人们生活水平的不断提高导致了对石油附属产品质量、性能的要求增高,石油添加剂可经济有效的提高石油产品质量。本文首先分析了常规添加剂的现状及发展,然后从添加剂的减阻和降粘机理着手,分析了添加剂在石油工业的应用,指出了今后的发展趋势。
1 常规添加剂现状及发展
根据应用场合的不同可将石油添加剂分为润滑油添加剂、燃料油添加剂以及复合添加剂等,不同的添加剂类型又具有不同的系列。
1.1 润滑油添加剂
石油添加剂的加入量和质量直接影响着润滑油的质量,20世纪70年代我国相关车辆、机具等对润滑油的要求不高,高端润滑油数量较少,添加剂加入量一般在2%左右,这和世界发达国家有显著差距;到80年代,我国加强了添加剂技术的攻关,逐步开发出较多新品种如磺酸盐、硫化烷基酚钙等生产装备,并形成了自己的独立生产基地,但在配方和剂量上与国外仍有较大差距,添加剂品种迅速增加。进入90年代及21世纪,我国石油化工企业加强了与国外著名公司合作,逐渐降低了与国外的差距并形成了先进的产品。
我国润滑油添加剂主要有以下发展:1)合成磺酸盐主要为钙盐,逐步发展镁盐、硫化烷基酚盐等;2)进一步发展高分子、高氮的无灰产品;3)发展多品种的抗氧防腐剂;4)发展乙丙共聚物、聚甲基丙烯酸醋、分散型增粘剂;5)发展烯烃、酯型降凝剂;6)发展硫烯和磷氮剂等油性剂和抗磨剂。
1.2 燃料添加剂
燃料添加剂是目前使用较多的添加剂,主要在煤油、汽油、柴油以及燃料油中使用,其中汽油、柴油中使用最多。由于汽车等机具的不断发展以及环保要求的不断提高,单独加工不能更好满足使用要求,只有通过添加石油添加剂才能改变油品品质。具体可分为汽油添加剂、航煤添加剂、柴油添加剂、重质燃料油添加剂等。21世纪前,燃料油添加剂产量非常少,主要原因是国内对油品质量的要求较低。现今随着工业的发展,特别是汽车工业的发展,我国燃料油添加剂已远远超过润滑油添加剂,相关高科技产品数量非常多,同时,随着对油品质量以及环保要求越来越严格,燃料油添加剂将朝着高质量、高安全性、高环保的方向发展。
2 石油添加剂减阻、降粘机理
虽然减阻剂已广泛应用在石油系统,相关影响因素也有一定了解,但人们对减阻机理仍存在争议,现将经典的减阻机理分述如下:
2.1 有效增粘理论
Lumley通过实验分析认为:高聚物分子往往在壁湍流粘性底部外层流动时拉升,增加了该处的有效粘度,伴随有效粘度的增加,粘性底层厚度也随之增加。也就是说,缓冲层(粘性底层和惯性层间)厚度增加,最终导致雷诺应力减小,实现减阻功能。
2.2 湍流抑制理论
伴随减阻剂的加入,依靠自身的粘弹性,其分子长链将被拉升,并影响流体微元运动。流体微元径向作用力使减阻剂微元发生扭曲、变形。减阻剂的分子力将抵抗产生反作用力作用在流体微元上,从而改变作用力的大小、方向,使径向力部分转为顺流轴向力,减少无用功,实现减阻。
2.3 粘弹理论
粘弹流体力学的不断发展,国内学者提出了高聚物以及表面活性剂之所以能实现减阻,其原因是粘弹性、湍流旋涡相互作用。实验分析已知,高浓度的高聚物溶液存在较强的粘弹性,而低浓度的稀溶液是否也存在粘弹性还有不同的看法。为进一步明确这个问题,人们通过实验研究,认为涡流持续时间小于聚合物分子松弛时间,证实了其粘弹性能。所以湍流旋涡部分动能被吸收,导致旋涡消耗能量减少。
3 石油添加剂应用及发展
3.1 石油添加剂的应用
表面活性剂在稠油降粘中的应用主要包括阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及复合型表面活性剂三种。现分述如下:
阴离子表面活性剂:粘土层自身的负电荷,因此,阴离子表面活性剂降粘是首选,最常用的为磺酸盐。王玉斗等通过实验测量了常用的几种磺酸盐类阴离子表面活性剂,其降粘能力达95%以上。国内将多种成分的磺酸盐应用于油田中,均取得较好效果。
汽车燃油添加剂非离子表面活性剂:该类活性剂为在水中不产生离子的化合物,具有较高的活性。水溶液具有表面张力低、临界胶束浓度低且聚集数大以及较强的增溶作用等特征。该活性剂在前苏联油田和我国辽河油田的使用中取得了较好的降粘效果。
复合型表面活性剂:筛选出不同表面活性剂的优缺点,进行复配,形成了既耐高温又抗矿盐的复合配方。该配方在国内东辛油田应用,降粘率超95%。
3.2 高聚物的应用及发展
管道的输送能力有限,急切需要一种减阻技术对管道中的原油减阻,从而增加运输量。Toms的减阻技术被人们所开发。该技术在美国原油运输中已取得显著效果,国内各大油田也纷纷采用。该技术具有
经济、快捷的优点,该技术的成果突破必然在原油运输中发挥巨大作用,但由于技术还存在一定的瓶颈,如增输机理、新型减阻剂研制、减阻剂抗剪性的提高等。都将是今后的一个研究方向。
参考文献
[1] 张国生.石油添加剂工业现状及发展预测[J].精细与专用化学品,1996(16):8-11.
石油添加剂应用现状及技术发展
飞
西安石油大学 陕西 西安 710065
摘要:阐述了石油添加剂的类型及发展情况,分析了石油添加剂的减阻机理及降粘机理,指出了石油添加剂的应用现状及发展趋势。
关键词:石油添加剂 类型 应用 发展
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