基于功率超声的重油改质技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoupeng4348
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石油资源仍是当前世界的最主要能源,随着常规原油产量逐年递减,重油受到越来越多的关注,重油主要包括重质原油以及炼化中产生的渣油两部分。据统计,全球范围内重质原油的储量占石油总储量的70%,渣油产量更是高达原油加工量的50%。重油的流动性差、重质成分含量高,导致设备适应性差、污染严重,对重油炼化产生极大的限制。在成品油质量标准日趋严格的背景下,寻找一种清洁、高效的重油改质方法改善重油的可加工性显得至关重要。当大功率超声波作用于重油时,超声空化产生的瞬时局部高温、高压和强力微射流使重油内化学键断裂,实现重油改质的目的,为减弱改质过程中产生的生焦现象,可以选择重油内加入供氢剂,对长链分子自由基的结合进行抑制。目前,国内外针对重油改质工艺展开了大量研究,发现功率超声能够使重油的粘度降低,轻质成分含量增加,向有益的方向转化。本文对功率超声重油改质的机理展开分析,同时研制了相应的实验设备对功率超声重油改质效果进行评价,具体的研究工作包括:首先,本文在分析重油的分子结构和化学键键能的基础上,利用数值模拟方法研究空化气泡在重油中的动力学特性,获得超声波在重油中产生空化效应的条件,确定超声波换能器的功率和频率指标。对空化气泡溃灭时的能量和功率进行分析和计算,从能量角度论证超声波空化效应能够促使重油的化学键发生断裂,并分析阐述超声波作用下的重油胶体体系变化过程。其次,本文对能够在重油中形成强烈空化效应的超声波换能器进行研制,利用机电等效和传输矩阵法获得换能器的频率方程,计算换能器各部分的尺寸参数。利用多物理场仿真平台COMSOL对该换能器进行振动特性分析,获得换能器的谐振频率与谐振状态下的振幅。对设计完成的换能器进行加工试制,利用阻抗分析仪分析其阻抗特性。最后,搭建密闭式功率超声重油改质实验平台,以委内瑞拉马瑞重质原油作为处理对象,通过系列实验获得处理时间、处理温度、供氢剂用量对重油粘度及组分含量的影响规律,探究功率超声重油改质的最佳参数组合。利用核磁共振氢谱分析、红外光谱分析对沥青质的结构特性进行测定,阐明功率超声重油改质过程中可能存在的反应路径。
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