超声波在石油化工中的应用文档格式.docx

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2.4超声波化学作用……………………………………………………………5

3.超声波在石油化工中的应用………………………………………………………5

3.1超声波测量石油密度…………………………………………………………5

3.2超声波防垢除垢………………………………………………………………5

3.3超声波的乳化及破乳…………………………………………………………6

3.4超声波防蜡及降粘……………………………………………………………7

3.5超声波处理石油污水…………………………………………………………8

3.6超声波脱硫………………………………………………………………9

4.超声波在石油化工中的应用前景分析…………………………………………10

结语………………………………………………………………………10

参考文献…………………………………………………………………………10

致谢…………………………………………………………………………………12

摘要：

本文介绍了超声波技术的发展概况及超声波的机械作用、空化作用、热作用、化学作用机理,并综述了超声波在石油化工中的应用,如超声波在测量石油密度、防垢除垢、乳化破乳、防蜡降粘、脱硫、处理石油污水等方面应用的研究。

并指出了超声波技术目前存在的问题，对超声波在石油化工乃至整个化工领域的应用进行了展望。

关键字：

超声波；

石油化工；

除垢；

破乳；

石油污水；

应用

ApplicationofUltrasoundWaveinPetrochemicalIndustry

Abstract：

Thepaperintroducesthedevelopmentofultrasoundwavetechnologyandthemechanicalaction,cavitation,thermaleffect,orchemicalreactionofultrasoundwave.Theresearchprogressofultrasonicinpetrochemicalindustryaresummarized,suchasdensitymeasurementofoil,theapplyingofultrasonicinpreventionandremovalofincrustation,breakingofcrudeoilemulsion,inhibitionofparaffin,decreasingofviscosity,removalofsulfur.treatmentofpetroleumwastewater,etc.Thepresentproblemsandthedevelopmenttendencyofthetechnologyofultrasonicareproposed.Preponderanttechnicalinnovationsinpetrochemicalindustrywouldbeexpected.

KeyWords：

ultrasoundwave;

petrochemicalindustry;

Incrustationremoving;

emulsionbreaking;

Petroleumwastewater;

application;

引言

超声波是指振动频率较高的物体在介质中所产生的频率高于20kH的弹性波，具有波长较短、能量集中的特点，在各行业有着广泛的用途，如用于切削、钻孔、清洗、医疗诊断、测量、非破坏性材料检验等方面。

尤其在石油化工行业中，超声波的应用亦越来越受到重视。

如石油化工中，存在方面方面复杂的工艺，以及最后产物中存在着对环境污染的物质，而超声波目前可以解决一些方面的问题。

本文对超声波在石油化工中的应用进行了综述。

1超声波技术的发展概况

自从1927年Richards和Loomis[1]首次发表了超声波的化学效应以来，引起科学家们的广泛关注，目前超声波在化工领域已有广泛应用[2]。

近年来，有关超声波在石油化工中的应用与日俱增，超声波在催化剂制造与活化、传质与传热、传递过程（包括吸附过程、结晶过程、乳化与破乳、膜过程、电化学过程以及非均相化学反应过程）、萃取分离等方面有广阔的应用前景。

2超声波的作用原理

超声波是声波当中的一种，但是超声波的频率要比平常所接触的声波的频率高很多（>

20kHz）。

因此，超声波与平常所说的声波还存在着许多不同之处，超声波具有比普通声波更强的功率，介质对超声波的吸收比普通声波大很多，超声波的波长较短，频率很高，具有较大的能量，可以对介质质点产生显著的声压作用。

当一定强度的超声波在介质中传播时，会产生力学、热学、光学和化学等一系列效应，归结为下列4种基本作用。

2.1超声波机械作用

超声波在传播过程中会引起介质质点交替的压缩与伸张，构成了压力的变化，这将引起机械效应。

超声波在液体中传播时，其间质点位移和速度不大，但与超声波振动频率的平方成正比的质点加速度却很大，有时超过重力加速度的数万倍。

这会对介质造成强大的机械效应，甚至破坏介质。

2.2超声波空化作用

超声波的空化作用是指存在于液体中的微气泡在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，微气泡将迅速膨胀，然后突然湮灭，这种振荡、膨胀及湮灭等一系列动力学过程称为声空化。

在气泡湮灭瞬间周围极小的空间内产生5000K以上的高温和大约50MPa的高压，气泡界面处液体温度也可达2000K[3]。

持续几微秒后，该热点随之冷却，温度变化率达109KPs，并伴生强烈冲击波和时速达400kmPh的射流[4]，这为液体发生物理、化学反应提供了一个极端的物理环境。

同时由于摩擦产生的电荷，在湮灭过程中会产生放电发光现象。

2.3超声波热作用

超声波在介质中传播时，介质对超声波的吸收会引起自身温度升高，超声波振动频率越高，热吸收现象越显著。

在液体媒质与固体媒质的分界处会造成局部高温，甚至产生电离现象。

2.4超声波化学作用

超声波的化学作用是由于产生自由基而引发的。

在空化作用产生的高温高压下，液体分子裂解产生自由基，由于自由基含有未配对电子，所以其性质活泼，很容易进一步引发各种反应，最后变成为稳定分子。

同时由于超声波产生高温高压促进反应的进行。

3超声波在石油化工中的应用

3.1超声波测量石油密度

利用超声波在不同介质中有不同的传播速度这个原理，黄智伟等成功地研制了超声波密度测定仪[5]，实现了石油产品密度的在线测量。

研究得出超声波传播时间t同传播距离L，油品温度T和油品密度Q之间有以下的函数关系:

t=f（L，T，Q）

在控制着油品温度和超声波传播距离L不变的情况下，油品密度就和传播时间在一定范围内成线性关系。

所以可以方便地测出石油产品的密度。

这种密度测定仪具有精度高，重复性好而且安全又可靠，本方法已经在上海炼油厂、乌鲁木齐炼油厂、大连炼油厂等10多家炼油厂生产线上使用效果良好。

其仪器结构示意图（如图3-1）

图3-1超声波测石油密度仪器结构图

3.2超声波防垢及除垢

超声波如果作为一种物理方法，可以对炼油厂的设备有良好的防垢和除垢作用，因为不需引入化学试剂，所以对设备无任何腐蚀作用。

梁成浩等[6]对水处理系统施加了20kHz的超声波，研究其对阻垢作用的影响。

结果表明，超声波处理具有明显的阻垢作用。

在超声波处理时间为每间隔10min开启3min的情况下，阻垢率可达85%以上。

孙晓霞等[7]介绍了中国石化股份有限公司金陵分公司重油催化裂化装置油浆循环系统换热设备应用超声波除垢技术的工业试验情况。

工业试验结果表明，在油浆循环系统应用超声波防除垢技术是可行的，除垢设备本体能够满足在线运行的工况要求，长期运行可使换热器的传热效果维持在较好的水平上。

李锡波等[8]1996年9月用超声波防垢装置，在垦利油田联合站和输油管线上试验，30d后加热炉、多孔滤板和叶轮无明显的结垢现象。

而停止超声波作用，15d后发现加热炉有大量沉积垢体，多孔滤板与泵叶轮处也有不同成度的垢存在。

重新运行超声波装置，10d后发现加热炉、滤板处垢减少，垢体疏松后渐渐消失。

表明超声波有良好的防垢、除垢作用。

路斌等[9]用显微镜观察不同情况下试片的结垢情况，发现在循环水箱中经声波处理后，挂片的结垢是以孤立大颗粒的分散状态存在于挂片表面，与挂片本体的粘接强度较低，颜色呈暗红色，垢的形状为片状，较容易脱落。

相比之下，静态水浴中的挂片垢晶结构比较密实，空间结构强，颗粒较细致且强度高。

表明经声波处理后挂片的结垢质量不仅减少，而且强度降低，易受振动的影响而脱落。

陈先庆[10]用电镜观察超声波处理后的水样，发现水样中大于50μm的垢粒数量明显减少，1～50μm垢粒数量增多，同时发现垢粒内部呈现大量空洞，结构从原来的致密状变成疏松状，垢粒不易吸附在器壁上。

说明超声波对垢粒有破坏作用，对已经结垢的管线或设备有良好的除垢能力。

3.3超声波的乳化及破乳

超声波乳化是指在超声波能量作用下，使两种或两种以上不相溶液体混合均匀形成分散物系，其中一种液体均匀地分布在另一液体之中而形成乳状液的工艺过程。

乳化过程在食品工业、涂料工业、高分子乳液聚合以及非均相液-液反应等方面具有广泛的应用。

例如，在用木瓜酶合成甘苯丙二肽时，由于超声波可很好地乳化两相反应介质（水和石油醚），增大反应的接触表面，从而使二肽的产率提高5倍[2]。

以重油掺水的超声波乳化为例，将重油和水按规定的质量比倒入预混器内，不用任何添加剂，经过超声波乳化，使互不相溶的水和油迅速发生物理变化，混合成“油包水”的乳白色液体，再经过超声波液哨、强磁化、文丘里等物理处理，即形成了微小（1～5μm）的“油包水”并含有氢和氧的新型液体，名为乳化重油。

乳化颗粒在5μm以下的占90%以上，乳化重油稳定性好，在常温下可保证长期存放不破乳，加温80℃时可保证3周以上[11]。

多相溶液在进行超声波处理时，不仅能乳化，也能破乳。

原油破乳是采油工艺的重要课题之一。

适当频率和强度的超声波可以使乳化原油破乳脱水。

虞建业等[12]对江苏真武油田集输站混合原油进行超声破乳研究，发现超声波对原油破乳脱水速度快，超声波与化学破乳相结合的脱水率比化学破乳高，超声波破乳脱水同时能降低水中的油和细菌含量，从而改善脱出水水质。

表明超声波具有良好的破乳作用。

李淑琴等[13]用超声波对油田乳化原油进行脱水，发现超声波可提高原油破乳脱水率达98.9%，减少破乳剂用量35%以上。

同时可降低破乳脱水温度和增加原油流动性。

韩萍芳等[14]针对某石化公司的污油进行了超声波破乳脱水的初步实验，取得了良好的效果。

在超声波的作用下可以脱除污油中80%的游离水，把水占整个污油的体积分数降到9.85%，当加入NS-21破乳剂后超声波的处理效果更加明显，可以脱出94%的游离水，污油的含水率可以降到3.