《基於微納米結構的催化合金表面防結蠟研究》是依託北京航空航天大學，由朱立群擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於微納米結構的催化合金表面防結蠟研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：朱立群
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
結蠟是採油過程中面臨的一個嚴峻問題，通常採用光滑塗層、磁防蠟等減少石油結蠟，但實際效果並不理想。本申請是基於前期研究發現微納米微觀粗糙結構與合金催化元素協同作用進行防結蠟的現象，通過電化學方法製備的合金表面的微納米結構尺度影響和催化元素抑制蠟的形成（改變流體靜電位，防止蠟的形成），實現了油管中的防結蠟。所製備的一種納米球微米柄的特殊結構合金表面（含鋅、錫、鐵、銅、錳等元素），以及在通過含催化元素（鎳、磷等）的化學轉化處理，得到了微納米的垂直片層結構，這種結構和催化元素的共同作用很好的實現了防結蠟的研究目的。.為此，本申請擬通過在採油鋼管表面獲得的鋅、錫、鐵、銅、錳等元素構成的微納米及化學轉化形成微納米垂直片層結構的規律，探討這種納米球微米柄結構及微納米垂直片層微觀粗糙結構的形成機制，研究合金催化元素及微納米粗糙結構的防結蠟協同作用機制。為採油過程中油管防結蠟新方法提供理論支撐。
結題摘要
原油管道中的結蠟現象是石油行業中普遍存在的問題，沉積的石蠟會堵塞集輸油管道，導致減產甚至停產，造成巨大損失。為了解決結蠟問題，人們開發了多種清防蠟技術，然而這些方法普遍存在費時耗力、效果不突出、成本高等缺點。功能膜層防蠟方法因為其製備簡便、套用範圍廣等優勢，受到了廣泛關注，但是其防結蠟性能仍待提高。因此，發展具有高防蠟性能的功能表面是一個亟需解決的問題。 本課題通過自行設計的防結蠟測試裝置，對不同種類的金屬和合金表面以及金屬轉化膜在含水原油環境中的結蠟特點與規律進行了試驗研究，並且結合掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)等分析討論了不同成分的合金膜層防蠟的主要原因及機理。得到主要結果如下：製備了不同成分的合金膜層並進行防結蠟試驗，發現不同成分合金膜層的防結蠟效果差別很大。單金屬膜層、兩元鋅鎳合金膜層、四元鋅鎳錫錳合金膜層的防蠟效果較差，防蠟率大多在20%-40%左右變化；二元鋅磷合金膜層的防蠟效果較好，防蠟率在70%-80%左右；而三元鋅鎳磷合金膜層和五元鋅鎳錫錳磷合金膜層的防蠟效果明顯，防蠟率基本控制在90%以上。 銅經過強鹼鈍化和鉻鈍化、鎳經過鉻鈍化、鋅經過單寧酸、鉻鹽、鉬酸鹽、鈷鹽等溶液轉化後的表面質量結蠟率相對於處理前的表面質量結蠟率都有不同程度的增加。鋅經矽酸鹽化學轉化處理後，表現出親水疏油的特性，具有優異的防結蠟性能。通過化學轉化的方法在碳鋼表面構造了花狀結構的轉化膜，轉化膜在水中表現出超疏油且低粘附的潤濕特性。面積防蠟率達到80%。化學溫度對碳鋼表面轉化膜防結蠟性能有較大影響，經過常溫轉化的表面面積防結蠟率可達80%~95%。碳鋼表面化學轉化膜的組成成分對防結蠟性能也有較大影響，其中不含錳元素的轉化膜防蠟率接近100 %，而含錳元素的則結蠟嚴重。 採用電化學轉化的方法，在碳鋼表面製備了具有類似菊花形貌的電化學轉化膜。轉化膜在空氣中超親水，在水中表現出超疏油的特性，且滾動角約為3°。分析了轉化膜的潤濕機理並討論了電化學轉化過程。碳鋼表面電化學轉化膜的面積防蠟率接近100%，並且轉化後的油管也具有優異的防結蠟效果。分析並提出了含水原油中的“水膜”防結蠟機制，原油中的水對轉化膜的防結蠟性能起到關鍵作用。轉化膜的超親水成分和三維微納米結構使得轉化膜表面形成了穩定的水膜，這層水膜可以有效阻止析出石蠟的吸附與沉積，達到防結蠟的效果。
