高凝高蠟原油降凝劑的篩選

祝云燕，楊登奎，李洪喜

（北京日新達能技術(shù)有限公司天津分公司，天津 300270）

原油是一種復(fù)雜烴類混合物，隨溫度降低，蠟晶會析出，且溫度繼續(xù)下降，蠟晶逐漸增多，最后因形成三維網(wǎng)狀結(jié)晶而失去流動性。為改善含蠟原油的流動性，研究者采用了熱處理、添加減阻劑等多種解決方法，但這些方法普遍存在能耗大、設(shè)備投資高、管理費用高等問題。從降低能耗和生產(chǎn)成本、提高管道運行的安全性角度考慮[1]，向原油中添加化學(xué)降凝劑，是實現(xiàn)原油常溫乃至低溫輸送最簡便和最有效的方法。近年來在降凝劑的研究上，我國取得了突破性進展，研制開發(fā)出了不同系列的降凝劑[2]。但現(xiàn)有的降凝劑技術(shù)仍存在不足，如原油加劑改性后的抗剪切性能不理想，特別是原油加劑的改性效果不能滿足管線全年實現(xiàn)常溫輸送的要求。

本研究以含蠟的沈北原油和大慶原油為原料，針對高凝點、高蠟含量的沈北原油，尋找合適的原油降凝劑，使得降凝劑分子能夠通過與石蠟的相互作用，改善原油中蠟晶的形狀和結(jié)構(gòu)，從而在宏觀上降低含蠟原油的凝點，改善其低溫流動性?；瘜W(xué)劑降凝法具有操作簡單、設(shè)備投資少、不需要后處理、便于對輸油過程進行自動化管理等優(yōu)點[3]，同時，化學(xué)劑降凝法也是實現(xiàn)高含蠟原油常溫輸送，改善原油停輸再啟動的有效途徑之一。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

大慶原油和沈北原油，柴油降凝劑T4302和T803，原油降凝劑R140、R170和HT-360，原油減阻劑，原油降凝劑1號和原油降凝劑2號。

凝點測定儀，燒杯，試管，電子天平。

1.2 實驗過程

1.2.1 未加降凝劑的原油及混合油品的凝點測定

按照GB/T 510283的方法測定凝點。鑒于沈北原油的凝點較高，將油品的處理溫度定為(60±1)℃，在室溫下降溫冷卻。到某一時刻，將試管傾斜45°，靜置30s～1min，觀察試管內(nèi)液面是否流動，當(dāng)液面不再流動時，讀取此時的溫度即為油品凝點。

將大慶原油和沈北原油分別按不同的質(zhì)量比m（大慶）∶m（沈北）=9∶1、6∶4、5∶5進行混合，測定混合后原油的凝點值。

1.2.2 沈北原油加入柴油降凝劑后的凝點測定

向沈北原油中分別加入柴油降凝劑T4302和T803進行實驗，降凝劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%、0.5%、0.6%[4]。

依據(jù)凝點測定結(jié)果，確定選用柴油降凝劑T4302后，向沈北原油中加入質(zhì)量含量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的降凝劑，做沈北原油凝點降隨T4302降凝劑含量變化的曲線。

1.2.3 沈北原油加入原油降凝劑后的凝點測定

分別選用 R140、R170、HT-360、1號、2號這 5種原油降凝劑進行實驗，加入量為0.1%，結(jié)果見表5。測定沈北原油凝點時應(yīng)注意：處理溫度不能太高，以避免一些輕組分揮發(fā)；冷卻速度不能太快；不要采用低溫冷卻器，因其較適用于測量低凝點油品，對高凝點的沈北原油不合適。

1.2.4 原油減阻劑的減黏實驗

實驗溫度為(50±0.1)℃，采用φ=2.0mm，C1=1.719mm2·s-2，C2=1.274mm2·s-2的逆流黏度計進行實驗。具體加入量見表6。

2 結(jié)果與討論

2.1 原油及混合油品的凝點測定

大慶原油和沈北原油的凝點測定實驗在(60±1)℃下進行，結(jié)果見表1?；旌嫌偷哪c實驗在(60±1)℃下進行，結(jié)果見表2。由表1和表2可知，大慶原油的凝點最低，接近室溫，降凝意義不大；沈北原油的凝點最高，高于混合油品和大慶原油，超出室溫將近20℃。所以選擇凝點最高的沈北原油做降凝實驗。

表1 原油的凝點

表2 混合油的凝點

2.2 沈北原油加入柴油降凝劑的凝點測定

添加不同種類、不同比重的降凝劑于沈北原油中，測定凝點，結(jié)果見表3。沈北原油的凝點降隨降凝劑含量變化的曲線見圖1。結(jié)合表3和圖1可知，對于高凝高蠟的沈北原油，較之T803柴油降凝劑，T4302柴油降凝劑的降凝效果略好，所以選用T4302柴油降凝劑進行沈北原油的降凝實驗。

表3 加入柴油降凝劑T4302和T803的降凝效果對比

添加不同比重的柴油降凝劑T4302于沈北原油中，測定凝點，結(jié)果見表4。沈北原油的凝點降隨T4302降凝劑含量變化的曲線見圖2。由表4和圖2可知，隨著T4302加入量增加，原油的凝點降逐漸增加，T4302柴油降凝劑的加入質(zhì)量占沈北原油質(zhì)量的0.4%時達到峰值，隨后凝點降的效果逐漸減小，可見加入量為0.4%時的降凝效果最好，將沈北原油的凝點從44.3℃降到了41.9℃，降低了2.4℃。

圖1 沈北原油的凝點降隨降凝劑的含量變化曲線

表4 T4302柴油降凝劑的降凝效果

圖2 沈北原油的凝點降隨T4302降凝劑含量變化的曲線

加入原油中的降凝劑達到一定量后，降凝劑分子在蠟析出時，會與原油中絕大部分的蠟分子生成共晶晶體或吸附于蠟晶表面，形成相對穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。降凝劑用量太少,不起作用；添加量增大，處理效果將會提高，但添加量過大，處理效果不再提高，經(jīng)濟上不合理。每種降凝劑的最佳加入量需通過實驗確定。

表5是原油降凝劑的降凝效果對比。從表5可知，R140原油降凝劑的降凝效果最好，優(yōu)于其他4種降凝劑，可使沈北原油凝點降低0.5℃。與柴油降凝劑T4302的降凝效果進行對比，T4302的加入量為0.1%時，沈北原油凝點降低了0.6℃，二者效果相當(dāng)。因此原油降凝劑還需要進一步加以研究，以提高對高蠟原油的降凝效果[4]。

表5 原油降凝劑的降凝效果對比

降凝劑一般為油溶性高分子聚合物，有主碳鏈烷烴和極性側(cè)鏈。一般在含蠟原油或餾分油中加入少量的降凝劑，就能顯著降低其凝固點，改善其低溫流動性。這是實現(xiàn)含蠟原油常溫輸送、提高餾分油收率、降低能耗、提高經(jīng)濟效益的有效措施[5]。

含蠟原油的凝固點是原油中的含蠟量及蠟烴分子中碳原子數(shù)的反映。為了有效阻止蠟晶生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，要求降凝劑的碳鏈有一定的碳原子數(shù)。原油蠟分子中，碳原子數(shù)分布最集中的范圍內(nèi)的平均碳原子數(shù)即為降凝最適宜的碳原子數(shù)。這樣在降凝劑與蠟分子共同結(jié)晶時，晶核表面可被降凝劑分子群有效覆蓋，從而削弱晶體間的相互引力，改變結(jié)晶微粒大小、形狀和結(jié)構(gòu)，阻止晶粒接近，改善原油的流動性。因此，凝固點高的原油宜使用碳鏈較長的降凝劑，低凝固點的原油使用碳鏈較短的降凝劑效果會較好[6]。

2.3 不同用量減阻劑的減黏實驗

實驗溫度選為50℃±0.1℃，向沈北原油加入不同量的減阻劑進行減黏實驗，結(jié)果見表6。沈北原油的黏度隨減阻劑加入量的變化曲線見圖3。由圖3可知，減阻劑的加入量在0～100×10-6之間變化時，黏度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，減阻劑加入量為75×10-6時的降黏效果最好，可將沈北原油的黏度從 166.39mm2·s-1降到 67.53mm2·s-1，降低了98.86mm2·s-1。

表6 不同加量下沈北原油的黏度值

2.4 減黏后的沈北原油加入柴油降凝劑T4302的凝點測定

圖3 沈北油的黏度隨減阻劑加入量的變化曲線

添加不同比重的柴油降凝劑T4302于減黏后的沈北原油中，測定凝點，結(jié)果見表7。由表7可知，相比表4的實驗結(jié)果，針對減黏后的沈北原油，柴油降凝劑的降凝效果更好些，黏度值的變化規(guī)律相同，加入量為0.4%時的降凝效果最好，可將沈北原油的凝點從44.3℃降到41.6℃，降低了2.7℃，相比不減黏的原油，降低了2.4℃，降凝效果提高了0.3℃。

表7 T4302柴油降凝劑降凝效果

3 結(jié)論

1）高凝高蠟的沈北原油適合于進行降凝處理；

2）T4302柴油降凝劑的降凝效果與R140原油降凝劑相當(dāng)，均適用于處理高凝高蠟的沈北原油，0.4%為降凝劑適宜的加入量。

3）高凝高蠟的沈北原油加入減阻劑后，黏度顯著降低了59.41%，可見，減阻劑對原油減黏有一定的效果；

4）含減阻劑的沈北原油加入柴油降凝劑T4302后，降凝效果相比不減黏的原油，降凝效果增加了0.3℃。