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原油超声降粘改质技术
一、 必要性随着对石油开采程度的加深,原油变稠、变重已成为世界性不可逆转的趋势。我国老油田都已进入高含水开发期,综合含水率已超过80%。我国有丰富的稠油资源,是继美国、加拿大和委内瑞拉之后的世界第四大稠油生产国。重点分布在胜利、辽河、河南、新疆等油田。新增探明储量中的低渗透与稠油所占比例也逐年加大,油田挖潜效果变差,采油与集输成本上升,原油加工困难。我国工业化步伐的加快,从国际石油市场进口原油比例将迅速增加,而这些进口原油大多是粘稠、超稠原油。可以说我国原油的高粘度、高含水、高含硫量是原油生产、运输、加工中遇到的三个重要问题。由于原油是一种含有胶质、石蜡和沥青质等多种组分的复杂烃类混合物,在温度降低时蜡晶会析出,随着温度不断下降,蜡晶逐渐增多,最终形成三维网状结晶而失去流动性。在原油输送及加工中,降低原油的粘度具有特别重要的意义,它能降低原油输送成本,节约能耗,防止设备、管路堵塞,提高生产效率和经济效益等。易凝高粘原油包括含蜡量较高的石蜡基原油(含蜡原油)以及胶质、沥青质含量较高、密度较大的重质原油(稠油)。大庆、胜利、中原、南海等我国主要油田生产的原油大多为高含蜡原油,胜利、辽河、新疆、渤海等油田有大量的稠油,新近发现的亿吨级渤海蓬莱油田也是稠油油田。我国所产原油80%以上为凝点较高的含蜡原油和粘稠的重质原油(稠油),其加工后将会产生较多的重质油(渣油、燃料油等),这些重质油的资源化利用是炼油工业普遍遇到的问题,使得炼厂对重质油进行降粘、轻质化处理的集成技术及装备的研制开发将有较大的需求。 石油的大量使用,开采程度的不断加深,使原油变稠、变重已成为世界性不可逆转的趋势。部分区块的特稠油外输极为困难,为了降低原油输送管路的摩阻损失,必须采取有效的降粘措施。超声波降粘技术是近几年来迅速发展起来的一种原油输送与加工的共性新技术。二、 主要研究内容、技术关键和创新点目前,为运输、加工重质油而改质的方法都基于一个思想,即将原油中大分子的C-C键断裂,使重油中的组分轻质化;或改变重油中沥青烯(asphaltene)等大分子的簇状(cluster)结构成均匀、分散结构,从而降低黏度。降黏改质的方法:一类是化学改质方法,将原油催化裂化或添加降凝剂;另一类是物理改质方法,通过加热、电场、磁场、超声处理。然而,化学法存在工艺复杂、能耗高及对原油的二次污染等问题;加热法成本高、效益低,电场或磁场处理方法的降黏效果不是很理想,且设备笨重。近年来,用超声强化原油降黏及轻质化来改善含蜡原油流变性及超声原油预裂解的改性技术已经越来越受重视,有望成为原油降黏及轻质化新技术。主要集中在超声物理及化学效应降黏。超声物理效应降黏分为乳化降黏及非乳化降黏,主要目的是提高开采效率,减少管输成本。超声化学效应降黏包括超声作用在含水的原油体系中,会形成自由基反应,使得重组分可能裂化变成轻组分,从而使重油黏度下降,但降低辐度比较小。而在无水原油体系中,低温条件下其空化裂化引起组分变化更小,从而表观黏度基本不变或下降较少,温度较高时裂化会有所增加,黏度降低。一般而言,原油中都含有蜡、胶质和沥青质高分子聚合物。在超声波作用下,超声空化产生的高温、高压、强大机械冲击力及高速微射流能使原油中长链石蜡烃分子、沥青质分子断裂,分子量减小,从而降低原油粘度,降低蜡的熔点,有利于油气开采、运输与加工,实验表明:频率为20kHz时,在10-100kW•m-2的强声场作用下,粘度可下降30%左右。前苏联有人曾做过超声波防止原油结蜡的试验,试验表明,在超声场内,比蜡溶点低得多的温度就可使纯蜡完全溶解在原油中,防蜡、脱蜡效果较好。我国山东石油大学闫向宏及严枳培也曾做过超声波处理稠油的实验,结果表明,20ml的稠油经超声波处理2min后,其粘度降低24%。Shedid认为超声辐照减小了沥青烯的簇(cluster)结构的尺寸,从而减小了沥青烯的沉积趋势,也减小了原油的粘度。加拿大研究者利用超声波处理降低沥青的粘度,对于粘度为221256mPa.s的单纯沥青体系,超声处理30min,降粘12.7%。美国南加州大学Teh Dunn等在常温常压下,利用超声空化作用,使用California coastal asphaltene为实验原料,采用还原剂氢硼化钠(Sodium Borohydride)在水或重水体系中提供氢源进行烃转化实验,经MNR分析,脱氢24%、裂解16%。该研究认为烃转化是自由基反应(NaBH4+2H2O→4H2+NaBO2,H2→2H*),并提出当超声能量施加在微小空化泡环境内,产生数千K的高温及上百大气压的高压,致使同时发生重组分键的热断裂与产生自由基,产生烃转化过程(裂解、脱氢重整、脱氢环化与异构化)。另外,孙仁远等做了稠油超声波降粘的试验研究。李兆敏、董贤勇等对胜利浅海原因做了降粘实验研究,认为温度是影响原油粘度最大的因素,温度越高,超声波作用降粘效果越不明显;温度越低,降粘效果越明显。武继辉[ ]研究了超声波对原油粘度影响,认为超声波处理可以明显降低原油的粘度,降粘幅度可达50%以上。程亮、戴树高等的综述均认为超声降粘是一种发展中的稠油降粘新技术。Poosekar等认为低频超声能够降低原油的粘度。Mironov, M.A等人为,超声作用在管道内的稠油时,存在一个振幅的阈值。调节环境温度、管径、油品类型都能够使此振幅阈值成倍减少。张永发研究了超声对原油粘度的影响、以及原油中声衰减的规律。陈振林的专利涉及一种基于声、光、电联合作用的开采稠油的装置。最适用于水平井条件下的油藏开采。Joseph Ady A.的专利将超声装置用于油井,目的是使油降粘,便于开采。Huffman等的专利将电磁场和超声场结合起来,用于油井。超声降黏的主要理论有三种:①超声乳化作用,它可将原油形成水包油(O/W)型乳状液,将油与油及油与壁之间的摩擦转变为水与水及水与壁之间的摩擦,从而大幅度降低原油的表观黏度。超声强化降凝剂、降黏剂的作用,主要是利用超声强化传质、减少表面活性剂用量;②超声热效应,超声在重油中传播,部分能量转化为热能,使稠油的温度升高,从而使稠油降黏;③超声空化,它主要使重油中大分子裂解,从而使重油组分轻质化并降低黏度,可能增加轻油的产量。超声空化同时改变重油中沥青烯等大分子的簇状结构成均匀、分散结构,从而降低重油黏度。超声处理改质原油具有能耗低、设备简单、处理周期短等优点。虽然国内外已对超声降粘的机理及应用均进行了一定的研究,但这些研究主要是讨论超声频率及强度对原油粘度的影响,并未深入研究超声及声空化对原油内部组成、结构及原油组分分子键裂解等的影响。如何进一步提高改质效果,其中超声条件、环境条件、原油组成、还原剂、添加剂、氢源等对原油超声改质的影响;改质油品的稳定性,处理过程的动力学研究,优化工艺,提高改质效率,降低成本和能耗等仍有许多问题需要解决。对于超声波降粘的机理和规律尚缺乏足够的认识,这影响了超声波降粘技术的实际应用。针对以上介绍,给出如下主要研究内容、技术关键和创新点研究内容:1. 原油静态超声波处理降粘室内试验,进行超声强化原油降粘原理研究,重点超声空化对蜡、胶质和沥青质高分子聚合物的作用; 2. 超声降粘原油组成、物性变化及其稳定性研究;3. 研究影响超声波处理效果主要因素(主要内容为超声声场、频率及强度与流体流动、处理时间、处理温度等工艺条件的优化对稠油粘度的影响静态实验);4. 进行现场超声波降粘试验,研究连续超声原油降粘的影响因素与降粘效果验证;5. 超声处理的原油输送过程模拟、实验研究及技术经济评估。技术关键1、工艺流程合成与条件的优化。2、超声波反应器声场结构及声学参数的确定。3、超声降粘处理大功率成套设备的开发与放大规律的获得。创新性:对原油超声降粘技术的研究成功,可改进原油的流动性,降低原油的粘度,确保在现有输送条件下,使联合站外输温度得到有效控制,输送泵在额定扬程之内安全输送,确保装置的安全、节能、高效运行,形成具有自主知识产权的原油降粘外输工艺技术。原油品质的多样化及市场要求,使得炼厂对重质油进行降粘、轻质化的集成技术及装备的研制开发将有较大的需求,将原油超声改质预处理,达到降粘、增加轻组分,有利于原油炼制,具有广阔的应用前景。利用系统工程的方法进行重油改质工艺流程的合成与优化,是一种新的工业技术研发方法。目前国外仅有少量重汽油及油田稠油超声降粘、改质专利,有关本项技术工业化综合研究及集成装备的开发国内外少有成果发表。本项目研究结果可直接用于工业化开发,将形成具有自主创新与知识产权的原油采输及炼油加工的新装备与共性新技术,有较好的经济效益和社会效益。至少可申报重质油降粘改质改质技术及反应处理设备专利各一项。三、 研究基础我所对于该项技术综合集成的研究及装备和处理系统的开发已进行了较长时间的研究,已发表相关文献和获得发明专利授权。尝试利用系统工程的方法进行原油改质工艺流程的合成与优化,形成具有自主创新的炼油加工新技术。南京工业大学超声研究所研究表明,江汉油田重油经超声降粘处理后,粘度一般可下降25%。如使用降粘剂的话,可减少助剂用量,降低稠油降粘降凝的生产成本。经实验室试验并结合热学及流体力学模拟计算,得到如下结论,即经105℃超声处理后,在相同条件原油管道输送过程中,油温由进口105℃降到出口60℃时,其降粘率由10%变化到40%,即整个输送管路的平均降粘率约为25%,输送能耗也将比无超声处理的要下降25%左右。若经90℃超声处理后,在相同条件原油管道输送过程中,油温由进口90℃降到出口60℃时,其降粘率由11.76%变化到37.5%,即整个输送管路的平均降粘率约为24.63%,输送能耗也比无超声处理的要下降25%左右。现需要与企业合作完成中试或工业化试验验证。我们的前期实验研究表明超声波对重质油具有降低粘度的作用,超声还可作为原油改质处理(降粘、轻质化)的一项新手段[28,29,30],可知渣油在超声作用下发生的变化。当反应温度从260 ℃升至400 ℃时,超声作用后降黏率由32%增加至63%,无超声作用的降黏率由11%增至34%,但其增加幅度却小于超声作用的增加幅度,可认为该过程存在热裂化之外,同时也有空化裂化作用,两者影响都比较大,使得其降黏率升高,还使渣油中500℃前组分含量增加了1.0%,凝点下降了1℃。另外研究还发现在超声强化作用下,可使降凝降粘剂与乳化剂更均匀分散,减少试剂用量,提高降粘效果,使原油乳液更稳定,达到延长原油稳定时间的结果。以上实验结果的降粘原因有待进一步研究,但超声降粘的效果还是显著的。课题组依靠自身良好的工作基础,通过技术创新、设备开发和系统集成,努力实现改善原油输送及炼制加工过程、提高石油利用率、为石油工业的发展发挥作用。
南京工业大学 2021-04-13
低温热能驱动吸附制冷技术
能驱动吸附制冷技术是利用工业余热、废热、地热和太阳能辐射热作为驱动热源,通过固体吸附剂对吸附质(制冷剂)的周期性吸附、解吸过程实现制冷循环。吸附制冷技术是以吸附器(发生器)代替常规压缩制冷过程中的压缩机,几乎不消耗高品位电能,相对于压缩制冷而言,可以省电能70%以上。不使用会破坏大气臭氧层的制冷剂(氟里昂等氯氟烃类物质CFCs),臭氧层破坏指数(ODP)和温室效应指数(GWP)均为0。吸附制冷技术具有环保和节能两大优势。吸附制冷系统无运动部件,抗震、抗颠簸,可应用汽车空调、渔船制冷和宇航制冷等特殊场合。
南京工业大学 2021-04-13
等离子体技术研究
近三年,我校等离子体技术研究显示了较为强劲的生命力,承担的主要项目有:中国科学院知识创新工程重大方向性项目、安徽省环保产业重点项目、国家自然科学基金项目、江苏省重大环保基金项目、浙江省重大科技专项等,获得科研经费达6800万,并完成了5吨/天等离子体电子废物处理中心成套装置、10吨/天医疗废物处置成套装置开发并示范工程建设、25吨/天工业废物处置成套装置开发并示范工程建设,发表论文近二十篇,专利五项。多项成果国内首创,在环境工程、新能源、电力装备等领域解决了一批产业化的关键技术问题,为地方经济发展提供了重要的支撑作用,同时,培养研究生十多人,参加参加国际学术会议三次。
南京工业大学 2021-04-13
氨合成原料气节能净化技术
合成氨工业在沿海化工产业中占有一定的比重,合成氨工业属传统化工,有着巨大的节能潜力,特别是合成氨原料气的净化方法,将会使合成氨生产过程能量消耗大幅度下降。如采用新技术净化合成氨原料气,将会提升这一传统行业的水平,加上我国煤资源的优势,可使化肥工业具有国际竞争力。
南京工业大学 2021-01-12
硫酸钡湿法表面改性技术
一、 项目简介  采用湿法改性技术对硫酸钡进行表面改性,使其表明由亲水性变为亲油性,便于其在有机基体中分散均匀。通过改性剂复配,使其耐温性能提高,即在使用过程中不会随温度升高而使产品的白度下降。二、 项目技术成熟程度本项目为非专利技术,处在中试阶段。实验结果重复性好,产品质量稳定。三、技术指标产品活化度达到99%以上,使用温度在≤170℃范围内,产品的白度不随温度升高而下降。四、市场前景技术特点:  1.工艺简单。改性在液相进行,保证了有机改性剂在硫酸钡表面分布均匀。  2.产品白度高。在其应用的领域,不改变改性前产品的白度。  3.耐热性能好。产品在110-170℃温度范围内白度不发生变化。  4.成本低。改性工艺简单,能耗低,改性剂用量少。总生产成本不高。市场前景:  本技术制备的改性硫酸钡,白度高、耐温性能好、成本低,在有机基体中的分散性好。硫酸钡作为一种非常重要的无机材料,在涂料、油漆、陶瓷、塑料、橡胶、造纸、蓄铅电池、化纤等行业具有广阔的应用前景。五、规模与投资需求  生产规模根据厂家要求而定。投资受市场影响价格会有波动。六、生产设备在原有生产流程基础上增加1台反应釜、2台改性剂配料釜即可。七、效益分析    每1万吨产品年利润200-500万元人民币。受市场影响价格会有波动。八、合作方式   技术转让等方式,面议。九、项目具体联系人及联系方式(包括电子邮箱)   胡琳娜:女,博士,教授。联系方式:手机号13622124805;qq号745852370;电子信箱hln@hebut.edu.cn十、成果图片该技术生产的改性硫酸钡的扫描电镜照片见图1。产品与水的接触角图像见图2。
河北工业大学 2021-04-13
大直径螺旋伞齿轮制造技术
 为了解决大规格的螺旋伞齿轮的制造问题,我们开发了一个专用的软件包,可以在五轴联动加工中心上加工高质量的螺旋伞齿轮。采用该软件包加工的螺旋伞齿轮和采用Gleason制铣齿机加工的螺旋伞齿轮具有完全相同的齿面几何参数,保证了样机或维修后的设备与原设计具有完全的同一性。由于采用通用刀具,极大地缩短了加工准备周期,减少了刀具的初次投入费用,大幅度降低了大直径螺旋伞齿轮的制造成本、缩短了制造周期。该软件包的开发突破了国内大直径螺旋伞齿轮制造的瓶颈,填补了国内1.6米以上螺旋伞齿轮制造能力的空白,为许多重型设备的国产化铺平了道路。图中为2007年北京国际机床展览会上陕西秦川机床股份有限公司展出的正在进行加工的直径为1.6米的螺伞,其软件为王小椿教授开发。秦川的机床可以加工最大直径为2.4米的螺伞,而在此之前,世界上也只有德国的一家公司可以加工直径超过1.6米的螺伞,且其最大直径为2.2米。     本软件包包括齿坯设计/齿坯参数输入模块、干涉检验模块、承载能力计算模块、齿轮粗加工CAM模块、齿轮精加工CAM模块和齿面接触分析模块(TCA),可以满足生产、产品开发和设备维修的需要。
北京交通大学 2021-04-13
宽带无线通信关键技术
系统概述:面向B3G、4G、高速无线网络,研究开发宽带无线通信物理层的关键技术,主要包括:OFDM,空时编码,MIMO,感知无线电,协同通信,信道估计与均衡等。 系统特点:跟踪技术前沿,具有自主知识产权;可方便地移植到不同的实现平台上;可应用于LTE演进技术中。
大连理工大学 2021-04-13
水射流清洗技术应用及装备
再制造行业已成为国家节约能源、缓解资源及环境危机、发展循环经济的 重要组成部分。再制造清洗是废旧产品进行再制造的首要环节,清洗质量的高 低严重制约再制造的后续工艺。 本项目为工业制造及再制造环节的清洗作业提供有效技术支持。根据高压 水射流清洗技术的流场分布、压力特性,结合不同被清洗物体的工作特点快速 选择清洗参数,达到高效清洗。另外,将磨料水射流与纯水射流技术进行有机 结合,克服了磨料水射流易污染原件及纯水射流压力过小的不足,更加高效地 结合两者优点进行快速、有效清洗。
山东大学 2021-04-13
纳米金属粉体连续制备技术
纳米金属粉体材料广泛用于催化剂、润滑剂、建筑材料、陶瓷材料、气敏材料、绝缘材料、纺织材料、发光材料、木材、灭火剂、生物医学材料等,在冶金、机械、化工、电子、国防、核技术、航空航天等领域具有极其重要的潜在应用价值。金属纳米粉体制备技术是纳米金属粉体材料研究、开发和应用的关键。本技术依托南京工业大学粉体研究所,已开发出三代年产1000公斤级高性能、高产率直流电弧等离子体蒸发金属纳米粉体连续制备产业化生产线,并实现了平均粒度在15~300nm的金属Cu、Ni、Fe、Ag、Sn、Bi、Zn、Co、不锈钢及高均匀混合性Cu-Ni-Sn等金属粉体材料的产业化生产。所制备的纳米金属粉体纯度高,可满足不同行业特别是电子行业对高纯度纳米金属粉体的需求;可满足多系列、多品种纳米金属粉体的生产,易控制粉体的粒径以及粒度分布;有利于降低粉体粒度分布范围,减小粒度;易收集,包装,且能在后续环节中保证粉体的高纯度。该生产线具有能量利用率高,制备成本低,产率高;可靠性高,易维护;原材料可适应性强,即可采用不规则金属块体,也可采用粉体;产品均一性好等优点。目前,该技术已成功转让给相关企业,并在同行业具有强的竞争优势。技术优势(特点、指标等) 生产线真空度高,极限真空度可达5×10-4 Pa,采用三枪结构,为高均匀性复合金属纳米粉体、合金纳米粉体和薄壳修饰形纳米粉体的制备奠定了基础;采用最新的等离子体电源组合技术,可有效解决国内现行产业化生产线依赖使用国外进口大功率等离子体电源的现状;根据不同金属特点,在一条生产线上,采用不同结构粒子控制器,可有效解决多品种金属纳米粉体的生产问题;引入纳米粉体分级系统,可进一步降低生产金属纳米粉体的粒度分布范围,提高产品质量;所研制的生产线已考虑到金属纳米粉体的钝化、真空储存和设备与后续产品生产设备的连接等问题;采用复合蒸发和特殊蒸发坩埚技术,可进一步提高设备能量利用率,降低制备成本;设备主要操作由计算机控制,易于操作,稳定性高。与国内现有技术相比,在粒度相同情况下,铜粉产率可提高1.5倍,镍粉产率可提高2倍,银粉产率可提高5倍,铁粉产率可提高2~5倍。基本解决了现有纳米金属粉气相法生产中存在的产率低、成本高、纯净度低等问题。中国颗粒学会鉴定结果认为该技术达到国际先进、国内领先水平。
南京工业大学 2021-04-13
低成本、绿色水泥生产技术
  我国水泥这一传统材料已连续十几年产量居世界第一,是水泥大国而非强国,产业结构调整势在必行。水泥生产耗能耗资源,放出大量C02严重污染环境,必须走“绿色生产”道路。南京工业大学已成功开发出低成本、绿色水泥生产技术。有自主知识产权。 主要技术途径是:优化水泥熟料组成、提高熟料性能、大幅度提高混合材掺量,从而达到低成本、单位水泥低能耗、低资源消耗、高工业废渣利用率,尤其是可大量利用粉煤灰。在理论上有新发现:在该水泥系统中,粉煤灰的水硬活性高于矿渣。打破了目前“在水泥胶凝材料体系中,矿渣的水硬活性高于粉煤灰”的定论。在实践中已产生了巨大的经济效益:在多家水泥厂实施该技术,煤耗降低,50kg/t水泥、电耗降低10kwh/t水泥以上、水泥产量提高30%、熟料质量大幅度提高、混合材掺量提高20%,使水泥生产成本降低20-50元八水泥。如南京灵山水泥厂2001年3月底开始采用该技术,每月水泥产量由7300吨提高到9500吨,在消化煤涨价因素下(每吨煤涨价120元,合每吨水泥成本提高15元),每月由亏损20万元到赢利20万元,扣除每吨水泥涨价10元,实际每吨水泥降低成本45元左右,降低水泥生产成本25%左右。  以先进适用技术来改造提升传统产业:众所周知,水泥生产每吨降低几元成本已非易事,有时需投入大量资金进行技改。该技术不需要改变原有工艺、不需要技改投入,通过优化水泥熟料组成,实乃我国水泥工业产业结构调整捷径之一。  目前,我国水泥年产量已达5.98亿吨,其中机立窑水泥产量占80%。实施该技术仅需少量技术使用费投入,每吨水泥成本降低20-50元,而且能大量利用粉煤灰等废渣,可产生的巨大的经济效益和社会效益。 
南京工业大学 2021-04-13
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