CN103868959B

CN103868959B - 一种重质油稳定性表征的装置及方法

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Publication number: CN103868959B
Application number: CN201410136478.7A
Authority: CN
Inventors: 张龙力; 杨国华; 杨朝合; 张国栋; 徐连磊
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: CN103868959A

Abstract

本发明涉及一种重质油稳定性表征的装置，其特征在于：包括样品管，样品管上设置有控温装置，控温装置连接有加热系统，样品管的上端和下端分别设置有上电极和下电极，上电极和下电极分别通过电极接线柱连接到相同型号的电学信号数值仪，样品管的上端和下端均设置有可拆卸的密封装置，密封装置将上电极和下电极封装于样品管的内部。采用该装置进行重质油稳定性表征的方法，首先对样品管加热，通过测量样品管上层和样品管下层的电学参数，进行参数比较，根据比较结果判断重质油的稳定性。该装置和方法可以实现对重质油稳定性直接、快速的表征。

Description

一种重质油稳定性表征的装置及方法

技术领域

本发明属于电学测量，具体的说，涉及一种应用于石油石化领域的，对重质油稳定性进行表征、测量的装置及方法。

背景技术

在石油化工科研、生产过程中，石油产品、尤其是重质油体系的稳定性检测具有重要的意义。重质油体系是胶体系统，其中分散相由沥青质和其表面或内部吸附的部分可溶质构成，分散介质则由余下的可溶质构成。重质油胶体体系的稳定性取决于其各组分在各相之间处于动态平衡状态，各组分在数量、性质和组成上必须相容匹配，也就是说沥青质的含量需适当，可溶质的芳香度不能太低，并必须有相当量的、组成结构与沥青质相似的胶质作为胶容组分。由于重质油产品非常粘稠、透光性极低，很难表征其稳定性；现有的方法，通常采用正构烷烃作为沉淀剂，在重质油中加入正构烷烃，对重质油样品采用正构烷烃进行稀释，研究利用沉淀剂破坏重质油稳定性，以体系出现稳定性崩溃、出现沥青质聚沉时加入的正构烷烃与重质油的重量比例(正构烷烃/重质油油样)作为重质油的胶体稳定性参数，但目前上没有表征重质油稳定性的胶体稳定性参数标准。

由于重质油透光率低，对其中产生沥青质沉淀的观察及其不便，判断重质油是否稳定通常还采用滴扩散法，取重质油在试纸上进行滴定试验，观察试纸上是否有絮凝发生，以此判断重质油是否稳定。该方法较为简便，但缺点是需要靠人的主观观察。

从上可以看出，重质油的物理特性决定了该类方法不能实现对油样稳定性的直接测定。目前，尚没有一种可直接、快速、直观对重质油稳定性进行表征的直接方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的以上不足，提供一种可直接、快速表征重质油稳定性的装置及方法。

本发明的技术方案是：一种重质油稳定性表征的装置，包括样品管，样品管上设置有控温装置，控温装置连接有加热系统，样品管的上端和下端分别设置有上电极和下电极，上电极和下电极分别通过电极接线柱连接到相同型号的电学信号数值仪，样品管的上端和下端均设置有可拆卸的密封装置，密封装置将上电极和下电极封装于样品管的内部。

优选的是：控温装置为设置在样品管外围的加热带，加热系统包括温控系统和温控装置，加热带与温控系统相连，温控系统为加热带供电，并可通过温控系统设定加热温度；温控装置为电磁继电器，电磁继电器与温控系统相连，加热带通过热电偶连接到电磁继电器。

优选的是：控温装置为设置在样品管外围的恒温夹套，加热系统包括超级恒温槽，恒温夹套上设置有液体入口和液体出口，液体入口和液体出口分别与超级恒温槽相连，使用控温夹套时，由超级恒温槽提供恒温介质，恒温介质流过控温夹套内，从而使样品保持与夹套相同的温度，实现对样品的控温。

优选的是：电学信号数值仪为电导测试仪或电容测试仪，即上电极和下电极分别连接有电导测试仪或分别连接有电容测试仪。

优选的是：样品管上端的密封装置上设置有出气孔。

优选的是：上电极、下电极及电极接线柱上均设置有绝缘装置。

一种重质油稳定性表征的方法，包括以下步骤：

(1)将重质油样品装入到样品管中，将样品管的上端和下端通过密封装置密封好；

(2)将样品管上端和下端的电极通过电极接线柱连接到电学信号数值仪，并启动电学信号数值仪；

(3)通过加热系统设置所需的加热温度，启动加热系统从而启动控温装置，为样品管加热；

(4)当达到设定的加热温度后，将样品管静置、恒温15分钟以上，使样品管内的重质油体系达到平衡状态，测定上电极和下电极所连接的电学信号数值仪的数据；

(5)通过计算样品管上下层电学信号数值差异与上下层电学信号数值平均值的比值来判定重质油油样的稳定性：对上、下层样品使用相同的电极进行测定，取电学信号数值仪所测得的样品管上层和样品管下层电学信号数值的差与样品管上层和样品管下层电学信号数值的和的平均值之间的比来衡量样品管内重质油在设定加热温度下的稳定性，其计算过程如下：

Δ = \frac{| G_{1} - G_{2} |}{(G_{1} + G_{2}) / 2} \times 100 %

Δ——表示样品管中重质油油样上下层电学信号数值相对差异比例

G₁——样品管上层的电学信号数值测量值

G₂——样品管下层的电学信号数值测量值

(6)确定表征重质油胶体的稳定性标准：油样上层和油样下层电学信号数值相对差异比例小于15％，表明该体系的上、下层的电学差异较小，则认为重质油体系相对较稳定，若油样上层和油样下层电学信号数值相对差异比例大于15％，表明该体系的上、下层的电学差异较大，则认为重质油体系不稳定。

本发明的有益效果是：

(1)本发明克服现有产品对重质油不能直接进行稳定性测定、必须要利用正构烷烃稀释才能测定重质油稳定性的的不足，提供了一种快速、直接表征重质油稳定性的方法。依据重质油静置条件下上下层的体系组成将发生改变，因而上下层电学性质也将产生差异的本质特征，对重质油上下层的电学性质进行测定、比对，从而表征重质油体系稳定性。本研究实现了在一定温度下，直接、快速利用电学测量方法表征重质油稳定性的表征，可以直接将电学参数与反应进程相关联，为研究、表征反应进程，控制反应进度提供依据。

(2)测试温度对重质油体系的电学性质(如电导、电容等)具有显著影响，当使用确定的电极时，温度越高，体系的黏度越小、电导越大。因此本发明设计了可对上下层体系进行加温及控制的加热系统，加热系统中设置有检测温度的装置和控制温度的装置，从而实现对体系的温度进行精确控制，使测试体系的上、下层的温度相同，使用本装置可便利的实现对不同温度下，在不加正构烷烃稀释的情况下，实现对重质油稳定性的直接表征。

(3)本发明对样品管和电极的进行了设计。在样品管上设计了加热装置，对样品管和样品的温度实现精确控制；将上下层样品的电学测量值进行对比，并对重质油体系胶体稳定性下降、沥青质聚沉发生时上下层样品的电学测量值的性能差别进行了详细的总结测量，并确定了对重质油体系中上、下层电学信号差异比较标准，将差异比较标准结果作为重质油稳定性的标准。

(4)在样品管上端设计了通气孔，以便于将油样在加热过程中产生的蒸气排出。对电极接线柱和电极极板都进行了绝缘结构设计，降低在线检测带电工作条件下可能会出现的短路、静电等危险，提高了电极在线检测的安全系数。

(5)本发明提供了两种对样品管加热的系统：采用加热带作为加热装置主要适用于对加热温度范围较宽的试验环境，采用超级恒温槽作为加热系统适用于对加热温度范围较窄的试验环境。因此，本发明适用于测量多种环境温度下重质油体系的稳定性。

附图说明

附图1是本发明实施例1提供的重质油稳定性表征装置结构示意图。

附图2是本发明实施例3提供的重质油稳定性表征装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种重质油稳定性表征的装置，包括样品管1，样品管1上设置有控温装置，控温装置连接有加热系统，样品管1的上端和下端分别设置有上电极4和下电极8，上电极4和下电极8分别通过电极接线柱2连接到相同型号的电导测试仪7，样品管1的上端和下端均设置有可拆卸的密封装置，密封装置将上电极和下电极封装与样品管的内部，样品管1上端的密封装置上设置有出气孔3。

控温装置为设置在样品管外围的加热带6，加热系统包括温控系统9和温控装置，加热带6与温控系统9相连，温控系统9为加热带6供电，并可通过温控系统9设定加热温度；温控装置为电磁继电器5，电磁继电器5与温控系统9相连，加热带6通过热电偶10连接到电磁继电器5。

采用该装置进行重质油稳定性表征测量时，取A、B、C、D四种重质油油样，分别装入四只样品管1中，采用密封装置对样品管1的上端和下端进行封闭。通过温控系统9设定需加热的温度，启动温控系统9对样品管1外围的加热带6进行加热，加热过程中，热电偶10检测加热带6的温度，并将检测值传递到电磁继电器，当加热温度达到温控系统9设定的温度时，电磁继电器控制温控系统9停止工作，进入保温过程。

对样品管1在设定的温度下进行恒温15分钟处理，分别读取上电极和下电极所连接的电导测试仪7上的数据，得到A、B、C、D四种重质油油样上层和下层的电导值，对重质油油样上下层电导差异比例进行计算，计算方法为电学参数相对差异比例等于电学信号数值仪所测得的样品管1上层和样品管1下层电导的差除以样品管1上层和样品管1下层电学信号数值的和的平均值。计算公式如下：

Δ = \frac{| G_{1} - G_{2} |}{(G_{1} + G_{2}) / 2} \times 100 %

Δ——表示样品管中重质油油样上下层电导的相对比例

G₁——样品管上层的电导测量值

G₂——样品管下层的电导测量值

|G₁-G₂|体现了样品管1上层和样品管1下层之间电导的差异性。为样品管1上层和样品管1下层之间电导的平均值。Δ的数值体现了油样上下层差异对油样上下层电导平均值的相对比例。Δ数值越小，表明油样上下层的差异越小，即油样为稳定体系，没有出现体系分层；Δ的数值越大，表明油样上下层的差异越大，即油样为不稳定体系，出现了体系分层现象。

申请人经过了反复的试验，取相同的油样，加热到试验设定的温度，采用本发明的试验方法与传统的滴扩散法进行比较。滴扩散法的具体做法为：将重质油搅拌均匀，取一滴滴在滤纸中心，液滴将扩散为圆形。如果该扩散在扩散形状及颜色强度上是一致的，表明重质油较稳定；当重质油中沥青质含量较高时，滤纸上将出现沥青质絮凝，扩散体中间为一深黑色圆形，外面为一浅色圆。通过将本发明方法与滴扩散法相比较，确定了表征重质油胶体的稳定性标准：油样上层和油样下层电导相对差异比例小于15％，表明该体系的上、下层的电学差异较小，则认为重质油体系相对较稳定，若油样上层和油样下层电导相对差异比例大于15％，表明该体系的上、下层的电学差异较大，则认为重质油体系不稳定。

表1至表5给出了将油样A、B、C、D分别加热到25℃、30℃、35℃、40℃及45℃条件下，并恒温15分钟，记录了电导测试仪所测得的样品管1中上层油样和下层油样的电导值，并进行了相应的计算和判断。

表1不同油样在25℃条件下上下层电导及稳定性比较

表2不同油样在30℃条件下上下层电导及稳定性比较

表3不同油样在35℃条件下上下层电导及稳定性比较

表4不同油样在40℃条件下上下层电导及稳定性比较

表5不同油样在45℃条件下上下层电导及稳定性比较

由该表可见，采用本发明所建立的试验装置，可以实现对稳定重质油产品、不稳定重质油样品的胶体稳定性的表征，表征结果与采用本研究领域广泛接受的滴扩散法的表征结果一致。表明本发明是可行的。

而且本方法由电学信号进行表征，易于实现信号传输和自动控制；同时，该方法与以往的电学表征方法相比，不需要在油样中加入溶剂进行稀释，实现了对样品的直接表征，结果更加接近油品的真实状态；该方法可以在不同温度下对油品进行表征，测定石油产品在不同温度、尤其是高温下的稳定性，对石油产品稳定性研究具有重要意义。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是，工作过程中，还可以采用电容器作为电学信号数值仪，采用测量样品管1上层与样品管2下层重质油电容的方式，判定重质油胶体体系的稳定性。

实施例3

本实施例提供了重质油稳定性表征的装置的另一种结构。

控温装置为设置在样品管外围的恒温夹套12，加热系统包括超级恒温槽11，恒温夹套12的上设置有液体出口13和液体入口14，液体出口13和液体入口14分别与超级恒温槽11相连。

采用该装置进行重质油稳定性表征测量时，取A、B、C、D四种重质油油样，分别装入四只样品管1中，采用密封装置对样品管1的上端和下端进行封闭。通过超级恒温槽11设定所需的加热温度，通过液体出口13和液体入口14可实现加热的液体在超级恒温槽11和恒温夹套12之间的流动，保持样品管外围恒温夹套12内液体的温度与超级恒温槽内设定的温度相同，从而实现样品管内重质油油样的加热和恒温处理。

Claims

1.一种重质油稳定性表征的装置，其特征在于：包括样品管，样品管上设置有控温装置，控温装置连接有加热系统，样品管的上端和下端分别设置有上电极和下电极，上电极和下电极分别通过电极接线柱连接到相同型号的电学信号数值仪，样品管的上端和下端均设置有可拆卸的密封装置，密封装置将上电极和下电极封装于样品管的内部，上电极和下电极分别测量样品管上下层电学信号，通过计算样品管上下层电学信号数值差异与上下层电学信号数值平均值的比值来判断重质油油样的稳定性。

2.如权利要求1所述的重质油稳定性表征的装置，其特征在于：所述的控温装置为设置在样品管外围的加热带，加热系统包括温控系统和温控装置，加热带与温控系统相连，温控系统为加热带供电，并可通过温控系统设定加热温度；温控装置为电磁继电器，电磁继电器与温控系统相连，加热带通过热电偶连接到电磁继电器。

3.如权利要求1所述的重质油稳定性表征的装置，其特征在于：所述的控温装置为设置在样品管外围的恒温夹套，加热系统包括超级恒温槽，恒温夹套上设置有液体入口和液体出口，液体入口和液体出口分别与超级恒温槽相连。

4.如权利要求1所述的重质油稳定性表征的装置，其特征在于：所述的电学信号数值仪为电导测试仪或电容测试仪，即上电极和下电极分别连接有电导测试仪或分别连接有电容测试仪。

5.如权利要求1所述的重质油稳定性表征的装置，其特征在于：样品管上端的密封装置上设置有出气孔。

6.采用权利要求1所述的重质油稳定性表征装置进行重质油稳定性表征的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(5)通过计算样品管上下层电学信号数值差异与上下层电学信号数值平均值的比值来判定重质油油样的稳定性：对上、下层样品使用相同的电极进行测定，取电学信号数值仪所测得的样品管上层和样品管下层电学信号数值的差与样品管上层和样品管下层电学信号数值的和的平均值之间的比来衡量样品管内重质油在设定加热温度下的稳定性。