磁场降低高酸原油黏度的实验研究*

黄伟莉，王锦涛，王彩娇，吴有昊，张帮亮

(1.广东石油化工学院 化学工程学院，广东 茂名 525000；2.广东石油化工学院 石油工程学院，广东 茂名 525000)



磁场降低高酸原油黏度的实验研究*

黄伟莉1，王锦涛1，王彩娇1，吴有昊2，张帮亮2

(1.广东石油化工学院 化学工程学院，广东 茂名 525000；2.广东石油化工学院 石油工程学院，广东 茂名 525000)

采用Brookfield DV-Ⅲ Ultra流变仪，对高酸原油降黏规律进行了研究。结果表明：在磁感应强度为80 mT，磁化时间为30 min，处理温度为50 ℃和搅拌转速为600 r/min的优化磁场处理条件下，高酸原油表观黏度由53.9 mPa·s降低到45.9 mPa·s，降黏率达到14.8%；处理后的高酸值原油经50 ℃恒温静置12 h，其表观黏度基本恢复。

磁场；高酸原油；表观黏度

0　引言

随着常规原油资源日益减少和原油开采技术的不断提高，非常规原油的应用受到了人们广泛的关注，其产量亦逐年增加。高酸原油作为一种重要的非常规原油，分布广、储量大，具有价格优势，因此广泛应用于石油炼制、石油化工等领域[1-4]。由于高酸原油的酸值较高，会对原油的开采、集输和加工用设备造成腐蚀，因此，降低高酸原油的黏度，不仅能够改善原油流动性、降低能耗，并且有利于进行脱酸处理，降低对设备的腐蚀风险。许多研究表明，经磁场处理后油品的黏度值下降[4-5]。本研究采用茂名石化公司炼油分部加工用的高酸原油，进行了磁场对原油表观黏度的影响研究，并考察了原油黏度的恢复性，以期为磁场处理降低高酸原油表观黏度的工业化应用提供借鉴。

1　实验部分

1.1试剂与仪器

苏丹达混与伊朗南帕斯凝析油组成的混合油，其酸值为1.82 mgKOH/g，取样自中国石化股份有限公司茂名分公司炼油厂。

磁化反应装置(自行设计建造，其操作参数如表1所示)；可程式流变仪(Ultra LVDV-Ⅲ型，美国布氏黏度计公司)；超级恒温槽(THS-10 型，宁波天恒仪器厂)；数显电动搅拌器(JJ-1型，常州傲华仪器有限公司)。

表1　磁化反应装置操作参数

1.2实验方法

1.2.1原油磁场处理方法

设定恒温水浴为30～80 ℃，放入装有200 mL高酸原油的玻璃杯。待温度稳定30 min 后，启动恒温水浴器外循环泵，将已经恒温的高酸原油倒入磁化反应装置(见图1)中的水浴夹套杯内，放入搅拌桨于杯高1/3处，设置好磁处理转速，开始搅拌。开启控制器调整电流到对应的磁感应强度，磁化处理到规定时间，取出原油进行表观黏度测试。

图1磁化反应装置

1.2.2原油表观黏度测定法

调试好流变仪，开启恒温水浴，使与其外循环连接的玻璃水浴夹套杯温度达到30～80 ℃，将处理后的高酸原油倒入水浴夹套杯内，轻抬流变仪测试头，调整升降旋钮至 LV1测量转子的连接杆凹槽与原油液面持平，稳定 2 min。以 10 r/min的恒定转速连续测量2 min，并记录表观黏度值。

2　结果与讨论

2.1磁感应强度对高酸原油黏度的影响

在温度50 ℃，时间30 min，磁化搅拌转速600 r/min的条件下，考察了磁感应强度对高酸原油表观黏度的影响，结果如图2所示。

图2高酸原油黏度与磁感应强度的对应关系

由图2可以看出，随着磁感应强度的增大，高酸原油的表观黏度由初始的53.9 mPa·s迅速降低到经20 mT处理后的48.6 mPa·s，降黏率达9.8%。然而经40～100 mT处理后的高酸原油表观黏度值变化很小，80 mT时的表现黏度为45.9 mPa·s，降黏率为14.8%，与100 mT条件下处理的原油黏度值持平。这是因为原油主要由抗磁性的碳氢化合物组成，在静置状态下，原油分子间会在弱色散力的作用下形成不同量的团簇体，且相对杂乱地分散在体系中。

在搅拌桨搅拌切割磁力线的运动过程中，原油分子磁矩与外加磁场方向相反的电流得到增强，与外磁场相同的分子电流则受到削弱，产生与外磁场相反的附加磁场。磁化后带有附加磁矩的分子被迫按照一定的排列方式取向，改变了原来的位置，降低了原油分子的团簇量，而容易随搅拌运动方向作有序流动，从而表现为原油表观黏度降低。80 mT磁感应强度作用下的高酸原油分子接近磁饱和，再增大磁感应强度对降黏的效果并不明显。

2.2磁场作用时间对高酸原油黏度的影响

在温度50 ℃，磁化搅拌转速600 r/min，磁感应强度80 mT 的条件下，考察了磁场作用时间对高酸原油黏度的影响，结果如图3所示。

图3高酸原油黏度与磁场作用时间的对应关系

由图3可以看出，不论有没有经过磁场处理，当作用10 min后，高酸原油的表观黏度均由初始的59.3 mPa·s迅速降低到49.6 mPa·s。而未经磁场处理，仅以600 r/min的转速搅拌的空白组原油的表观黏度在随后50 min内一直维持在49.5 mPa·s 左右。经磁感应强度为80 mT且进行搅拌处理的原油表观黏度在30 min时已降到 45.9 mPa·s。继续延长磁场处理时间到60 min，高酸原油的表观黏度则有略微回升的趋势。原因是在前10 min，高酸原油表观黏度的降低主要是由机械搅拌作用引起，即原油经过搅拌桨的剪切作用，打破了静置状态下大分子团簇的稳定性，表观黏度降低，未经磁处理的原油大分子在前10 min已形成动态平衡，仅靠单一搅拌处理无法继续降低原油表观黏度。而在磁场环境下搅拌切割磁力线，对原油中每个抗磁性分子都会起作用，从团簇大分子内部开始瓦解分子间原来相对稳定的联接结构，再在搅拌形成的拉伸作用下，原油分子逐渐从团簇体上剥离，并在体系中分散开来，表观黏度在随后的20 min内继续降低。当磁场处理30 min后，原油分子已被磁饱和，搅拌与磁场协同降低原油表观黏度的效果趋于稳定。当继续延长磁场处理时间，已与运动方向取向的原油分子间继续按照磁饱和作用方向重新团聚，分子间作用力增强，表观黏度值有增加的趋势。

2.3磁化搅拌转速对高酸原油黏度的影响

在温度50 ℃，时间30 min，磁感应强度80 mT的条件下，考察了磁化搅拌转速对高酸原油表观黏度的影响，结果如图4所示。

图4高酸原油黏度与磁化搅拌转速的对应关系

由图4可以看出，随着磁化搅拌转速(范围为400～1 000 r/min)增加，未经磁场处理的高酸原油表观黏度由50.8 mPa·s 缓慢降低到48.3mPa·s，降低约5%。当转速为400 r/min，磁场处理后高酸原油表观黏度为47.4 mPa·s；当转速升至600 r/min时，表观黏度降至45.9mPa·s；当转速达到1 000 r/min，表观黏度又缓慢回升至47.0 mPa·s。但是经磁场处理的高酸原油表观黏度值整体低于未经磁处理的表观黏度值。原因与磁场作用时间对高酸原油黏度的影响相类似，搅拌与磁场有协同降低原油表观黏度的效果，但是也存在着匹配关系。在温度50 ℃，时间30 min，磁感应强度80 mT的条件下，磁化搅拌速度为600 r/min时降低原油表观黏度的效果最好；磁化搅拌速度为400 r/min时，剪切拉伸原油的速度较慢，和磁场配合降低原油表观黏度的效果略差；磁化搅拌速度为1 000 r/min时，剪切拉伸破坏原油大分子团簇间稳定结构的效果较好，但是高酸原油在磁化夹套杯内会形成湍流，切割磁力线的效果变差，综合降低高酸原油表观黏度的效果变差。

2.4磁场作用温度对高酸原油黏度的恢复

在磁感应强度80 mT，时间30 min，磁化转速 600 r/min的条件下，考察了温度对高酸原油表观黏度的影响，结果如图5所示。

图5高酸原油黏度与磁场处理温度的对应关系

由图5可以看出，随着温度的增加，经磁场处理和未处理的高酸原油的表观黏度都明显随温度增加而大幅度降低。经磁场处理的高酸原油仅在40～60 ℃的黏度值较明显低于未经磁处理的数值。原因是在磁感应强度80 mT，作用时间30 min和磁化转速 600 r/min的条件下，磁场与温度降低高酸原油存在匹配关系，低于40 ℃时，高酸原油的黏度呈现指数增长，30 ℃时的黏度已接近 130 mPa·s。高酸原油中分子间距小、作用力强，搅拌和磁场无法有效拆散原油中的大分子团簇聚集体，降黏效果不明显。当温度大于70 ℃，高酸原油的黏度约为25 mPa·s，原油中的蜡全部溶解，大分子的胶质、沥青质均匀地分散在类似真溶液的原油体系中，分子运动速度快，抵消了磁场对分子的定向作用，磁场对降黏无效果。

2.5磁场处理高酸原油的黏度恢复性

根据上述实验结果，优选磁感应强度80 mT，温度50 ℃，磁化转速 600 r/min，作用时间30 min的条件来处理高酸原油，将处理后的油样分4瓶盛装，放置在50 ℃的恒温水浴内，同时准备4瓶空白油样，定期测定其黏度值，以考察磁场处理高酸原油的黏度恢复性，结果如图6所示。

由图6可以看出，经优化条件处理后原油的表观黏度初始值为45.9 mPa·s，降黏率达14.8%；经12 h的静置，黏度已回升至53.7 mPa·s，与未处理前的原油表观黏度相当。静置24 h和48 h后再通过磁场处理，原油的表观黏度值与空白油样一致。这是由于高酸原油在温度50 ℃的条件下静置12 h后基本消磁，分子重新按照能量最低状态排列，表观黏度值恢复，这说明了磁场降低高酸原油表观黏度具有时效性。

3　结论

图6磁场处理高酸原油黏度与静置时间的对应关系

(1)在温度50 ℃，时间30 min，磁化搅拌转速600 r/min 的条件下，经20～40 mT 的磁场处理后，降低高酸原油表观黏度的效果较为明显。80 mT处理后原油表观黏度值最低，为45.9 mPa·s。

(2)在温度50 ℃，磁化搅拌转速600 r /min，磁感应强度80 mT的条件下，高酸原油的表观黏度有随处理时间(0～30 min)的延长而降低的趋势，超过30 min后，降黏效果不明显。

(3)在温度50 ℃，时间30 min，磁感应强度80 mT的条件下，高酸原油表观黏度降黏效果与磁处理搅拌速度存在匹配性，600 r/min磁处理搅拌速度下降黏效果最优。

(4)在磁感应强度80 mT，作用时间30 min，磁化转速 600 r/min的条件下，高酸原油表观黏度的降黏效果与磁处理温度存在匹配性，50 ℃磁处理温度下降黏效果最优。

(5)优化的磁处理降低高酸原油表观黏度的条件为：磁感应强度80 mT，温度50 ℃，磁处理搅拌转速600 r/min，时间30 min，该条件下高酸原油的降黏率为 14.8%。但是经过12 h的恒温静置，高酸原油的表观黏度基本恢复。

[1] 窦立荣,侯读杰,程顶胜,等.高酸值原油的成因与分布[J].石油学报,2007,28(1):8-13.

[2] 陈春光,周波,亓秉哲.对山东口岸进口高酸原油的分析与思考[J].国际石油经济,2011,19(5):41-47.

[3] 陈清涛,朱玉龙,秦一鸣,等.国内外高酸原油脱酸发展现状[J].当代化工,2014,43(6):1053-1055.

[4] 李江浩,吴世逵,戴咏川.环烷基馏分油萃取脱酸研究[J].广东石油化工学院学报,2015,25(4):34-38.

[5] 王升,康云,白永强.高粘原油磁防蜡和降粘的量子解释[J].油气储运,2012,38(8):629-632.

[6] 梁鹏志,黄伟莉,李琳锋,等.磁化处理对煤油表观粘度影响的初探[J].广东石油化工学院学报,2013,23(4)：13-15.

(责任编辑：梁晓道)

Experimental Study of Viscosity Reduction on High Total Acid Crude Oil with Magnetic Field

HUANG Weili1, WANG Jintao1, WANG Caijiao1, WU Youhao2， ZHANG Bangliang2

(1. College of Chemical Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology, Guangdong Maoming 525000, China; 2. College of Petroleum Engineering, Guangdong University of Petrochemical Technology, Guangdong Maoming 525000, China)

Brookfield DV-Ⅲ Ultra rheometer is used to study viscosity reduction rules of high total acid number crude oil. The results show that, after being magnetized, when the high total acid number crude oil is under the optimal conditions of 80 mT, 50 ℃, 30 min and 600 r/min, its apparent viscosity is reduced from 53.9 mPa·s to 45.3 mPa·s, and viscosity reduction ratio reaches 14.8%. After a 12 h duration at 50 ℃, the viscosity of high total acid number crude oil treated by magnetic field recovers.

Magnetic field; High total acid number crude oil; Apparent viscosity

2016-07-08；

2016-07-29

茂名市科技计划项目(201610)；广东大学生科技创新培育专项资金项目(pdjh2015b0362)；广东石油化工学院大学生创新创业校级培育计划项目(2015pyA001)；2016年广东省大学生创新创业训练计划项目

黄伟莉(1976—)，女，黑龙江肇州人，副教授，研究方向为石油化工工艺开发和应用。

TE624.5

A

2095-2562(2016)04-0010-04