稠油淺度熱裂化降粘的影響因素研究

趙文學，韓克江，王 平，倪澤南，施 巖

（1. 中國寰球工程公司，北京 100012； 2. 遼寧石油化工大學 化學化工與環境學部石油化工學院，遼寧 撫順 113001）

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稠油淺度熱裂化降粘的影響因素研究

趙文學1，韓克江1，王 平1，倪澤南2，施 巖2

（1. 中國寰球工程公司，北京 100012； 2. 遼寧石油化工大學 化學化工與環境學部石油化工學院，遼寧 撫順 113001）

摘 要：介紹一種稠油開采集輸新工藝的影響因素。考察以水作供氫劑，不同含水率、不同反應時間、不同溫度對稠油水熱裂化降粘技術的影響。所用油樣經過380 ℃，30 min水熱裂化反應后，粘度大幅降低，油品質量得到顯著改善。該工藝對稠油集輸工藝的改進研究有著重要作用，既可以大幅降低稠油粘度，解決稠油運輸的困難，又可以使得重質原油開采、運輸的經濟效益大幅提高，具有非常廣闊的應用前景。

關 鍵 詞：稠油；減粘；集輸；影響因素

近年來，我國原油經過長時間的開采，油品質量顯著下降［1-5］，原油粘度越來越大，輕組分含量越來越少，重組分在原油中所占比例不斷攀升，成分更加復雜［6］，直接導致后續的原油開采，原油集輸的成本急劇增加［7-9］。全程高溫伴熱降粘和摻稀降粘倆種傳統的降粘方法，對于目前國內的稠油運輸，成本過高［10-13］。熱裂化降粘工藝是將重質原油經脫水等預處理操作后，升高到一定溫度進行稠油熱裂化反應［14］，以達到稠油減粘的作用。經以前學者對稠油熱裂化的研究發現，稠油在不同溫度下進行熱裂化反應，裂化產生輕組分可使稠油粘度顯著降低，同時存在粘度最小值［15-17］。本文主要對某一油田石油站的油樣進行研究，考察反應溫度對重質原油水熱裂化反應的影響。

1 實驗部分

1.1 稠油物性

試驗用的原料油為國內某油田未經處理的原油，以下以A油代指該油田的稠油油樣。對A油進行初步的原始數據分析，數據如表1。

表1 A油物化性質Table 1 The physical-chemical property oil A

1.2 該油品粘度與溫度的關系

使用旋轉流變儀測量不同溫度下的A油粘度，數據如表2。

1.3 實驗方法

1.3.1 稠油熱裂化反應

稱取一定量的經過預處理的稠油原料（A油） 與水混合充分攪拌形成乳化物，在預熱爐中以一定溫度預熱20 min，然后將原料泵送至自行設計的500 mL熱裂化降粘反應裝置中，在設定溫度下進行水熱裂化反應，得到反應產物。

表2 A油的粘度Table 2 The viscosity of oil A

1.3.2 四組分分析方法

稠油的四組分分別是飽和分（S）、芳香分（A）、膠質（R）、瀝青質（A）。本課題主要采用液固吸附色譜法進行SARA四組分分離，按照中國石油化工行業標準SH/T0226-92《氧化鋁吸附法》進行測定。

1.3.3 粘度測試方法

采用旋轉流變儀對本課題所研究的稠油油樣進行測定，每次測量均恒溫水浴20 min，保證讀數準確。

2 實驗數據分析

2.1 反應溫度對稠油熱裂化的影響

分別對油樣進行340、360、380、400 ℃ 4個不同溫度的熱裂化反應（表3）。

表3 不同溫度進行水熱裂化反應后油樣的粘度Table 3 The viscosity of the sample after water thermal cracking reaction under different temperature

實驗分析發現，重質原油380 ℃進行水熱裂化充分反應，輕組分與重組分重新混合充分后，粘度最低，說明在此溫度下降粘效果最佳。

通過實驗發現當溫度為380 ℃時，A油熱裂化降粘效果顯著。

2.2 含水率對稠油熱裂化的影響

考察含水率對稠油水熱裂化的影響：分別按照5%、6%、7%、8%的含水率進行乳化，再用減重法稱取油樣并加入攪拌器中與水乳化［18］，控制反應溫度為380 ℃，其他實驗步驟同上。實驗數據見表4。

表4 不同含水率對水熱裂化反應后油樣粘度的影響Table 4 The influence of moisture content on sample viscosity after thermal cracking reaction

通過實驗發現當含水率為7%時，A油水熱裂化降粘效果最好。

2.3 反應時間對稠油熱裂化的影響

考察反應時間對稠油水熱裂化的影響，控制A油反應溫度為380 ℃，含水率為7%，再控制反應時間分別為20、30、40、50 min，其他實驗操作同上（圖1）。

圖1 反應時間對熱裂化反應影響Fig.1 The effects of reaction time on the thermal cracking reaction

如圖1可知，隨著反應時間的延長，降粘率也不斷提高，但當反應時間超過30 min后，降粘率隨反應時間的延長反而下降，說明反應時間是水熱裂解稠油改質降粘反應的主要影響因素之一，是控制稠油改質降粘反應程度的重要反應參數，但反應時間并不是越長越好，存在最佳值，故確定最佳反應時間為30 min。

3 產品分析

反應時間為30 min，含水率為7%，反應溫度為380 ℃，控制這些參數，以水作供氫劑參與反應，A油經水熱裂化反應后，對裂化油產品進行四組分的分析測試。實驗數據如表5。

表5 A油熱裂化前后四組分Table 5 The separation of SARA of oil A before and after thermal cracking

A油熱裂化反應后，四組分變化趨勢為：飽和分與瀝青質含量增加，芳香分含量變化較小，膠質的含量下降明顯。以水作供氫劑，A油經水熱裂化后，飽和分含量增加明顯，瀝青質含量增加，芳香分含量略微增加，膠質含量大幅度下降。通過A油、A油熱裂化以及A油水熱裂化后的倆組三組分數據可以看出，A油熱裂化降粘具備一定的稠油輕質化效果，降粘效果較為明顯，以水作供氫劑，新工藝的降粘效果很好，對稠油輕質化降粘非常明顯。此外，對經過水熱裂化的A油進行減壓蒸餾分析裂化油的餾程，其初餾點由反應前的235 ℃降低到151℃，充分證明了新工藝對稠油降粘效果明顯。同時，裂化油的初餾點151 ℃高于水的沸點100 ℃，也證明了水作為反應物確實參加了熱裂化反應，而且是全部參加反應。

4 結 論

（1）反應溫度對于稠油改制減粘的效果十分顯著，但當溫度升高到380 ℃以上時，減粘效果卻并不理想，這說明降粘率隨反應升高而升高是有一定限度的。380 ℃是最佳的水熱烈化降粘溫度。

（2）含水率為7%時，該油品的水熱裂化反應降粘效果最好。

（3）最佳反應時間為30 min，30 min的反應時間可保證水作為反應物完全反應。

（4）A油經過380 ℃水熱裂化后，稠油的四組分組成均發生了明顯的變化，改變趨勢為：飽和分和瀝青質的含量增加，芳香分和瀝青質的含量降低。其中膠質含量的下降對油品粘度的降低有重要影響。

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Research of Heavy Oil Viscosity-reducing Thermal Cracking Process

ZHAO Wen-xue1， HAN Ke-jiang1， WANG Ping1， NI Ze-nan2， SHI Yan2
（1. China Huanqiu Contracting&Engineering Corporation ， Beijing 100012， China；2. Liaoning Shihua University， ， Liaoning Fushun 113001， China）

Abstract:A kind of new technology for crude oil gathering and transportation was introduced. The influence of moisture content， reaction time and reaction temperature on the heavy oil viscosity-reducing thermal cracking process with water as hydrogen donor was investigated. This technology plays an important role in heavy crude oil transportation， which not only can reduce the viscosity of crude oil， and solve the difficulty in transportation， but also can make the economic benefits of crude oil transportation sharply higher. At the same time， the technology can also improve the quality of crude oil.

Key words:Heavy oil；Viscosity；Gathering

中圖分類號：TE 324

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0302-03

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：趙文學（1963-），男，江蘇泰州人，高級工程師，1983年畢業于南京工業大學，主要從事常規油氣田，超稠油油田，凝析氣田地面工程以及天然氣長輸管道等方面的設計和研究工作。