孫 旭，劉 丹，張愛民，李文深，李東勝*，李曉鷗，李權(quán)江

（1.遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 113001;2.中國石油天然氣股份有限公司 華北石化分公司，河北 任丘 062550）

印尼油砂油凈化的研究

孫 旭1，劉 丹1，張愛民2，李文深1，李東勝1*，李曉鷗1，李權(quán)江1

（1.遼寧石油化工大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部，遼寧 撫順 113001;2.中國石油天然氣股份有限公司 華北石化分公司，河北 任丘 062550）

水洗法分離印尼油砂制得的油砂油，其密度大、黏度高以及機械雜質(zhì)含量高等性質(zhì)嚴重影響加工和利用。通過改變油砂油的黏度和密度，可以降低機械雜質(zhì)的含量，有利于提高油砂油的質(zhì)量。試驗采用自然沉降法對印尼油砂油進行凈化，分別考察了沉降時間、輕油加入量和沉降溫度等因素對凈化效果的影響，探尋最佳的操作條件。結(jié)果表明：在沉降時間為72h，輕油加入量為40%，沉降溫度為90℃的條件下，可以有效降低油砂油中機械雜質(zhì)的含量，使機械雜質(zhì)含量小于0.1%。

油砂油；凈化；自然沉降；因素

前言

隨著常規(guī)石油資源的枯竭，油砂等非常規(guī)石油資源日益受到全球的關(guān)注[1]，其供應(yīng)和利用將對未來世界能源的安全提供有力的保障。為緩解常規(guī)原油的供應(yīng)緊張局面，油砂油等非常規(guī)能源被轉(zhuǎn)化成輕質(zhì)原油進行利用越來越普遍[2]。油砂油[3]，亦稱油砂瀝青，外觀呈黑褐色，是一類高黏度、高含水、高機械雜質(zhì)且流動性較差的重質(zhì)原油[4]。水洗法分離油砂油[5～8]主要是利用油砂和水劑反應(yīng)來達到驅(qū)油的目的。試驗中產(chǎn)生的氣體相當(dāng)于空氣法中的空氣作用，能夠降低油砂之間的表面張力，試驗中氣體的產(chǎn)生把油砂油攜帶到上層[9]。隨著反應(yīng)的進行，油砂中大部分的砂子反應(yīng)消失同時生成氣體，在二者共同作用下實現(xiàn)油砂的分離。水劑溶解了油砂中大部分的砂子，還有一定量的砂子混合在油砂油中形成機械雜質(zhì)。印尼油砂油性質(zhì)比遼河曙一區(qū)超稠原油[10]（密度0.9977g/cm3，黏度1223.9mm2/s，水分2.85%，機械雜質(zhì)0.27%）還差，其機械雜質(zhì)含量高達17.5%，對后續(xù)加工很不利，必須對粗油砂油進行凈化處理。對于高機械雜質(zhì)的粗油砂油，一般常用的原油凈化技術(shù)（如電化學(xué)技術(shù)[11-12]、過濾技術(shù)等）很難對其進行處理。根據(jù)原油凈化技術(shù)并結(jié)合油砂油自身黏度高、密度大的特性，本試驗擬采用加熱自然沉降技術(shù)對油砂油進行凈化。自然沉降廣泛應(yīng)用于原油預(yù)處理中，該技術(shù)具有設(shè)備簡單、綠色環(huán)保、操作容易等優(yōu)點[13]。此外，沉降溫度升高一方面可以有效降低油品的黏度，另一方面可以有效地增加雜質(zhì)粒子之間相互碰撞的可能，進而使沉降速度增大[14]。本試驗中油砂油經(jīng)過處理，可以有效降低油砂油中機械雜質(zhì)的含量，使其含量低于0.1%，滿足原油中機械雜質(zhì)的要求[15]。

1 實驗部分

1.1 原料

由實驗室低溫水洗分離出的印尼油砂油，性質(zhì)見表1。

表1 油砂油性質(zhì)Table 1 The properties of the sands oil

1.2 油砂油機械雜質(zhì)含量的測定[16]

油砂油機械雜質(zhì)含量是根據(jù)GB/T 511—2010測定，具體步驟：將油砂油溶于甲苯中，靜置2h后，然后將兩者混合溶液進行減壓過濾，將帶有機械雜質(zhì)的濾紙放入已恒重的稱量瓶中并置于烘箱中干燥2h，取出稱量瓶放置于干燥器中冷卻30min，稱量。油品的機械雜質(zhì)含量（%，m/m）按下式進行計算：

X=（M3—M2）/M1×100%

M3：帶有機械雜質(zhì)的濾紙和稱量瓶的質(zhì)量，g

M2：濾紙和稱量瓶的質(zhì)量，g

M1：油砂油的質(zhì)量，g

測定值均以質(zhì)量分數(shù)表示。

1.3 試驗原理

由于低溫水洗法提取得到的油砂油的凝點高，黏度大（流動性差），導(dǎo)致了在里面包裹的細小砂礫及雜質(zhì)的很難去除。試驗主要采用恒溫加輕油稀釋瀝青油的方法，這樣不僅保證了油品良好的流動性，增加了油與機械雜質(zhì)之間的密度差，還在某些程度上進一步改善了油品的性質(zhì)，使處理完的油砂油的利用空間更大。

根據(jù)斯托克斯沉降公式[17]

μt—球形顆粒的自由沉降速度，[m/s];

dp—顆粒直徑，[m]；

ρs—顆粒密度，[kg/m3]；

ρ—流體密度，[kg/m3]；

g—重力加速度[m/s2]；

μ—流體的動力黏度[p·s]

從公式可以看出顆粒的沉降速率和本身的顆粒密度，直徑及流體的黏度和密度有很大關(guān)系。試驗中所測顆粒的密度及直徑都是不變的，可以得出顆粒的沉降速率與流體的黏度及密度有關(guān)。依據(jù)沉降公式中的對應(yīng)關(guān)系，可以得到，油品的黏度和密度越小，相應(yīng)的顆粒沉降的速度也就越大。通過摻入輕油可以有效降低油品的黏度和密度，增大油品的流動性，進而顆粒沉降速度增大，粒徑小的顆粒能夠沉降下來，從而實現(xiàn)油品的凈化。

1.4 試驗方法

根據(jù)斯托克斯沉降公式，顆粒的沉降速率和介質(zhì)的黏度、密度有關(guān)，如果有效地降低油品的黏度，減小油品的密度會使雜質(zhì)有效地得到沉降。本試驗采用恒溫加溶劑法進行自然沉降，具體操作為：向250mL的量筒內(nèi)加入輕油稀釋的油樣，在一個因素（沉降時間、輕油量和沉降溫度等）固定的操作條件下放在烘箱中進行自然沉降。經(jīng)過設(shè)定的時間（24h、48h或72h）后，用實驗室自制的大口吸管對試樣由上至下每隔2cm進行取樣，并通過樣品的機械雜質(zhì)含量來確定油品的沉降效果好壞。再根據(jù)試驗結(jié)果繪制沉降高度比（其中樣品高度為260mm，高度比為取樣高度與樣品總高度的比值）和機械雜質(zhì)之間的規(guī)律曲線做出曲線，依據(jù)曲線來進一步觀察和分析沉降時間、輕油的加入量和沉降溫度對沉降效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 沉降時間對沉降改質(zhì)效果的影響

圖1 沉降時間對油砂油改質(zhì)的影響Fig.1 The effect of setting time on the modification for sands oil

測試結(jié)果如圖1所示。試驗條件為：輕油量40%，沉降溫度90℃，分別沉降48h、72h和96h。從圖1可知，在高度比小于0.4時，同一高度下，增加沉降時間，可提高油砂油的脫雜質(zhì)量。這說明改質(zhì)的好壞與沉降時間具有重要關(guān)系。在一定的時間范圍內(nèi)，沉降時間越長越有利于雜質(zhì)含量的降低。但沉降72h和96h時，油砂油中雜質(zhì)含量變化趨勢不太明顯，這是由于隨著沉降時間的增加，未沉降雜質(zhì)的顆粒粒徑越來越小，進而使沉降速率變小，雜質(zhì)的沉降和分離變得很困難，改質(zhì)效果不明顯。因此，沉降時間選擇72h為宜。

2.2 輕油加入量對沉降改質(zhì)效果的影響

在沉降時間為72h，沉降溫度為90℃的條件下，分別考察了不同輕油加入量的改質(zhì)效果，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，增大輕油的加入量時，可提高油砂油改質(zhì)的效果。這主要是根據(jù)相似相容原理，摻入輕油可以有效降低油品的黏度和密度，增大油品的流動性。由斯托克斯公式可知，密度和黏度的降低可以增大雜質(zhì)顆粒的沉降速度，使沉降效果更加明顯。在高度比小于0.3的范圍內(nèi)，輕油加入量為40%和50%時，機械雜質(zhì)含量皆能達到小于0.1%的要求，改質(zhì)效果非常顯著。出現(xiàn)相似效果的原因是輕油到達一定量時，油砂油的密度和黏度基本不變，根據(jù)斯托克斯公式，沉降速度也近似不變，因此改質(zhì)能力達到極限。如果繼續(xù)增加，消耗的輕油的成本迅速增加，也給油砂油的后續(xù)利用增加了很大的附加成本。因此，推薦輕油加入量為40%。

圖2 輕油加入量對油砂油改質(zhì)的影響Fig．2 The effect of amount of light oil on the modification for sands oil

2.3 溫度對沉降改質(zhì)效果的影響

經(jīng)過前期反復(fù)研究表明，油砂油在自然沉降時的沉降溫度應(yīng)選取80～95℃左右。這是因為當(dāng)沉降溫度小于80℃時，油砂油的流動性較差，不利于雜質(zhì)的沉降。因此，選擇在沉降時間為72h，稀油量為40%的條件下，分別在80℃，85℃，90℃，95℃的溫度下進行沉降試驗。結(jié)果如圖3所示。

圖3 沉降溫度對油砂油改質(zhì)的影響Fig．3 The effect of setting temperature on the modification for sands oil

由圖3可知，在高度比小于0.3時，隨著溫度的升高，改質(zhì)的效果逐漸變好。根據(jù)斯托克斯公式，沉降速度與黏度成反比。當(dāng)溫度升高時，油砂油的黏度變小，沉降速度變大，改質(zhì)效果較好。而沉降溫度為90℃和95℃時，油砂油的黏度變化不大，因此，沉降效果相差不大?？紤]到溫度上升帶來的能耗和設(shè)備的成本問題，建議采用90℃進行沉降。

3 結(jié)論

（1）系統(tǒng)考察了沉降時間、輕油加入量和沉降溫度等條件對印尼油砂油凈化效果的影響。通過對上述各影響因素的考察，得出了印尼油砂油凈化的最佳操作條件：沉降時間為72h，輕油加入量為40%，沉降溫度為90℃。

（2）在上述最佳操作條件下，油砂油中機械雜質(zhì)含量降至0.04%，取得了很好的凈化效果。

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Research on Purification of Indonesian Sands Oil

SUN Xu1,LIU Dan1,ZHANG Ai-min2,LI Wen-shen1,LI Dong-sheng1,Li Xiao-ou1and LI Quan-jiang1
（1.College of Chemistry,Chemical Engineering and Environmental Engineering,Liaoning Shihua University,Fushun 113001,China;2.North China Petrochemical Company,PetroChina,Renqiu 062550,China）

The sands oil can be obtained from Indonesian sands by water separation.However it is hard to process and use sands oil for its high content of mechanical impurities,high density and viscosity.The content of mechanical impurities can be reduced by changing density and viscosity of the sands oil,which will help to improve the quality of sands oil.The free setting method is adopted to purify Indonesian sands oil;three factors are investigated to explore its optimum process conditions,such as the time,the amount of light oil and the temperature.The results show that the mechanical impurities can be reduced efficiently and its content was less than 0.1%by a 72h free setting at 90℃with adding 40%light oil.

Sands oil;purified;free setting;factor

TE 624.1

A

1001-0017（2015）02-0129-03

2014-11-27

孫旭（1989-），男，山東菏澤人，在讀碩士生，研究方向為非常規(guī)石油資源的利用。E-mail:sunxulnpu@126.com

*通訊聯(lián)系人