超临界二氧化碳萃取深层稠油组分的分子动力学模拟

为了从微观层面探究超临界CO_2对稠油组分的萃取机制,采用分子动力学模拟方法分析了稠油组分在砂岩表面的密度分布和吸附特征,研究了超临界CO_2对岩石表面稠油组分的萃取特点和扩散规律。研究结果表明,稠油四组分在稠油聚集体中呈现不均衡分布状态,沥青质自缔合能力强,胶质紧密包裹在沥青质周围,构成复杂的空间网状结构;芳香烃和饱和烃分布在沥青质、胶质周围,显示出稠油分子结构的层次性。沥青质与岩石表面相互作用能较大,超临界CO_2难以在沥青质中运移,扩散系数低,萃取难度大,萃取率接近于0;而芳香烃、饱和烃与岩石表面的相互作用能较小,超临界CO_2容易在芳香烃、饱和烃中溶解、运移,扩散系数大,容易被超临界CO_2萃取,萃取率可分别达到53%和28%。运用分子动力学方法揭示的微观动力学机制对于宏观认识超临界CO_2萃取稠油轻质组分具有重要意义。     

原油各组分表面膜性质的研究

从草桥重质原油和草桥重油中分离出饱和分、芳香分、胶质和沥青质,用Ｌａｎｇｍｕｉｒ膜天平研究了这些物质在水面上形成的表面膜的膜压及水相ｐＨ值对膜压的影响。研究结果表明,在相同的归一化面积下,沥青质表面膜的膜压明显高于其它组分的表面膜膜压。与沥青质相比,胶质的表面膜膜压随水相ｐＨ值的增大有较显著的增高。     

原油各组分表面膜性质的研究

从草桥重质原油和草桥重油中分离出饱和分、芳香分、胶质和沥青质，用Ｌａｎｇｍｕｉｒ膜天平研究了这些物质在水面上形成的表面膜的膜压及水相ｐＨ值对膜压的影响。研究结果表明，在相同的归一化面积下，沥青质表面膜的膜压明显高于其它组分的表面膜膜压。与沥青质相比，胶质的表面膜膜压随水相ｐＨ值的增大有较显著的增高。     

稠油组分油水界面zeta电势及其影响因素研究

测定了辽河油田杜-84稠油化学官能团四组分(酸性分、碱性分、两性分、中性分)与极性四组分(饱和分、芳香分、胶质和沥青质)的zeta(ξ)电势,考察了水相pH值、盐度等因素对ξ电势的影响。结果表明,官能团各组分间ξ电势绝对值的差别较明显,其中酸性分最高,两性分最低、碱性分和中性分居中。酸性分在pH=1l时ξ电势绝对值达到最高,其他组分的ξ电势在pH=12时达到最高。极性四组分ξ电势绝对值差别不大,各组分ξ电势绝对值都随着pH值升高而升高。在盐度为lg／L左右时,各组分的ξ电势绝对值都有一个极大值,总趋势是,各组分ξ电势绝对值基本上随着盐浓度的增加而减小。碱性条件下(pH=ll～12)水包稠油乳状液中起稳定作用的官能团组分主要是酸性分和极性四组分中的沥青质。水相的碱性条件有利于水包稠油乳状液的稳定,盐在特定浓度下具有一定的稳定水包稠油乳状液的作用。但从总体趋势看,盐含量的增加会破坏乳状液的稳定性。用离子交换色谱分离得到的官能团组分更能揭示稠油中界面活性组分的内在本质。     

稠油组分油水界面zeta电势及其影响因素研究

测定了辽河油田杜 84稠油化学官能团四组分 (酸性分、碱性分、两性分、中性分 )与极性四组分 (饱和分、芳香分、胶质和沥青质 )的zeta(ζ)电势 ,考察了水相pH值、盐度等因素对 ζ电势的影响。结果表明 ,官能团各组分间 ζ电势绝对值的差别较明显 ,其中酸性分最高 ,两性分最低、碱性分和中性分居中。酸性分在 pH =11时 ζ电势绝对值达到最高 ,其他组分的 ζ电势在 pH =12时达到最高。极性四组分 ζ电势绝对值差别不大 ,各组分 ζ电势绝对值都随着pH值升高而升高。在盐度为 1g/L左右时 ,各组分的 ζ电势绝对值都有一个极大值 ,总趋势是 ,各组分 ζ电势绝对值基本上随着盐浓度的增加而减小。碱性条件下 (pH =11～ 12 )水包稠油乳状液中起稳定作用的官能团组分主要是酸性分和极性四组分中的沥青质。水相的碱性条件有利于水包稠油乳状液的稳定 ,盐在特定浓度下具有一定的稳定水包稠油乳状液的作用。但从总体趋势看 ,盐含量的增加会破坏乳状液的稳定性。用离子交换色谱分离得到的官能团组分更能揭示稠油中界面活性组分的内在本质。     

辽河稠油组分间相互作用对油水界面张力的影响

考察了辽河稠油脱沥青质油、胶质、沥青质及胶质与沥青质混合物对水包稠油乳状液油水界面张力的影响。结果表明：在不同的水包稠油乳状液体系中，辽河脱沥青质油中饱和分、芳香分的存在能够促进胶质与乳化剂的相互作用，降低体系的油水界面张力；辽河胶质与沥青质两者之间相互作用较弱，对油水界面张力影响很小；沥青质的界面活性高于胶质和脱沥青质油，在水包稠油乳状液的形成过程中，沥青质起主要稳定作用；具有高芳碳率、低烷基碳率、高芳香环缩合程度的组分在水包稠油乳状液中界面活性较高。     

重交70#道路沥青不同老化时间的性能变化规律

利用旋转薄膜烘箱对重交70#道路沥青进行0,40,8,18,240,300 min加热来模拟沥青老化实验,测得老化前后70#沥青的“3大指标”及4组分组成,对实验数据进行数理统计方法进行分析.分析表明：重交70#道路沥青的针入度、延度随着老化时间的增长而成指数减小,软化点随老化时间的增加按指数增加的规律;且针入度随着时间减小的速率变化率小于延度随时间减小的变化率;沥青4组分组成的变化规律为：饱和分、芳香分含量随着老化时间的增加均有减小的趋势,而沥青质、胶质含量随老化时间的增加而增加,且其中胶质的变化率最大.     

复合改性炭沥青稳定性研究

将两种软化剂分别掺入煤沥青,制得软化煤沥青,再与石油沥青混合,经SBS改性后得到复合改性炭沥青.采用四组分分析法和胶体不稳定指数(Ic)研究复合改性炭沥青的胶体稳定性.结果表明,加入适量的软化煤沥青能够增加复合改性炭沥青中沥青质含量,减少饱和分含量,同时达到调节芳香分和胶质含量的作用,使复合改性炭沥青的四组分含量分布合理.所制复合改性炭沥青的Ic值较低,胶体体系稳定.     

沥青性能与沥青组分的灰色关联分析

针对沥青性能受沥青组分影响呈现出不同规律性,致力于沥青四组分对沥青性能影响的研究。利用沥青四组分试验将不同沥青分离成化学性质相近、并与路用性能有一定联系的4个组分,对不同沥青的针入度、软化点、延度、粘度、流变学性能等性能指标进行测试;采用灰色关联分析方法,计算沥青组分与沥青性能(针入度、软化点、延度、粘度、流变学性能)的关联系数,从而定量得出沥青四组分对沥青性能的影响。研究结果表明:胶质对沥青高温性能的影响最大,芳香分对沥青低温性能影响较大;沥青质对沥青老化前后粘度变化影响最大,胶质次之,饱和分、芳香分对粘度影响较小;可为通过对不同沥青组分的对比以预测沥青高低温性能提供参考,该结论与通过调和法所测沥青性能与沥青四组分的关联性相吻合。     

热老化对不同沥青组成结构和性能的影响

为了研究热老化对沥青组成结构和性能的影响,利用色谱柱法和傅里叶变换红外光谱对不同品种沥青热空气老化前后的化学组成、分子结构和高低温性能进行了测试表征,并分析了组成结构与性能之间的相关性。化学组成和红外光谱分析表明,在热空气老化过程中沥青的饱和分含量基本不变,芳香分结构中的脂肪烃支链易断链而发生氧化缩聚,导致芳香分转化为胶质和沥青质,使沥青的脂肪族指数减少、芳香族指数以及羰基和亚砜基指数增大;随热老化温度升高,沥青的软化点和粘度升高、低温柔性降低,但不同品种沥青的抗老化性能表现出明显的差异,饱和分含量高、芳香分含量低以及芳香族指数小的沥青具有更好的抗老化性能。     

胜利渣油族组分热转化动力学

采用动态热分析方法在线性升温速率为6.20K/min及惰性报气流率为100 cm~3/min的条件下考察了胜利渣油四个族组分的热转化行为.结果表明,其热转化活性变化顺序为:饱和分>芳香分>胶质>沥青质.四组分中饱和分可生成少量焦炭,芳香分的生焦率高于前者,胶质及沥青质是焦炭的主要来源.在723K时,两者的生焦率分别为29.0％及44.1％.在热转化过程的两个温度区间内,可利用两个独立的一级动力学模型对实验数据进行拟合.借助线性回归分析,确定了四组分在两个温区内的动力学参数.     

常压渣油加氢反应产物体系的胶体稳定性

在高温高压反应釜内,使用加氢转化催化剂对绥中36-1常压渣油进行加氢反应.通过分析产物的SARA四组分组成、数均相对分子质量及沥青质的平均结构和溶解度参数考察反应后体系胶体的稳定性.结果表明:反应温度升高,体系的稳定性逐渐变差,产物的SARA四组分中饱和分与沥青质的总含量增大,芳香分与胶质的含量降低;组分的数均相对分子质量减小,组成的改变影响产物的胶体稳定性;沥青质平均分子结构中环烷碳率、烷基碳率降低,芳香碳率增大,缩合度参数变小,沥青性质变差;沥青质平均分子结构中溶解度参数增大,分子间作用增大;组分组成及平均结构的变化导致反应后体系的胶体稳定性变差.     

渣油组分的受热夺氢能力

运用溶剂沉淀法和中性氧化铝柱液固吸附色谱法将2种渣油分离为饱和分、芳香分、胶质和沥青质4个组分,运用密度法分析这些组分的结构参数;以氢化芳烃9,10-二氢蒽(DHA)为分子探针测定渣油组分在380 ℃和430 ℃时的受热夺氢能力.结果表明:同一种渣油的组分组成和结构具有较大差异,不同渣油的相同组分组成和结构也存在一定差别;不同组分的受热夺氢能力按沥青质、胶质、饱和分、芳香分的顺序呈现降低的趋势;渣油夺氢抑制指数HAS随着受热温度的升高而增大,而在同一温度下,不同渣油的HAS也有差别;HAS与混炼焦化的抑焦行为正相关.     

基于分子动力学的TPU改性沥青中TPU与沥青相容性

为研究热塑性聚氨酯弹性体(TPU)改性沥青中TPU与沥青之间的相容性，采用Materials Studio 2020分子模拟软件，构建以沥青四组分为代表的十二分子模型与以TPU为代表的分子模型，并以沥青四组分试验为基础进一步优化沥青分子模型，将优化后的分子模型进行组装，构建TPU沥青共混模型。利用溶解度参数、分子势能和扩散系数分析不同温度条件下TPU沥青共混模型中TPU与沥青的相容性，并通过荧光显微镜试验加以验证。结果表明：TPU与沥青各组分在160℃时相容性最好，特别是与芳香分和胶质相容性最好；芳香分与TPU之间的相互作用可以改善TPU与沥青的相容性，从而抑制芳香分的扩散；在160℃时，TPU在沥青中分布更加均匀，与沥青的相容性最好。     

温度对原油四组分高压热解性能的影响

在30 MPa压力下对塔里木原油四组分进行封闭体系的热解实验,通过气相色谱(GC)和气相色谱/质谱(GC/MS)分别对原油四组分热解反应的气体产物及饱和分热解过程的液态产物进行分析.结果表明:原油四组分热解气体产物中C1组分产率明显高于C2~C5组分,气体产物中C1~C2组分的产率及气体总产率随热解温度升高而增加;在温度高于450℃时,四组分总产气率的大小顺序为:沥青质饱和分芳香分胶质.随热解温度升高,饱和分中的主要组分C12~C18的反应程度加剧.在410℃时,饱和分热解以裂解反应为主,在大于490℃时,裂解和缩合反应程度都在增加,导致气相产物的产率提高及液相产物中主要组分向大分子烃类转移;且温度升高,液态产物分布的离散程度增加.     

重质组分对稠油乳状液稳定性的影响

稠油重质组分对乳状液的稳定性有较大的影响。以新疆某油藏稠油为例,测定了稠油的密度、黏度、凝点和酸值等基本性质,用极性分离法将其分离成饱和分、芳香分、胶质和沥青质,测定4组分的基本性质和元素含量。沥青质能稳定乳状液油水界面膜,沥青质含量为0.5%、胶质含量为4.0%时,模拟油乳状液的析水率最小,稳定性最好。小振幅振荡实验测试模拟油乳状液的界面流变行为发现,胶质/沥青质模拟油乳状液的复数模量(E?)随时间表现出先增大后减小的过程。当沥青质含量为0.5%、胶质含量为4.0%时,2 000 s以后复数模量最大并保持稳定,形成的乳状液较稳定。     

盐蚀环境下沥青结合料化学组分及性能演化

为更好地认识盐蚀环境下沥青路面的性能损伤机理,在实验室内模拟除冰盐、融雪剂形成的盐蚀环境对沥青结合料的侵蚀作用。采用沥青四组分试验和原子力显微镜(AFM)试验评价沥青的化学组分及表面微纳观形貌特性。开展针入度、软化点、延度和粘度试验,探讨盐蚀环境下沥青结合料的性能演化情况。结果表明：在氯盐溶液中干湿循环和冻融循环处理后,沥青中的饱和分和芳香分含量减少,沥青质和胶质含量增加。沥青结合料表面粗糙度和蜂形结构面积百分比出现不同程度的下降。在盐蚀环境下,沥青结合料的针入度和延度均有不同程度的下降,软化点和粘度出现不同程度的升高。沥青结合料性能劣化的主要原因是在盐蚀环境中沥青的化学组分发生改变,出现一定程度的“盐老化现象”。     

减压渣油的胶体结构及其形成

应用冷冻断裂复形透射电子显微镜法研究了三种典型国产减压渣油的物理结构。结果表明，减压渣油是溶胶态胶体分散体系，正庚烷沥青质和胶质重组分构成分散相胶团。胶质以两种状态存在：胶质重组分缔合形成分散相胶团，其余的胶质组分与油分（芳香分＋饱和分）一起构成分散介质。分析了三种减压渣油及其组分的红外光谱、化学组成与结构参数，考察了渣油胶体结构的形成机制。研究发现，高电负性杂原子和芳香性是形成胶团的充分必要条件，氢键是形成胶团的重要分子相互作用方式。胶团的多少和聚集状态取决于正庚烷沥青质和胶质重组分的多少，以及它们的高电负性杂原子含量和芳香性的高低。     

残渣油族组分热转化性能的研究

以热重法（ＴＧ）评价了大庆减压渣油四组分和八组分（饱和烃、轻芳烃、中芳烃、重芳烃、轻胶质、中胶质、硬胶质和沥青质）的热转化反应性能。按一级反应动力学方程计算了各组分的热转化动力学参数。根据相应组分动力学参数的差异，提出在研究残渣油复杂反应动力学时，可将残渣油分成饱和烃、轻芳烃＋中芳烃、重芳烃、软胶质（轻胶质＋中胶质）、硬胶质和沥青质六个集总组分。     

减压渣油的胶体结构及其形成

应用冷冻断裂复形透射电子显微镜法研究了三种典型国产减压渣油的物理结构。结果表明，减压渣油是溶胶态胶体分散体系，正庚烷沥青质和胶质重组分构成分散相胶团。胶质以两种状态存在：胶质重组分缔合形成分散相胶团，其余的胶质组分与油分（芳香分＋饱和分）一起构成分散介质。分析了三种减压渣油及其组分的红外光谱、化学组成与结构参数，考察了渣油胶体结构的形成机制。研究发现，高电负性杂原子和芳香性是形成胶团的充分必要条件