印尼油砂油净化的研究

孙 旭，刘 丹，张爱民，李文深，李东胜*，李晓鸥，李权江

（1.辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001;2.中国石油天然气股份有限公司 华北石化分公司，河北 任丘 062550）

印尼油砂油净化的研究

孙 旭1，刘 丹1，张爱民2，李文深1，李东胜1*，李晓鸥1，李权江1

（1.辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部，辽宁 抚顺 113001;2.中国石油天然气股份有限公司 华北石化分公司，河北 任丘 062550）

水洗法分离印尼油砂制得的油砂油，其密度大、黏度高以及机械杂质含量高等性质严重影响加工和利用。通过改变油砂油的黏度和密度，可以降低机械杂质的含量，有利于提高油砂油的质量。试验采用自然沉降法对印尼油砂油进行净化，分别考察了沉降时间、轻油加入量和沉降温度等因素对净化效果的影响，探寻最佳的操作条件。结果表明：在沉降时间为72h，轻油加入量为40%，沉降温度为90℃的条件下，可以有效降低油砂油中机械杂质的含量，使机械杂质含量小于0.1%。

油砂油；净化；自然沉降；因素

前言

随着常规石油资源的枯竭，油砂等非常规石油资源日益受到全球的关注[1]，其供应和利用将对未来世界能源的安全提供有力的保障。为缓解常规原油的供应紧张局面，油砂油等非常规能源被转化成轻质原油进行利用越来越普遍[2]。油砂油[3]，亦称油砂沥青，外观呈黑褐色，是一类高黏度、高含水、高机械杂质且流动性较差的重质原油[4]。水洗法分离油砂油[5～8]主要是利用油砂和水剂反应来达到驱油的目的。试验中产生的气体相当于空气法中的空气作用，能够降低油砂之间的表面张力，试验中气体的产生把油砂油携带到上层[9]。随着反应的进行，油砂中大部分的砂子反应消失同时生成气体，在二者共同作用下实现油砂的分离。水剂溶解了油砂中大部分的砂子，还有一定量的砂子混合在油砂油中形成机械杂质。印尼油砂油性质比辽河曙一区超稠原油[10]（密度0.9977g/cm3，黏度1223.9mm2/s，水分2.85%，机械杂质0.27%）还差，其机械杂质含量高达17.5%，对后续加工很不利，必须对粗油砂油进行净化处理。对于高机械杂质的粗油砂油，一般常用的原油净化技术（如电化学技术[11-12]、过滤技术等）很难对其进行处理。根据原油净化技术并结合油砂油自身黏度高、密度大的特性，本试验拟采用加热自然沉降技术对油砂油进行净化。自然沉降广泛应用于原油预处理中，该技术具有设备简单、绿色环保、操作容易等优点[13]。此外，沉降温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杂质粒子之间相互碰撞的可能，进而使沉降速度增大[14]。本试验中油砂油经过处理，可以有效降低油砂油中机械杂质的含量，使其含量低于0.1%，满足原油中机械杂质的要求[15]。

1 实验部分

1.1 原料

由实验室低温水洗分离出的印尼油砂油，性质见表1。

表1 油砂油性质Table 1 The properties of the sands oil

1.2 油砂油机械杂质含量的测定[16]

油砂油机械杂质含量是根据GB/T 511—2010测定，具体步骤：将油砂油溶于甲苯中，静置2h后，然后将两者混合溶液进行减压过滤，将带有机械杂质的滤纸放入已恒重的称量瓶中并置于烘箱中干燥2h，取出称量瓶放置于干燥器中冷却30min，称量。油品的机械杂质含量（%，m/m）按下式进行计算：

X=（M3—M2）/M1×100%

M3：带有机械杂质的滤纸和称量瓶的质量，g

M2：滤纸和称量瓶的质量，g

M1：油砂油的质量，g

测定值均以质量分数表示。

1.3 试验原理

由于低温水洗法提取得到的油砂油的凝点高，黏度大（流动性差），导致了在里面包裹的细小砂砾及杂质的很难去除。试验主要采用恒温加轻油稀释沥青油的方法，这样不仅保证了油品良好的流动性，增加了油与机械杂质之间的密度差，还在某些程度上进一步改善了油品的性质，使处理完的油砂油的利用空间更大。

根据斯托克斯沉降公式[17]

μt—球形颗粒的自由沉降速度，[m/s];

dp—颗粒直径，[m]；

ρs—颗粒密度，[kg/m3]；

ρ—流体密度，[kg/m3]；

g—重力加速度[m/s2]；

μ—流体的动力黏度[p·s]

从公式可以看出颗粒的沉降速率和本身的颗粒密度，直径及流体的黏度和密度有很大关系。试验中所测颗粒的密度及直径都是不变的，可以得出颗粒的沉降速率与流体的黏度及密度有关。依据沉降公式中的对应关系，可以得到，油品的黏度和密度越小，相应的颗粒沉降的速度也就越大。通过掺入轻油可以有效降低油品的黏度和密度，增大油品的流动性，进而颗粒沉降速度增大，粒径小的颗粒能够沉降下来，从而实现油品的净化。

1.4 试验方法

根据斯托克斯沉降公式，颗粒的沉降速率和介质的黏度、密度有关，如果有效地降低油品的黏度，减小油品的密度会使杂质有效地得到沉降。本试验采用恒温加溶剂法进行自然沉降，具体操作为：向250mL的量筒内加入轻油稀释的油样，在一个因素（沉降时间、轻油量和沉降温度等）固定的操作条件下放在烘箱中进行自然沉降。经过设定的时间（24h、48h或72h）后，用实验室自制的大口吸管对试样由上至下每隔2cm进行取样，并通过样品的机械杂质含量来确定油品的沉降效果好坏。再根据试验结果绘制沉降高度比（其中样品高度为260mm，高度比为取样高度与样品总高度的比值）和机械杂质之间的规律曲线做出曲线，依据曲线来进一步观察和分析沉降时间、轻油的加入量和沉降温度对沉降效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 沉降时间对沉降改质效果的影响

图1 沉降时间对油砂油改质的影响Fig.1 The effect of setting time on the modification for sands oil

测试结果如图1所示。试验条件为：轻油量40%，沉降温度90℃，分别沉降48h、72h和96h。从图1可知，在高度比小于0.4时，同一高度下，增加沉降时间，可提高油砂油的脱杂质量。这说明改质的好坏与沉降时间具有重要关系。在一定的时间范围内，沉降时间越长越有利于杂质含量的降低。但沉降72h和96h时，油砂油中杂质含量变化趋势不太明显，这是由于随着沉降时间的增加，未沉降杂质的颗粒粒径越来越小，进而使沉降速率变小，杂质的沉降和分离变得很困难，改质效果不明显。因此，沉降时间选择72h为宜。

2.2 轻油加入量对沉降改质效果的影响

在沉降时间为72h，沉降温度为90℃的条件下，分别考察了不同轻油加入量的改质效果，结果如图2所示。由图2可知，增大轻油的加入量时，可提高油砂油改质的效果。这主要是根据相似相容原理，掺入轻油可以有效降低油品的黏度和密度，增大油品的流动性。由斯托克斯公式可知，密度和黏度的降低可以增大杂质颗粒的沉降速度，使沉降效果更加明显。在高度比小于0.3的范围内，轻油加入量为40%和50%时，机械杂质含量皆能达到小于0.1%的要求，改质效果非常显著。出现相似效果的原因是轻油到达一定量时，油砂油的密度和黏度基本不变，根据斯托克斯公式，沉降速度也近似不变，因此改质能力达到极限。如果继续增加，消耗的轻油的成本迅速增加，也给油砂油的后续利用增加了很大的附加成本。因此，推荐轻油加入量为40%。

图2 轻油加入量对油砂油改质的影响Fig．2 The effect of amount of light oil on the modification for sands oil

2.3 温度对沉降改质效果的影响

经过前期反复研究表明，油砂油在自然沉降时的沉降温度应选取80～95℃左右。这是因为当沉降温度小于80℃时，油砂油的流动性较差，不利于杂质的沉降。因此，选择在沉降时间为72h，稀油量为40%的条件下，分别在80℃，85℃，90℃，95℃的温度下进行沉降试验。结果如图3所示。

图3 沉降温度对油砂油改质的影响Fig．3 The effect of setting temperature on the modification for sands oil

由图3可知，在高度比小于0.3时，随着温度的升高，改质的效果逐渐变好。根据斯托克斯公式，沉降速度与黏度成反比。当温度升高时，油砂油的黏度变小，沉降速度变大，改质效果较好。而沉降温度为90℃和95℃时，油砂油的黏度变化不大，因此，沉降效果相差不大。考虑到温度上升带来的能耗和设备的成本问题，建议采用90℃进行沉降。

3 结论

（1）系统考察了沉降时间、轻油加入量和沉降温度等条件对印尼油砂油净化效果的影响。通过对上述各影响因素的考察，得出了印尼油砂油净化的最佳操作条件：沉降时间为72h，轻油加入量为40%，沉降温度为90℃。

（2）在上述最佳操作条件下，油砂油中机械杂质含量降至0.04%，取得了很好的净化效果。

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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

孙旭（1989-），男，山东菏泽人，在读硕士生，研究方向为非常规石油资源的利用。E-mail:sunxulnpu@126.com

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