超聲波在石油化工中的研究進展

孫曉梅(曲阜師范大學化學與化工學院,山東曲阜273169)

超聲波在石油化工中的研究進展

孫曉梅(曲阜師范大學化學與化工學院,山東曲阜273169)

隨著科學技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，超聲波技術(shù)在石油化工中也得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)許多學者與相關(guān)行業(yè)的認識對其研究目前主要集中在石油污水處理、防蠟降粘、防垢除垢等方面，使超聲波技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展得到進一步推廣。本文主要對超聲波的原理分析、影響超聲波的因素以及石油化工中超聲波應(yīng)用的研究進展進行探析。

超聲波；石油化工；研究進展

作為現(xiàn)階段較為新興的交叉學科，超聲波以自身能夠使化學反應(yīng)加速的特征被廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域中。對超聲波化學效應(yīng)的研究以Loomis與Richards為領(lǐng)先人物，使許多科學家開始關(guān)注如何促進其應(yīng)用效果的發(fā)揮。因此，對超聲波在石油化工中的研究進展分析具有十分重要的意義。

1　超聲波的基本原理分析

相比普通聲波，超聲波在功率、介質(zhì)吸收、波長頻率等各方面都有明顯的優(yōu)勢。尤其當超聲波達到一定強度的條件下，能夠在介質(zhì)中傳播時出現(xiàn)一系列的效應(yīng)。對其可具體總結(jié)為超聲波的機械作用、熱學作用、空化作用以及化學作用等方面。其中機械作用主要指介質(zhì)質(zhì)點在超聲波作用下發(fā)生伸張或壓縮導致壓力發(fā)生變化，此時便產(chǎn)生了機械效應(yīng)。在熱學作用方面，介質(zhì)在超聲波傳播時會進行不斷的吸收，使自身溫度逐漸升高，而且這種現(xiàn)象會隨超聲波振動的頻率變化表現(xiàn)出不同的特征。在空化學作用方面，聲場的作用會使液體中微氣泡發(fā)生振動，微氣泡會在聲壓值上升過程中發(fā)生由膨脹到湮滅的變化，此過程便為超聲波空化作用。而化學作用的發(fā)生主要受自由基的影響，這種自由基一般是在液體分子受高溫高壓的作用所形成的［1］。

2　影響超聲波作用的因素分析

由前文可知，超聲波的作用通常體現(xiàn)在機械作用、熱學作用、空化作用以及化學作用等方面，但這些作用實現(xiàn)過程中往往會受很多因素影響如液體界面性質(zhì)、聲強、超聲波的頻率、發(fā)生器類型以及溶解氣的種類等。作為超聲波動力來源的空化作用若存在頻率較低的超聲波、較大的聲強、張力較低的界面以及含溶解氣等可使其作用效果得到充分發(fā)揮。但需注意超聲波的頻率、聲強與液體溶解氣應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，避免其造成空化作用的削弱。除此之外，超聲波作用的發(fā)揮往往也受探頭式或槽式等類型的發(fā)生器影響［2］。

3　石油化工領(lǐng)域中超聲波應(yīng)用的研究進展

3.1從防蠟與降粘的角度

由于我國的原油具有重質(zhì)化與高粘化等特點，無論在煉制或輸送過程中都具有一定的難度。因此利用超聲波可起到一定的降粘與防蠟作用，解決稠油的加工與輸送難題。以往學者的研究為例，通過聲波處理約為25%的熔蠟油時，利用顯微鏡可發(fā)現(xiàn)處理前以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為主，而處理后蠟晶結(jié)構(gòu)中的微粒會以均勻分布的形式呈現(xiàn)，證明防蠟降粘在超聲波的作用下會起到良好的效果。再如將含蠟原油置于38℃中，流量設(shè)置為10L/ min，并在長度為60cm且內(nèi)徑為1.9cm的管內(nèi)進行流動，可發(fā)現(xiàn)利用超聲波前，結(jié)蠟量大約在520mg左右，而利用超聲波的情況下結(jié)蠟量將控制在350mg左右。若利用超聲波對凝固狀態(tài)的原有處理，也可發(fā)現(xiàn)高熔點處的原油融化速度將明顯增加。這就充分說明利用超聲波過程中，蠟晶的吸出得以延緩，原有的流動性將逐漸升高。另外，對摻“活性水”的稠油利用超聲波處理試驗中，也發(fā)現(xiàn)稠油的黏度大幅度降低，使長距離的輸送得以保證。

3.2從防垢與除垢的角度

在以往的實踐過程中發(fā)現(xiàn)，對石油化工中的設(shè)備應(yīng)用化學藥劑可以起到防垢除垢的作用，但往往會出現(xiàn)設(shè)備被腐蝕的現(xiàn)象。基于此現(xiàn)狀，相關(guān)人士開始將超聲波防垢裝置設(shè)置于石油化工的加熱爐中，發(fā)現(xiàn)其防垢除垢的效果極為良好。也有學者對超聲波作用下的水樣利用電鏡進行觀察，發(fā)現(xiàn)水中1-50um垢粒增多，而超過50um垢粒數(shù)量有所減少，并且垢粒在結(jié)構(gòu)上主要以疏松狀為主，很難吸附于器壁上。這就充分說明垢粒在超聲波作用下被明顯的破壞，對存有垢粒的設(shè)備或管線能夠進行除垢。

3.3從超聲波破乳的角度

對原油破乳利用超聲波時，需確保氣候條件較為溫和，使其能夠與破乳劑發(fā)生協(xié)調(diào)融效應(yīng)，便可實現(xiàn)高油水分離率以及破乳劑用量的降低。尤其在混合原油破乳中利用超聲波作用，可發(fā)現(xiàn)破乳脫水速度在超聲波作用下速度極快，脫水率也明顯上升，而且通過水中細菌含量與油含量的降低也能使脫水水質(zhì)得到很大程度的改善。充分證明超聲波的破乳作用。另外，也有學者從理論角度對超聲波作用下，油中水滴粒子所發(fā)生的位移效應(yīng)進行分析，使油水分離能夠利用超聲波具有一定的理論依據(jù)。

3.4從石油污水的處理角度

石油污水處理屬石油化工領(lǐng)域中的難題，在超聲波作用下既可使污水處理效率得到提高，也能將其作為輔助其他處理技術(shù)的主要方式。通過以往實踐研究表明，利用超聲波技術(shù)處理脫水乳化污油時，其脫水量至少將提高2倍，而且石油污水的化學耗氧量在不同功率的超聲波作用下所實現(xiàn)的耗氧量降低率結(jié)果也大不相同［3］。

4　結(jié)語

石油化工領(lǐng)域中超聲波技術(shù)的應(yīng)用將成為必然趨勢。但實際應(yīng)用過程中需對其作用機理以及影響因素做出分析，并立足于自身發(fā)展狀況，充分發(fā)揮其在防蠟降粘、防垢除垢、超聲波破乳以及對石油污水處理等方面的應(yīng)用效果，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益。

［1］郭永剛，王景芹.超聲波在石油化工中應(yīng)用的研究進展［J］.當代化工，2010，01：5-7-10.

［2］劉樸茂.超聲波技術(shù)在石油化工領(lǐng)域的研究進展［J］.化學工程與裝備，2012，07：131-133.

［3］張強，孫昱東，王雪，施宏虹，劉波.超聲波技術(shù)在石油加工中的應(yīng)用［J］.石化技術(shù)與應(yīng)用，2013，03：235-239.