CN104650950A - 一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置。该装置包括蒸汽发生单元、加热单元、计量单元、蒸馏釜、液相收集单元和气相收集单元；其中，蒸汽发生单元与加热单元相连通，加热单元与计量单元相连通，蒸馏釜设置有进料口、液相出口和气相出口，计量单元与蒸馏釜的进料口相连通，蒸馏釜的液相出口与液相收集单元相连通，蒸馏釜的气相出口和气相收集单元相连通。本发明还提供了一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法，该实验方法使用上述的实验装置。本发明的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置及实验方法，能够在实验室实现稳定的平衡蒸馏，精确得到蒸馏率和蒸馏产物，能够修正状态方程，从而可以得出在注蒸汽开采原油过程中水蒸气的蒸馏作用所做的贡献。
Description
技术领域
本发明涉及一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置及实验方法，属于石油开采技术领域。
背景技术
在注蒸汽开采稠油的过程中，过热蒸汽对原油有蒸馏作用，这些从原油中蒸馏出的轻质组分以气相的状态进入油藏，对原油的降粘有很大的帮助，使得原油的采收率有一定的提高，促进了原油的开采。但是确切的过热蒸汽对原油的蒸馏效果有多大，蒸馏率是多少，这些具体的细节都不明确。
过热蒸汽对原油的蒸馏效果等具体的细节参数需要实验装置进行检测，目前，常规的原油减压蒸馏的实验装置和方法都是关于化工的技术，旨在降低设备的热负荷和热耗，其目的也都是对原油进行提纯和分离，因此，常规的原油蒸馏实验装置不适用于高温高压环境下，过热蒸汽对超稠油(50℃下粘度大于10000mPa·s)的蒸馏，此外高温下的过热度控制、流量计量等均是常规实验装置及实验方法难以实现的。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置及实验方法，能够在实验室实现稳定的平衡蒸馏，精确得到蒸馏率和蒸馏产物。
本发明的目的通过以下技术方案得以实现：
一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，该装置包括蒸汽发生单元、加热单元、计量单元、蒸馏釜、液相收集单元和气相收集单元；
其中，所述蒸汽发生单元与所述加热单元相连通，所述加热单元与所述计量单元相连通，所述蒸馏釜设置有进料口、液相出口和气相出口，所述计量单元与所述蒸馏釜的进料口相连通，所述蒸馏釜的液相出口与所述液相收集单元相连通，所述蒸馏釜的气相出口和所述气相收集单元相连通。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，蒸汽发生单元能够生产蒸汽，加热单元能够将蒸汽加热为过热蒸汽，计量单元能够计量过热蒸汽的流量，蒸馏釜能够对超稠油进行蒸馏，液相收集单元收集从蒸馏釜液相出口排出的液体，气相收集单元收集从蒸馏釜气相出口排出的气体。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，优选的，所述蒸汽发生单元包括储水槽、水泵、蒸汽发生器、带有背压阀的第一旁通管路、第一气液分离器；
其中，所述储水槽、水泵、蒸汽发生器、第一气液分离器依次连通，所述带有背压阀的第一旁通管路设置在所述蒸汽发生器和所述第一气液分离器之间。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，带有背压阀的第一旁通管路能够在初期蒸汽发生器生成饱和蒸汽时保证蒸汽的压力；第一气液分离器能够将经过的蒸汽中的液态水去除，保证蒸汽的干度。
根据具体实施方案，上述蒸汽发生单元还包括第一阀门，所述第一阀门设置在带有背压阀的第一旁通管路和第一气液分离器之间，可以用于控制经过的饱和蒸汽的量及速度。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，优选的，所述加热单元包括加热器、自动加热控制器、热电偶、带有背压阀的第二旁通管路、第二气液分离器；
其中，所述加热器与所述第二气液分离器相连通，所述带有背压阀的第二旁通管路设置在所述加热器与所述第二气液分离器之间，所述热电偶设置在所述加热器与所述第二气液分离器之间，所述自动加热控制器分别与所述加热器和所述热电偶相连接。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，带有背压阀的第二旁通管路能够保证蒸汽压力不会因为二次加热，蒸汽加热成为过热蒸汽而压力增大；所述的热电偶检测加热器出口处生成的过热蒸汽的温度，并将温度值反馈给自动加热控制器，自动加热控制器根据反馈的温度值调整加热器的加热温度。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，带背压阀的第一旁通管路和带有背压阀的第二旁通管路均是在普通旁通管路的基础上连接一个耐高温的背压阀，所述普通旁通管路的连接设置是现有技术的常规连接设置。
根据具体实施方案，上述加热单元还包括第二阀门，所述第二阀门设置在带有背压阀的第二旁通管路和第二气液分离器之间，可以用于控制经过的饱和蒸汽的量及速度。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，优选的，所述计量单元包括控制阀门、孔板流量计、阀门自动控制器、单向阀、第三气液分离器和液体计量组件；
其中，所述孔板流量计包括成并联连接的标准孔板和差压变送器，所述液体计量组件包括收集杯和天平，所述收集杯用于收集第三气液分离器分离出的液体，所述收集杯放置在所述天平上，所述控制阀门、所述孔板流量计、所述单向阀、所述第三气液分离器依次连通，所述第三气液分离器与所述蒸馏釜的进料口相连通，所述阀门自动控制器分别于所述控制阀门和孔板流量计的差压变送器相连接。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，阀门自动控制器根据流经孔板流量计的流量的大小控制控制阀门的开合大小，从而使蒸汽流速达到蒸馏要求的流速；所述单向阀能够保证蒸汽的流向为单向。第三气液分离器是蒸汽进入蒸馏釜前的最后一次气液分离器，同时，需要精确计量分离出液体的量，分离的液体进入收集杯后通过天平精确称量，与孔板流量计的计量数值结合，精确计算出进入蒸馏釜的蒸汽量。
根据具体实施方案，上述的计量单元还包括温度计和压力表，所述温度计和压力表设置在所述单向阀和所述第三气液分离器之间；温度计和压力表能够监测进入蒸馏釜前的蒸汽的温度和压力。若出现温度降低的情况，减小蒸汽流速。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，蒸馏釜需要预先加热至预期温度，可以通过加热片进行加热；优选的，该稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置还包括加热片，所述加热片设置在所述蒸馏釜的外侧壁上。
根据具体实施方案，蒸馏釜上还设置有蒸馏釜用热电偶和蒸馏釜用压力表，用于监测蒸馏釜内的压力和温度。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，优选的，所述液相收集单元包括收集水槽，收集水泵和活塞容器；其中，所述收集水槽依次与所述收集水泵和活塞容器相连通，所述活塞容器与所述蒸馏釜的液相出口相连通。
上述的液相收集单元收集蒸馏釜内的水相，可以通过活塞容器分离将水相中混合的油相分离出来后返输回蒸馏釜。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置中，优选的，所述气相收集单元包括冷凝管、冷凝管路背压阀和收集瓶；其中，所述冷凝管的一端、所述冷凝管路背压阀和所述收集瓶依次连通，所述冷凝管的另一端与所述蒸馏釜的气相出口相连通。
本发明还提供一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法，其使用上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，包括如下步骤：
将蒸馏水从储水槽经水泵注入蒸汽发生器中，蒸汽发生器将蒸馏水加热成饱和蒸汽，带背压阀的第一旁通管路保证饱和蒸汽的压力(此处背压阀的蒸汽压力设定为对应蒸汽温度的饱和蒸汽压，查表可得到)，得到初饱和蒸汽；
使初饱和蒸汽经过第一气液分离器将蒸汽中的液态水除去，得到干饱和蒸汽；
使干饱和蒸汽经过加热器进行二次加热，带背压阀的第二旁通管路保证饱和蒸汽的压力(此处背压阀的蒸汽压力设定为对应过热蒸汽温度的饱和蒸汽压，查表可得到)，得到过热蒸汽；
使过热蒸汽经过第二气液分离器将过热蒸汽中的液态水除去，得到干过热蒸汽；
使干过热蒸汽经过孔板流量计并计量流量，然后，使干过热蒸汽通过单向阀进入第三气液分离器，经过第三气液分离器将干过热蒸汽中的液态水除去，得到净过热蒸汽，并称量第三气液分离器分离出的水量；
使用蒸馏釜外的加热片加热蒸馏釜至预期温度，向加热后的蒸馏釜内通入净过热蒸汽，对蒸馏釜内的原油进行蒸汽蒸馏；
用液相收集单元收集从蒸馏釜液相出口排出的液体，用气相收集单元收集从蒸馏釜气相出口排出的气体，直至气液相收集单元中收集瓶内单位时间收集的轻质组分占蒸馏液总量的百分数小于0.1％时停止。
上述的蒸馏液是指被蒸馏的稠油组分。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法中，二次加热的加热温度为实验中要求蒸汽达到的温度，可以依据需要及蒸馏釜内的蒸馏情况进行调整。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法中，预期温度为实验中要求蒸汽达到的温度、与二次加热的加热温度相一致；过热蒸汽蒸馏温度根据实验方案(如不同的稠油性质)的不同而不同，可以依据需要及蒸馏釜内的蒸馏情况进行调整；优选的，所述预期温度为180℃-300℃。
上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法还包括数据处理的步骤。其中，馏分组分蒸馏率及蒸馏效果的数据处理包括：
1、根据实验时记录的收集瓶每瓶结束时气体流量计的读数得到蒸馏出每瓶液体所需要的蒸汽量；
2、将每个收集瓶中的蒸馏馏分用移液枪分别移至编了号的量筒内，而后读取体积，称重后去皮计算每瓶蒸馏液中的馏分的密度；
3、将取出的蒸馏馏分进行气相色谱分析，和未蒸馏的油样进行对比，得到每个组分的蒸馏率；
4、将单瓶中的轻质组分提取出来后，做成分分析，得到轻质组分的成分及其含量，而后可以用其修正状态方程，如PR状态方程，根据室内蒸馏实验的结果，如蒸馏馏分组成的摩尔数，和PR状态方程计算的结果作比较，根据大小关系来修正PR状态方程的混合法则，使其计算结果与实验结果接近，通过不断修正，可以得到适合于稠油蒸汽蒸馏的混合法则；
假设道尔顿分压定律和拉乌尔定律完全满足的情况下，使用VanWinkle(1967)的蒸汽蒸馏模型。已知原油各组分含量，可求得各组分的摩尔分数；实验中气体流量计可测得注入蒸汽的体积，可换算成蒸汽摩尔量；各个温度的饱和蒸汽压查表可得；而后联立蒸汽蒸馏模型的各个方程，代入以上各个参数及蒸汽温度，蒸汽压力实际值计算，得到每个组分最终的馏出摩尔量、蒸馏产物的总摩尔数及蒸馏效率。
本发明利用在蒸馏釜内的原油底部通入过热蒸汽，蒸汽与原油中的轻组分共沸，轻组分被蒸馏出来这一原理，本发明的装置近似达成了一种平衡蒸馏的工艺条件；能够使用解析模型预测平衡蒸馏馏分组成及产率，和实验数据对比，可以验证此方法描述和预测蒸馏效果的优缺点，并且可以根据实验数据来修正状态方程，从而可以得出在注蒸汽开采原油过程中水蒸气的蒸馏作用所做的贡献。
本发明的突出效果为：
本发明的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置及实验方法，能够在实验室实现稳定的平衡蒸馏，精确得到蒸馏率和蒸馏产物，能够修正状态方程，从而可以得出在注蒸汽开采原油过程中水蒸气的蒸馏作用所做的贡献。
附图说明
图1是实施例稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置的结构示意图。
附图标号说明：
储水槽11、水泵12、蒸汽发生器13、第一气液分离器14、带有背压阀的第一旁通管路15、第一阀门16、加热器21、第二气液分离器22、带有背压阀的第二旁通管路23、自动加热控制器24、第二阀门25、热电偶26、控制阀门31、孔板流量计32、阀门自动控制器33、标准孔板34、差压变送器35、第三气液分离器36、收集杯37、天平38、单向阀39、温度计312和压力表311、蒸馏釜41、加热片42、蒸馏釜用热电偶43、蒸馏釜用压力表44、收集水槽51，收集水泵52、活塞容器53、冷凝管61、收集瓶62、冷凝管路背压阀63。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，但本发明并不局限于此。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例
本实施例提供一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，如图1所示，该装置包括蒸汽发生单元、加热单元、计量单元、蒸馏釜、液相收集单元和气相收集单元。
所述蒸汽发生单元包括储水槽11、水泵12、蒸汽发生器13、第一阀门16、带有背压阀的第一旁通管路15、第一气液分离器14，所述储水槽11、水泵12、蒸汽发生器13、第一气液分离器14依次连通，所述带有背压阀的第一旁通管路15设置在所述蒸汽发生器13和所述第一气液分离器14之间，所述第一阀门16设置在带有背压阀的第一旁通管路15和第一气液分离器14之间。
所述加热单元包括加热器21、自动加热控制器24、热电偶26、第二阀门25、带有背压阀的第二旁通管路23、第二气液分离器22，所述加热器21与所述第二气液分离器22相连通，所述带有背压阀的第二旁通管路23设置在所述加热器21与所述第二气液分离器22之间，所述第二阀门25设置在带有背压阀的第二旁通管路23和第二气液分离器22之间，所述热电偶26设置在所述加热器21与所述第二气液分离器22之间，所述自动加热控制器24分别与所述加热器21和所述热电偶26相连接。
所述计量单元包括控制阀门31、孔板流量计32、阀门自动控制器33、单向阀39、第三气液分离器36、液体计量组件、温度计312和压力表311，所述孔板流量计包括成并联连接的标准孔板34和差压变送器35，所述液体计量组件包括收集杯37和天平38，所述收集杯37用于收集第三气液分离器36分离出的液体，所述收集杯37放置在所述天平38上，所述控制阀门34、孔板流量计32、单向阀39、第三气液分离器36依次连通，所述温度计312和压力表311设置在所述单向阀39和所述第三气液分离器36之间，所述第三气液分离器36与所述蒸馏釜41的进料口相连通，所述阀门自动控制器33分别于所述控制阀门31和孔板流量计32的差压变送器35相连接。
所述稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置还包括加热片42和设置在蒸馏釜41上的蒸馏釜用热电偶43和蒸馏釜用压力表44，所述加热片42设置在所述蒸馏釜41的外侧壁。
所述液相收集单元包括收集水槽51，收集水泵52和活塞容器53，所述收集水槽51、所述收集水泵52、活塞容器53依次连通，所述活塞容器53与所述蒸馏釜41的液相出口相连通。
所述气相收集单元包括冷凝管61、冷凝管路背压阀63和收集瓶62，所述冷凝管61的一端、所述冷凝管路背压阀63和所述收集瓶62依次相连通，所述冷凝管61的另一端与所述蒸馏釜41的气相出口相连通。
所述蒸汽发生单元的第一气液分离器14与所述加热单元的加热器21相连通，所述加热单元的第二气液分离器22与所述计量单元的控制阀门31相连通，所述蒸馏釜41设置有进料口、液相出口和气相出口，所述计量单元的第三气液分离器36与所述蒸馏釜41的进料口相连通，所述蒸馏釜41的液相出口通过一阀门与所述液相收集单元的活塞容器53相连通，所述蒸馏釜41的气相出口和所述气相收集单元的冷凝管61相连通。
本实施例还提供一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法，其使用上述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，包括如下步骤：
将蒸馏水从储水槽11经水泵12注入蒸汽发生器13中，蒸汽发生器13将蒸馏水加热成饱和蒸汽，带背压阀的第一旁通管路15保证饱和蒸汽的压力，得到初饱和蒸汽；
使初饱和蒸汽经过第一气液分离器14将蒸汽中的液态水除去，得到干饱和蒸汽；
使干饱和蒸汽经过加热器21进行二次加热，带背压阀的第二旁通管路23保证饱和蒸汽的压力，得到过热蒸汽；
使过热蒸汽经过第二气液分离器22将蒸汽中的液态水除去，得到干过热蒸汽；
使干过热蒸汽经过孔板流量计32并计量流量，然后，使干过热蒸汽通过单向阀39进入第三气液分离器36，经过第三气液分离器36将干过热蒸汽中的液态水除去，得到净过热蒸汽，并称量第三气液分离器36分离出的水量；
使用蒸馏釜41外的加热片42加热蒸馏釜41至预期温度，向加热后的蒸馏釜41内通入净过热蒸汽，对蒸馏釜41内的原油进行蒸汽蒸馏；
用液相收集单元收集从蒸馏釜41液相出口排出的液体，用气相收集单元收集从蒸馏釜41气相出口排出的气体，直至气液相收集单元中收集瓶内单位时间收集的轻质组分占蒸馏液总量的百分数小于0.1％时停止。
对本实施例稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法所产生的数据进行处理：
根据实验时记录的收集瓶每瓶结束时气体流量计的读数得到蒸馏出每瓶液体所需要的蒸汽量；
将每个收集瓶中的蒸馏馏分用移液枪分别移至编了号的量筒内，而后读取体积，称重后去皮计算每瓶蒸馏液中的馏分的密度；
将取出的蒸馏馏分进行气相色谱分析，和未蒸馏的油样进行对比，可以得到每个组分的蒸馏率；
本实施例稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法是在220℃，2.3MPa压力下对原油进行蒸汽蒸馏，实验后得到蒸馏溜出液9瓶，用移液枪取出其中的馏分，馏分的蒸馏率和注入蒸汽量的关系如表1所示：
表1
| PV | 0.7 | 1.3 | 2.0 | 2.7 | 3.3 | 4.0 | 4.7 | 5.3 | 6.0 |
| 蒸馏率 | 3％ | 5％ | 6％ | 7％ | 8％ | 9％ | 10％ | 10％ | 11％ |
对蒸馏馏分进行密度测量、模拟蒸馏操作，可以得到馏分的组成，对于每个组分的含量，和初始原油的含量对比，可以得到每个组分的馏出程度，如表2所示：
表2
| 碳数 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| 原油组分含量(g) | 0 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 3.5 | 4.3 | 5.5 | 6.2 | 7.9 | 6.5 |
| 馏分组分含量(g) | 0 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 3.5 | 4.2 | 5.1 | 5.2 | 5.7 | 4.0 |
| 馏出程度(％) | 0 | 100％ | 100％ | 100％ | 100％ | 98％ | 93％ | 83％ | 73％ | 61％ |
| 碳数 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 |
| 原油组分含量(g) | 6.5 | 7.2 | 7.9 | 8.0 | 7.8 | 8.4 | 9.2 | 11.2 | 10.4 | 9.6 |
| 馏分组分含量(g) | 3.1 | 2.6 | 2.2 | 1.6 | 1.2 | 0.9 | 0.7 | 0.6 | 0.4 | 0.3 |
| 馏出程度(％) | 48％ | 37％ | 27％ | 20％ | 15％ | 11％ | 8％ | 6％ | 4％ | 3％ |
| 碳数 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 |
| 原油组分含量(g) | 8.5 | 8.7 | 6.5 | 6.4 | 7.2 | 7.7 | 6.5 | 5.9 | 5.7 | 5.4 |
| 馏分组分含量(g) | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 馏出程度(％) | 2％ | 1％ | 1％ | 1％ | 1％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ |
| 碳数 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 |
| 原油组分含量(g) | 4.3 | 4.2 | 4.3 | 4.2 | 3.9 | 3.9 | 3.7 | 3.7 | 3.6 | 3.6 |
| 馏分组分含量(g) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 馏出程度(％) | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ | 0％ |
对于蒸汽蒸馏实验前的原油组成数据和实验后的馏分组成数据，分别进行拟组分划分，如表3所示，拟组分的各个参数计算采用加权平均法。
表3
| 拟组分 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 馏分组成 | C11-C13 | C14-C15 | C16-C18 | C19-C20 | C21-C22 | C23-C49 |
其中，
Tci，Tck分别为组分i及拟组分的临界温度，K；
Pci，Pck分别为组分i及拟组分的临界压力，MPa；
ωci，ωck分别为组分i及拟组分的偏心因子；
Zi为体系中i组分的摩尔含量；
Mi为体系中i组分的分子量；
将单瓶中的轻质组分提取出来后，做成分分析，得到轻质组分的成分及其含量，而后可以用其修正状态方程，如PR状态方程，根据室内蒸馏实验的结果，如蒸馏馏分组成的摩尔数，和PR状态方程计算的结果作比较，根据大小关系来修正PR状态方程的混合法则，使其计算结果与实验结果接近，通过不断修正，可以得到适合于稠油蒸汽蒸馏的混合法则；
根据PR状态方程：可以计算出各个拟组分的逸度系数，气化率，平衡常数，气液相摩尔分数参数。
其中，
P为体系压力，MPa；
T为体系温度，K；
v为1摩尔该物质体系的体积，m3；
a,b为状态方程调和参数，其取值与物质固有属性、组分间的相互作用、环境条件等有关。
在拟组分的基础上，添加蒸汽组分，每次加入的量为1分钟或者几十秒的蒸汽注入量，反复带入PR状态方程，即可以计算出累计的气相摩尔数，即馏出馏分的摩尔量。
计算出馏分的摩尔量后和实验值对比分析，修改拟组分的划分，将前面划分的拟组分重新划分，若计算结果偏小则将该拟组分再次细分，若计算结果偏大，则合并几个拟组分。再次带入计算，直至计算结果值和实验值足够接近，即误差小于0.001。至此，完成状态方程的修正。
对于解析方程，有实验结果可知蒸馏率。原油组成已知，可知原油各组分含量，可求得各组分的摩尔分数；实验中气体流量计可测得注入蒸汽的体积，可换算成蒸汽摩尔量；各个温度的饱和蒸汽压查表可得。
假设道尔顿分压定律和拉乌尔定律完全满足的情况下，使用VanWinkle(1967)的蒸汽蒸馏模型，代入以上各个参数及蒸汽温度和蒸汽压力的实际测量值计算，得到下列公式：
Njo-Njf＝Njo{1-exp[-EPj(T)Nsf/(PtNoi)]}
其中，
Njo为原油中j组分的初始含量，mol；
Noi为初始原油摩尔数，mol；
Njf为蒸汽蒸馏结束时原油中j组分的含量，mol；
Nsf为蒸汽蒸馏结束时注入蒸汽总量，mol；
Pj(T)为温度T时组分j的饱和蒸汽压，MPa；
Pt为蒸汽蒸馏的压力，MPa；
E为蒸馏效率系数，与设备、操作条件有关；
Y为馏分总量，mol；
可以计算出每个馏分的馏出量，进而可以换算出每个组分的馏出率。知道原油中各个组分的馏出率后，可以计算出在注蒸汽开发过程中蒸汽可以蒸馏出的轻质组分的摩尔总量。如表4所示：
表4
| 碳数 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |
| 原油组分含量(g) | 3.5 | 3.7 | 4.6 | 5.8 | 6.6 | 8.4 | 6.9 | 6.9 | 7.7 | 8.4 |
| 馏分组分含量(g) | 3.5 | 3.7 | 4.2 | 4.7 | 4.4 | 4.6 | 3.0 | 2.2 | 1.8 | 1.5 |
| 馏出程度(％) | 100 | 100 | 90 | 80 | 70 | 50 | 40 | 30 | 20 | 20 |
| 碳数 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 |
| 原油组分含量(g) | 8.6 | 8.3 | 9.0 | 9.7 | 11.9 | 11.1 | 10.2 | 9.0 | 9.3 | 6.9 |
| 馏分组分含量(g) | 1.1 | 0.8 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 馏出程度(％) | 10 | 10 | 10 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 碳数 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 |
| 原油组分含量(g) | 6.8 | 7.6 | 8.2 | 6.9 | 6.3 | 6.1 | 5.7 | 4.6 | 4.4 | 4.5 |
| 馏分组分含量(g) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 馏出程度(％) | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
由表可知，C13-C18馏出程度高，这部分馏出的馏分在接下来的开发过程中起到了溶剂辅助降黏的作用，知道了各个组分的蒸馏量就可以算出各个组分在原油中扩散程度，从而可以求出蒸汽蒸馏在注蒸汽开发过程中的贡献量。
本实施例的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置及实验方法，能够在实验室实现稳定的平衡蒸馏，精确得到蒸馏率和蒸馏产物，能够修正状态方程，从而可以得出在注蒸汽开采原油过程中水蒸气的蒸馏作用所做的贡献。
Claims (9)
1.一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，其特征在于：该装置包括蒸汽发生单元、加热单元、计量单元、蒸馏釜、液相收集单元和气相收集单元；
其中，所述蒸汽发生单元与所述加热单元相连通，所述加热单元与所述计量单元相连通，所述蒸馏釜设置有进料口、液相出口和气相出口，所述计量单元与所述蒸馏釜的进料口相连通，所述蒸馏釜的液相出口与所述液相收集单元相连通，所述蒸馏釜的气相出口和所述气相收集单元相连通。
2.根据权利要求1所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，其特征在于：所述蒸汽发生单元包括储水槽、水泵、蒸汽发生器、带有背压阀的第一旁通管路、第一气液分离器；
其中，所述储水槽、水泵、蒸汽发生器、第一气液分离器依次连通，所述带有背压阀的第一旁通管路设置在所述蒸汽发生器和所述第一气液分离器之间。
3.根据权利要求1所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，其特征在于：所述加热单元包括加热器、自动加热控制器、热电偶、带有背压阀的第二旁通管路、第二气液分离器；
其中，所述加热器与所述第二气液分离器相连通，所述带有背压阀的第二旁通管路设置在所述加热器与所述第二气液分离器之间，所述热电偶设置在所述加热器与所述第二气液分离器之间，所述自动加热控制器分别与所述加热器和所述热电偶相连接。
4.根据权利要求1所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，其特征在于：所述计量单元包括控制阀门、孔板流量计、阀门自动控制器、单向阀、第三气液分离器和液体计量组件；
其中，所述孔板流量计包括成并联连接的标准孔板和差压变送器，所述液体计量组件包括收集杯和天平，所述收集杯用于收集第三气液分离器分离出的液体，所述收集杯放置在所述天平上，所述控制阀门、所述孔板流量计、所述单向阀、所述第三气液分离器依次连通，所述第三气液分离器与所述蒸馏釜的进料口相连通，所述阀门自动控制器分别于所述控制阀门和孔板流量计的差压变送器相连接。
5.根据权利要求1所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，其特征在于：该稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置还包括加热片，所述加热片设置在所述蒸馏釜的外侧壁上。
6.根据权利要求1所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，其特征在于：所述液相收集单元包括收集水槽，收集水泵和活塞容器；
其中，所述收集水槽依次与所述收集水泵和活塞容器相连通，所述活塞容器与所述蒸馏釜的液相出口相连通。
7.根据权利要求1所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，其特征在于：所述气相收集单元包括冷凝管、冷凝管路背压阀和收集瓶；
其中，所述冷凝管的一端、所述冷凝管路背压阀和所述收集瓶依次连通，所述冷凝管的另一端与所述蒸馏釜的气相出口相连通。
8.一种稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法，其使用权利要求1-7任一项所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验装置，包括如下步骤：
将蒸馏水从储水槽经水泵注入蒸汽发生器中，蒸汽发生器将蒸馏水加热成饱和蒸汽，带背压阀的第一旁通管路保证饱和蒸汽的压力，得到初饱和蒸汽；
使初饱和蒸汽经过第一气液分离器将蒸汽中的液态水除去，得到干饱和蒸汽；
使干饱和蒸汽经过加热器进行二次加热，带背压阀的第二旁通管路保证饱和蒸汽的压力，得到过热蒸汽；
使过热蒸汽经过第二气液分离器将过热蒸汽中的液态水除去，得到干过热蒸汽；
使干过热蒸汽经过孔板流量计并计量流量，然后，使干过热蒸汽通过单向阀进入第三气液分离器，经过第三气液分离器将干过热蒸汽中的液态水除去，得到净过热蒸汽，并称量第三气液分离器分离出的水量；
使用蒸馏釜外的加热片加热蒸馏釜至预期温度，向加热后的蒸馏釜内通入净过热蒸汽，对蒸馏釜内的原油进行蒸汽蒸馏；
利用液相收集单元收集从蒸馏釜液相出口排出的液体，利用气相收集单元收集从蒸馏釜气相出口排出的气体，直至气液相收集单元中收集瓶内单位时间收集的轻质组分占蒸馏液总量的百分数小于0.1％时停止。
9.根据权利要求8所述的稠油过热蒸汽蒸馏的实验方法，其特征在于：所述预期温度为180℃-300℃。
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