高沥青重质原油的降凝减粘研究

摘要

沥青和石蜡是原油中的两个重要组分。在原油的温度、压力、组成等发生变化时，沥青组分容易聚集成大颗粒发生沉淀并沉积到管道内壁上，而石蜡容易结晶析出且蜡晶相互连接形成三维网状结构。这些问题降低了原油的流动性，甚至可能堵塞管道，给原油的生产造成重大的不利影响和损失。苯乙烯-十八烷基马来酰亚胺共聚物(poly(styrene-co-N-octadecyl maleimide)，SNODMI)一直被认为是良好的石蜡质降凝减粘剂，其十八烷基长链可与石蜡相互作用，而不相容的芳香性苯环和极性羰基可抑制石蜡晶体的生长，从而起到降凝减粘作用。而沥青稳定剂需含有能与沥青发生相互作用的极性或芳香性基团以及能与原油中烃类基质相容的长链，SNODMI则同时具备这两个特征，因此也可作为沥青稳定剂。
　　本文首先利用可逆加成-断裂转移(Reversible Addition-Fragmentation ChainTransfer，RAFT)聚合技术合成了具有不同马来酸酐（Maleic Anhydride，MAh）含量和不同分子量(Mn)的一系列苯乙烯-马来酸酐共聚物(poly(styrene-co-maleic anhydride)，SMA）。将SMA与十八胺进一步经酰胺化、酰亚胺化反应制备得到具有不同酰亚胺化率的SNODMI。最后将SNODMI同时作为沥青的稳定剂和石蜡的降凝减粘剂，重点研究了聚合物的分子结构对稳定沥青能力和降凝减粘效果的影响。
　　首先，利用Turbiscan LAbExpert稳定性分析仪考察了前驱体SMA中的马来酸酐含量、分子量和SNODMI的酰亚胺化率对SNODMI在高沥青模拟原油中的沥青稳定能力的影响。结果表明，马来酸酐含量越高，即SNODMI中的十八烷基侧链越多，则其对沥青的稳定效果越好。故交替结构的SNODMI是最佳的沥青稳定剂。但适中的分子量(Mn=3500 Da)最有利于稳定模拟原油中的沥青，过大或过小的分子量会减弱SNODMI的沥青稳定能力。另外，适中酰亚胺化率(66.10％)的(alt)SNODMI-4能最有效地将沥青稳定在模拟原油中，且随着马来酸酐含量的降低，SNODMI的最佳酰亚胺化率也降低。(ran)SNODMI-2(MAh％=20.92 mol％)和(ran)SNODMI-1(MAh％=10.37mo1％)的最佳酰亚胺化率分别为64.31％和0％。
　　其次，研究了降凝减粘剂SNODMI的分子结构对高沥青模拟原油的低温流变性能、沥青形态和结晶温度的影响。发现马来酸酐含量越高，模拟原油的低温流变性能越好，即复合粘度和屈服应力越小，且原油中沥青颗粒越小，分散程度越好。适中的分子量(Mn=3500 Da)最有利于降低模拟原油的复合粘度和屈服应力，从而最大程度地提高了原油的流变性能，同时也使沥青颗粒的尺寸变得最小，分散程度最好。对于(alt)SNODMI-4和(ran) SNODMI-2，模拟原油的流变性能随着其酰亚胺化率的增加而提高，100％酰亚胺化的(alt)SNODMI-4和(ran)SNODMI-2都使原油的复合粘度和屈服应力降低到最小，沥青的尺寸减小到最小并被最好地分散。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 前言

第2章 文献综述

2．1 高沥青重质原油

2．2 沥青

2．2．1 沥青的结构与性质

2．2．2 沥青的沉淀

2．3 沥青沉淀的解决措施

2．3．1 两亲分子沥青稳定剂

2．3．2 两亲聚合物沥青稳定剂

2．3．3 离子液体沥青稳定剂

2．3．4 纳米流体沥青稳定剂

2．3．5 沥青稳定剂性能表征方法

2．4 石蜡及其降凝减粘剂

2．4．1 石蜡

2．4．2 石蜡沉积解决方法

2．4．3 石蜡降凝减粘剂种类

2．4．4 石蜡降凝减粘机理

2．5 课题的提出

第3章 SNODMI的分子结构对高沥青模拟原油中沥青稳定性的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料及预处理

3．2．2 聚合实验过程

3．2．3 酰胺化及酰亚胺化实验过程

3．2．4 高沥青模拟原油样品的配制

3．2．5 表征分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 降凝减粘剂的结构设计与分析和模拟原油体系的配制

3．3．2 Turbiscan LAbExpert数据分析

3．3．3 马来酸酐含量的影响

3．3．4 分子量的影响

3．3．5 酰亚胺化率的影响

3．4 本章小结

第4章 SNODMI的分子结构对高沥青模拟原油降凝减粘效果的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 降凝减粘剂SNODMI样品

4．2．2 高沥青模拟原油样品的配制

4．2．3 降凝减粘性能的表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 马来酸酐含量对SNODMI降凝减粘效果的影响

4．3．2 分子量对SNODMI降凝减粘效果的影响

4．3．3 酰亚胺化率对SNODMI降凝减粘效果的影响

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历