問題后，人們才開始將降凝劑的研究擴(kuò)大到了原油。緊接著到了60、70年代，由于世界上高含蠟原油的產(chǎn)量日趨增多，并且不同產(chǎn)地的原油性質(zhì)也大不相同，因此必須伴隨著新型降凝劑研究，進(jìn)而廣泛應(yīng)用于原油的管道輸送上。1969年在歐洲236 km的鹿特丹-萊茵[4]管道上，歷史上首次采取了添加降凝劑輸送工藝。此后蘇聯(lián)、荷蘭、澳大利亞、美國、英國等十幾個(gè)國家在數(shù)十條輸油管線上采用了添加降凝劑技術(shù)[5],降凝效果顯著。從80年代以后各國對原油的要求不斷增加，因此對于降凝劑的要求也越來越高。但是此時(shí)人們不在著重開發(fā)研究新型的降凝劑，而是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改性或復(fù)配，使其提高對各類原油的適應(yīng)范圍。

我國在70年代末才開始對降凝劑開展研究，相對于國外稍晚(表1)。

目前我國對新疆，長慶，勝利，中原等原油已研制出了具有良好的效果的降凝劑，10多條的輸油管道都采用了添加降凝劑來改性輸送技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在低輸量的管道中，對于管道的安全運(yùn)行，節(jié)約資源和降低能耗發(fā)揮了十分重要的作用。目前我國對于降凝劑的研發(fā)，加劑改性輸送以及相關(guān)理論研究已趨于國際領(lǐng)先的水平。

2 現(xiàn)有添加降凝劑輸送工藝

加劑輸送就是在原油中添加化學(xué)劑改善原油的流變性，從而達(dá)到順利輸送的方法，常用的有添加降凝劑，添加降粘劑，添加減阻劑等。這些化學(xué)添加劑能夠從不同的方面改善原油的流變性。

添加降凝劑輸送工藝是輸油管道加劑輸送工藝中最重要的一個(gè)分支。在原油中添加降凝劑能夠有效的降低原油的凝固點(diǎn)和屈服應(yīng)力，降凝劑大多是一些烴的衍生物或者是酯的共聚物等，主要原理就是阻礙或者抑制蠟晶形成特殊的結(jié)構(gòu)，這樣就降低了原油的凝固點(diǎn)，使原油可以在低溫的狀態(tài)下順利輸送，甚至可以無需加熱進(jìn)行常溫輸送，這樣不僅節(jié)省了時(shí)間也節(jié)約了資源。

（1）蘇丹黑格林格-蘇丹港管道[7]

管道長1 506 km，目前是世界上最長的加劑常溫輸送管道。管道沿線最低溫度位24，采用降凝劑改性處理工藝，原油凝點(diǎn)降至23沿線可不再設(shè)立加熱站，節(jié)省投資6 000萬美元；若采用加熱輸送，中間至少需要5座加熱站，每年比降凝劑輸送技術(shù)多出36 700 t燃料油。

（2）魯寧輸油管道[8]

魯寧輸油管道從山東臨邑到江蘇儀征，全長655.37 km，中間設(shè)立11座加熱站，是我國目前采取降凝劑輸送技術(shù)中，距離最長、輸量最多、開泵站最多、運(yùn)行模式最復(fù)雜的管道。采取降凝劑處理之后，使得進(jìn)站溫度降至27，原油流動性得到了顯著改善，點(diǎn)爐方式也由原來的12站（包括首站）點(diǎn)爐，改為了夏季一站，春秋季2-5站，冬季七站點(diǎn)爐，大大的節(jié)省了燃料油。

（3）庫鄯輸油管道

庫鄯輸油管道是從庫爾勒到鄯善輸送塔里木的混合原油，全長476 km，采取了加劑輸送技術(shù)終了的溫度最低35，實(shí)現(xiàn)了首站一次加劑處理后全線常溫輸送。

3 降凝劑的降凝機(jī)理

由于原油中含有大量的蠟，因此當(dāng)溫度降低時(shí)溶在油中的蠟會結(jié)晶析出，蠟的溶解度也逐漸下降，越來越多的蠟結(jié)晶成三維空間結(jié)構(gòu)，使油失去流動性。所謂蠟晶改良劑就是改變蠟晶的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善原油流動性。但是關(guān)于如何改變蠟晶的結(jié)構(gòu)，目前還沒有完全確切的解釋，主要的解釋有以下三種，即晶核作用，吸附作用和共晶作用[1,2,9]。

（1）晶核作用。降凝劑中的成分會在高于原油析蠟溫度的情況下結(jié)晶析出,而此時(shí)它便會成為蠟晶發(fā)育的中心，形成小的蠟晶，但是卻不會形成十分大的蠟團(tuán)。

（2）吸附作用。吸附作用認(rèn)為蠟晶析出后降凝劑便吸附在其晶核之上，使之與其他蠟晶不易粘附而不形成大的蠟團(tuán)。

（3）共晶作用。降凝劑與蠟同時(shí)析出，并且會抑制蠟的結(jié)晶成大的蠟團(tuán)，而是在降凝劑中的烷基鏈上結(jié)晶。由于降凝劑不是所有的碳原子都與蠟晶結(jié)合，因此降凝劑烷基鏈必須要多于蠟中的碳鏈，才可能最大限度的接近降凝的最好效果。

4 降凝劑的種類及應(yīng)用

降凝劑一般都是以共聚物化合物等形式存在的，最常用的就是乙烯醋酸乙烯酯共聚物，苯乙烯馬來酸酯共聚物，丙烯酸酯均聚物等，或者是與其他的成分共聚得來的。而近些年來也一直未停止關(guān)于馬來酸酐，甲基丙酸酯，苯乙烯和胺類化合物等[1]成分合成三元共聚物的研究，我國種類及使用情況見表2。

添加降凝劑輸送工藝可以有效地降低原油凝固點(diǎn)，改善原油的流動性，使原油在管道輸送中減少許多中間站的加熱環(huán)節(jié)，降低了原油出站溫度，節(jié)省了大量的燃料油，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益(表3)。

5 結(jié)束語

近些年，世界各國原油的開產(chǎn)都在不斷的增加，如何更好更合適的使用降凝劑輸送工藝，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益一直都是研究的焦點(diǎn)。

目前降凝劑也還有其局限性，比如我國大慶原油中富含膠質(zhì)成分，盡管國內(nèi)近幾十年從未停止對大慶原油降凝劑的改性研究，但是難度一直非常大；每一類的降凝劑都有其選擇性，因此必須根據(jù)不同的原油不同的性質(zhì)對降凝劑進(jìn)行選擇；降凝劑的使用量也是各不相同，必須經(jīng)過試驗(yàn)研究選擇出最優(yōu)添加量。否則在長距離輸送中降凝劑的效果會受很大影響，難以滿足輸送要求。

我國對降凝劑的研究相比國外還有差距，我們應(yīng)加強(qiáng)機(jī)理的研究，善于思考，敢于創(chuàng)新，研制出適合我國原油的降凝劑，有效地降低原油輸送中面臨的困難，從而為我國原油管輸行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］金明皇，李克華，吳蘭蘭.管輸原油降凝劑的研究進(jìn)展[J].精細(xì)石油化工，2012，13(6):34-37.

［2］張巧鳳.原油降凝劑研究概況[J].延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，24(5):54-56.

［3］FORD P E,ELLS J W,RUSEEL R J.Handling high pour point crude in pipelines[C].API 16th Annual Pipeline Conference Paper.Dallas,1956.

［4］BROD M,DEANE B C,ROSSI F.Field experence with the use of a dditives in the pipeline transportation of waxy crudes[J].Inst Petrol, 1971,57(555):110-116.

［5］張勁軍，張帆，黃啟玉，嚴(yán)大凡.含蠟原油添加降凝劑輸送工藝回顧與展望[C].中國石油天然氣公司新技術(shù)推廣中心三次采油用聚合物和原油管道集輸降凝劑技術(shù)交流會論文.北京:1997.

［6］ 宋昭崢，葛際江.高蠟原油降凝劑發(fā)展概況[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，25(6):117-122.

［7］苗青，徐誠等.蘇丹混合原油加劑常溫輸送工藝研究[J].油氣儲運(yùn),2007,23(1):11-14．

［8］王可中，裘東平，李春光,等.魯寧管道添加CE-S原油改性劑工業(yè)性試驗(yàn).油氣儲運(yùn)，1998，17(2):13-18．

［9］惠艷丹，拓榮慶. 降凝劑在原油管輸中的應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù)，2012，(10)126-137.

［10］王金璽.原油降凝劑的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢[J].價(jià)值工程,2012，(6)31-32.

［11］張付生，王彪，謝慧專，董麗堅(jiān),等.原油降凝劑在我國長輸管線上的應(yīng)用[J]. 油田化學(xué)，1999，16(4):368-371.

Application and Development of Pour Point Depressant in Crude Oil Transportation

WANG Shuai，MENG Fan-li，SONG Bo，ZHANG Xiao-bo
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

Adding pour point depressant in crude oil can effectively improve the rheological properties of the crude oil and reduce the freezing point to transport crude oil at low temperature and to achieve the purpose of saving energy and reducing consumption. In this paper, three typical pipelines with pour point depressant delivery process were introduced, and the benefits of using pour point depressant delivery process were embodied. The development history of the pour point depressant at home and aboard was researched, and how to select the suitable pour point depressant for different crude oil in China was discussed.

Crude oil; Pour point depressant; Mechanism; Application

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）05-1103-03

2014-11-23

王帥（1990-），男，遼寧遼陽人，碩士，2013年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，研究方向：油氣儲運(yùn)工程。E-mail：15141312426@163.com。