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  • 《石油与天然气化工》
  • 2024年 第53卷 第4期
  • 出刊日期：2024-08-25
《石油与天然气化工》重点报道石油与天然气工业化学化工领域的新技术及新经验，是全面报道油气处理、加工及其利用技术的科技期刊，设置了油气处理加工与利用、新能源与新材料、油气田开发、分析计量与标准化、安全与环保5个专栏。

2024年第53卷第4期

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      油气处理加工与利用
    • 基于程序驱动的常减压蒸馏-加氢裂化全流程模拟与分析
      杨阳，张桥
      目的 石油作为传统的化石能源，其组成较为复杂，导致很难对炼油过程进行精确控制。在智能制造的要求下，建立合理可靠的炼油过程模型，并对炼油过程中来自上下游的影响进行准确的预测，有助于实现炼油过程的智能调控及优化。方法 基于Aspen HYSYS软件，依托集成了集总动力学模型的反应器模块，建立从原油到产品的常减压蒸馏-加氢裂化严格模拟流程，并在模拟的基础上探究含氢气体与油品的体积比对反应产物的流量及氢气用量的影响。在此基础上，利用Matlab驱动流程模拟的方式，在上游原油配比波动的情况下，获得下游加氢裂化装置产品产量的变化情况。结果 模拟结果准确度很高，平均相对误差为0.41%。当国内原油占比从20%提升至50%时，柴油产品产量降低了13.9%，石脑油产品产量提升了6.1%，总产量降低了8.7%。结论 基于程序驱动Aspen HYSYS软件建立的常减压-加氢裂化模型包括了从炼厂原油到产品的完整流程，并能对炼油过程进行分析与调优。该模型有助于智能炼化的实现及传统炼化企业向智能化、数字化方向转型。
      2024  Vol.  53(4):    1-7    [摘要](778)    [PDF](241)
    • 旋流后置型超声速分离器激波控制方法数值模拟
      蒋文明，韩晨玉，门惠云，刘杨，周媛媛
      目的 超声速分离是一种基于收缩-扩张喷管的新型气体净化与燃料气加工技术。旋流后置型超声速分离器中的旋流器通常设置在扩压段前，易诱发正激波并破坏分离器内部低温环境，同时，激波难以控制。因此，拟通过优化超声速分离器结构的方式削弱激波的影响。方法 ①基于热力学和空气动力学的原理，提出了一种适用于旋流后置型超声速分离器的激波控制理论；②根据该理论设计了一种能够控制激波的跨旋流结构，建立了该结构的普适性设计公式；③通过数值模拟研究，分析了跨旋流结构的倾斜角度、渐扩段长度、旋流器的叶片扭转角度3个重要结构参数对激波控制的影响。结果 当跨旋流结构的倾斜角度为3.3°、渐扩段长度为107 mm、旋流器的叶片扭转角度为120°时，分离器具有最佳性能。结论 相比传统的旋流后置型分离器，添加跨旋流结构可以保证流体流通面积在渐扩段持续增加，从而实现对激波的有效控制，以提高分离器的冷凝和分离效率。
      2024  Vol.  53(4):    8-18    [摘要](611)    [PDF](181)
    • 用于捕集CO2的相变吸收剂与乙醇胺吸收剂性能对比
      白雨鑫，郑润芬，魏立新，赵福君，韩晓瑜
      目的 解决传统吸收剂捕集二氧化碳（CO2）存在的再生能耗和经济成本较高等问题，研发新型相变吸收剂。方法 对4种相变吸收剂体系：DETA-1-propanol、MMEA-DEG、DEEA-MEA和DEEA-AEEA的性能进行了对比研究，以传统吸收剂质量分数为30%的乙醇胺（MEA）溶液作为参考基准，进行吸收、解吸、发泡、腐蚀、循环吸收-解吸实验研究以及再生能耗和成本估算。结果 DETA-1-propanol体系的富相体积占总体积的66%，最大吸收负荷为3.34 mol/kg，与MEA吸收剂相比提高了54.6%。溶剂成本为11 500元/t，相比MEA吸收剂增加了35.5%，再生显热（以每1 t CO2计）为0.28 GJ/t，再生潜热为1.1 GJ/t，与MEA吸收剂相比分别降低了73.3%和12.0%。结论 DETA-1-propanol吸收剂体系具有较高的吸收、解吸性能和较高的循环稳定性，以及较低的再生能耗和溶剂成本。
      2024  Vol.  53(4):    19-27    [摘要](657)    [PDF](189)
    • 克劳斯分流-直接氧化组合工艺的应用
      李澜旭，黄守清
      目的 提高中国石化川西气田X号脱硫站总硫回收率，确保尾气排放达标。方法 考查克劳斯分流-直接氧化组合工艺在X号脱硫站的实际应用情况，对比其与常规克劳斯工艺的区别与优势，并通过列举现场生产数据及计算总硫回收率的方法进行验证。结果 ①克劳斯分流-直接氧化组合工艺的总硫回收率达到98%以上，比常规工艺提升了2~3个百分点；②碱洗后排放尾气中SO2质量浓度＜1 mg/m3，可满足GB 39728—2020《陆上石油天然气开采工业大气污染物排放标准》中规定的排放尾气中SO2质量浓度≤400 mg/m3的要求；③年产硫磺1.1×104 t，硫磺品质达到GB 2449.2—2015《工业硫磺 第2部分：液体产品》规定的一等品质量标准。结论 中国石化自主研发的专利技术克劳斯分流与直接氧化组合工艺有效提升了装置总硫回收率及环保效果，可实现尾气达标排放，确保装置的长周期高效、环保运行。
      2024  Vol.  53(4):    28-35    [摘要](460)    [PDF](171)
    • 溶气原油CO2溶解度预测模型
      王春兰，王毅杰，刘文臣，黄启玉
      目的 解决目前气体溶解度模型难以应用于溶气（CO2）原油等问题。方法 利用自行设计建设的可承压搅拌釜装置研究了集输温度和压力对CO2溶解度的影响规律，利用亨利定律对实验规律进行了分析，并建立了适用于集输环境下的CO2溶解度计算模型。结果 该模型创造性地引入了与实际压力和常压比值相关的4个参数，消除了已有模型的量纲问题。经过实验及文献数据验证，发现新的CO2溶解度模型计算值与实验值相对误差最大为32.5%，与3种经典预测模型计算误差动辄超过50%相比有了明显改善，且绝对误差可以控制在2 L/L（以原油计）以内。结论 基于该模型预测效果的显著提升，可以有效应用于溶气原油工业集输过程，对保障原油输运具有重要工程意义。
      2024  Vol.  53(4):    36-43    [摘要](654)    [PDF](234)
    • 烷基化选择性加氢催化剂失活原因分析及对策
      陈晓梅，曹吉伟，李敏
      目的 在硫酸法烷基化装置中，通过分析1,3-丁二烯选择性加氢反应器的运行情况，研究导致加氢催化剂失活的主要原因及解决方法。方法 通过分析催化剂失活前后的原料性质，并考查原料性质变化对1,3-丁二烯脱除率的影响。结果 对于1,3-丁二烯选择性加氢催化剂来说，原料pH高、NaOH和总硫含量高，均会造成催化剂活性中心受到抑制。结论 通过优化操作以脱除原料中的有害杂质，并对失活的催化剂进行纯氢在线活化处理后再次投用于选择性加氢反应器，发现催化剂活性显著恢复，并实现了长周期运行。
      2024  Vol.  53(4):    44-48    [摘要](466)    [PDF](198)
      • 新能源与新材料
    • 熔融法甲烷热裂解耦合化学链燃烧技术低碳联产工艺
      谢娜，张政，诸林，彭昭
      目的 开发以天然气为原料的熔融法甲烷热裂解耦合化学链燃烧技术联产氢气、电、碳材料新工艺。方法 利用Aspen Plus对联产工艺进行建模计算，并从经济效益方面分析了技术经济可行性，以及讨论了热裂解反应甲烷转化率、热裂解反应温度和变压吸附分离效率等主要因素对系统的影响。结果 在600 kmol/h进料条件下，氢气和碳材料产量分别为956 kmol/h和503 kmol/h，系统发电量为9.43 MW，CO2捕集量为208 kmol/h，捕集率达到99.75%。制氢效率、制碳材料效率和产电效率分别为41.059%、31.453%和4.532%，系统总效率达到77.044%。结论 提高甲烷转化率和变压吸附效率、降低热裂解反应温度有助于提高产品产量和系统总效率。
      2024  Vol.  53(4):    49-56    [摘要](249)    [PDF](213)
    • 氢气纯化过程能量分析与工艺优化
      吴冰倩，黄钰杰，张煜，李福顺
      目的 在氢气纯化体系中，为分析过程能量，考查原料气中氧气摩尔分数变化对氢氧反应放热量和反应器温度的影响。方法 采用模型计算的方法，计算电加热器能耗和冷却器消耗的冷量，进而对工艺流程做出优化。据此提出新型换热再生气体纯化流程，分析氧气摩尔分数和物流流量对体系温度的影响。结果 当氧气摩尔分数大于0.13%时，才能满足体系的供热需要。新型换热再生气体纯化流程与原有流程比较可节约88%以上的冷量，且不需要电加热即可维持体系运行温度。结论 新型换热再生气体纯化流程可充分利用氢氧反应放出的热量为冷物流加热，从而实现节约电能耗和冷量、降低运行成本的目的。
      2024  Vol.  53(4):    57-61    [摘要](171)    [PDF](147)
      • 油气田开发
    • CO2干法压裂用支化硅氧烷及含氟聚合物类增稠剂研究现状与应用进展
      杜代军，李金涛，蒲万芬，赵金洲，熊颖
      近年来，CO2干法压裂技术作为一种新型无水压裂技术已成为致密油气藏开发的重要研究方向。经调研发现，CO2干法压裂技术尚未成熟，主要是因液态或超临界CO2黏度低而存在滤失量大、携砂性能差等问题，需要加入增稠剂来提高CO2的黏度。针对硅氧烷类增稠剂需借助大量助溶剂、其他增稠剂而增稠效果不理想、温度压力适应性差等问题，从增稠机理和增稠特性两方面概述了目前支化硅氧烷类（不使用或少量使用助溶剂）及含氟类增稠剂CO2压裂液增稠剂的研究进展，并在增稠特性部分综述了这两类增稠剂的结构特征和性能特点。其次，对国内相关液态CO2和超临界CO2干法压裂技术现场应用进行综述。最后，分别从增稠机理、增稠性能和现场应用方面对干法压裂CO2增稠剂及其压裂液体系未来的研究方向进行了展望。
      2024  Vol.  53(4):    62-72    [摘要](729)    [PDF](183)
    • 耐温耐盐CO2响应型叔胺泡沫的性能及响应机理
      王秀民，崔健鹏，王志坤，孙霜青
      目的 解决传统泡沫过于稳定，消泡困难等问题。方法 采用N-十二烷基-1,3-丙二胺与耐温耐盐型阴离子表面活性剂复配，制备一种CO2响应型耐温耐盐复配泡沫体系，并采用分子模拟探究了复配泡沫的稳定性和响应机理。结果 N-十二烷基-1,3-丙二胺具有良好的质子化性能和耐盐性能，但其耐温性能较差，且不具备响应性能。将其与十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基磺酸钠复配后，高温下起泡速度提高了40%，泡沫存在时间达到复配前的3.17倍，耐温性显著提升，且具有良好的CO2响应性能。分子模拟研究发现，通入CO2后，液膜内SDS中含S原子基团与C12N(CH3)N(CH3)2中带正电荷的N原子基团相结合，从而失去表面活性，导致泡沫的稳定性变差，这也是响应消泡的原因。结论 该复配体系具有良好的耐温耐盐性能和响应性能，能够在苛刻环境下完成泡沫排水采气后实现响应消泡，具有广阔的应用前景。
      2024  Vol.  53(4):    73-78    [摘要](735)    [PDF](193)
    • 致密砂岩油藏CO2灌注提高混相程度研究
      陈龙龙，汤瑞佳，江绍静，王维波，白远，魏登峰，张志升，王仙仙
      目的 基于快速补充地层能量可实现提高CO2混相程度的技术原理，对灌注法提高鄂尔多斯盆地低压致密砂岩油藏CO2非混相驱混相程度的可行性进行研究。方法 采用室内实验方法，在油藏条件下比较不同注入流量、注入量的CO2驱油效果，考查了地层压力、换油率、采出程度、气油比及抽提参数的变化。结果 与常规注入流量和注入量相比，灌注后地层压力增加4.14 MPa，换油率增加0.13，采出程度提高22%，气油比降低50%， C4~C12的组分含量明显增加，重组分的含量明显减少。2个井组现场试验表明，相比灌注前，井组月产油增加78%，平均地层压力5 MPa，对应油井的油压提升了4.5 MPa，混相程度提高了32.81%，驱油效果显著。结论 灌注法可有效提高CO2驱混相程度，能够改善致密砂岩油藏储层CO2非混相驱油效果。
      2024  Vol.  53(4):    79-84    [摘要](508)    [PDF](221)
    • 高孔高渗油藏无机堵水剂适应性及注入参数研究
      贺杰，刘航瑞，陈庆梅，叶子，罗敏，范海波
      目的 针对海上高孔高渗油藏油水关系矛盾突出的问题，展开了延迟成胶弹性硅酸凝胶堵水剂（6%（w）水玻璃+0.85%（w）三元弱酸一铵GL-1+0.1%（w）正电胶）的适应性及注入参数研究。方法 采用目测法考查了堵水剂的成胶性能和长期稳定性能；采用填砂管实验对堵水剂的注入性、封堵性、耐冲刷性和渗透率选择性进行评价，并对注入量、作用位置和注入速度进行优化。结果 适应性评价结果表明：堵水剂从A级强度到E级强度的成胶时间为72 h，最终凝胶强度可达I级，满足现场施工要求；堵水剂具有良好的注入性，最高注入压力仅为0.72 MPa；堵水剂具有良好的渗透率选择性、封堵性和耐冲刷性，能够优先进入高渗窜流通道，成胶后对高渗窜流通道的封堵率均高于96%，突破压力梯度均高于4.46 MPa/m，在50 PV回注水的高强度冲刷下，封堵率仅下降2.31%；堵水剂具有良好的长期稳定性能，在65 ℃下老化180天，脱水率仅为2.61%。注入参数研究结果表明：堵水剂最佳注入量为0.8 PV，最佳注入流量为3 mL/min，最佳作用位置为填砂管中部；在最佳注入参数下，封堵率可达98.03%。结论 延迟成胶弹性硅酸凝胶堵水剂可用于高孔高渗油藏堵水。
      2024  Vol.  53(4):    85-91    [摘要](566)    [PDF](242)
    • 页岩气田某集气管线焊缝失效原因分析
      李虹杰，徐勇，骆越，苗超，吴贵阳，郑洁欣
      目的 明确四川某现役页岩气平台集气管线环焊缝泄漏失效的原因。 方法 通过宏观形貌分析、无损检测、理化性能测试、金相组织分析和焊缝区域微观分析等方法对焊缝进行失效分析。 结果 管段样品存在不同程度的焊接余高超标、咬边、焊瘤和错边等现象，使其焊缝区域可能存在应力集中的问题；焊接施工前因天气原因导致管道内壁和坡口区域产生大量含水铁锈，焊接过程中这些铁锈可能进入熔敷金属中造成焊缝区域扩散氢含量过高，并导致焊接接头处氢致开裂敏感性增加。 结论 在管道焊缝受外界环境作用下而产生应力集中与焊缝区域中氢含量超高等因素的共同影响下，焊缝区域发生氢致开裂，大量微裂纹断续合并形成宏观开裂失效。
      2024  Vol.  53(4):    92-99    [摘要](566)    [PDF](251)
    • 高温水泥浆稠化时间影响因素分析与预测模型研究
      谌紫，文禹豪，夏修建，徐璞，刘慧婷，张正荣
      目的 针对高温(温度大于120 ℃)条件下水泥浆稠化时间难以控制、水泥浆稠化实验周期长和水泥浆稠化时间难以预测等问题，研究了高温水泥浆稠化时间的影响因素。方法 采用对稠化时间进行拟合的方法对此进行研究，并且尝试基于灰色理论构建高温下水泥浆稠化时间的预测模型。结果 水泥浆稠化时间主要受缓凝剂加量、养护条件和特殊外加剂的影响，且在不同条件下各因素的影响程度不同；按照养护温度范围划分，并根据影响因素首次使用灰色理论建立了水泥浆稠化时间预测模型，该预测模型具有精度高、适用于小样本的特点。结论 高温水泥浆稠化时间影响因素敏感性分析与预测模型的建立，大大节约了水泥浆稠化实验的成本，并为高温水泥浆稠化时间的调配提供了理论基础。
      2024  Vol.  53(4):    100-105    [摘要](518)    [PDF](134)
    • 硫酸盐还原菌检测方法研究进展
      龚琪雯，谢国彬，黄燚，廖一鸿，符珉瑜
      国内外对硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria, SRB）已开展了众多测定方法研究，但这些方法应用条件各异，且普遍存在各方面限制，从而造成测量结果不精确的问题。本研究对硫酸盐还原菌的鉴定、量化和应用等方面的研究进展进行了综述，并分析其在各种情况下的应用情况。根据方法学的理论基础，主要基于细菌培养、遗传基因、特异性生物酶和生物传感器4大类原理，对SRB含量检测理论进行了分类，分析了其各自优缺点，并对其应用中面临的问题进行了剖析。同时，针对油气田中SRB评估与治理的现实需要，提出了硫酸盐还原菌含量测定与腐蚀活性监控技术的研究方向。
      2024  Vol.  53(4):    106-110    [摘要](686)    [PDF](181)
      • 分析计量与标准化
    • 基于仿真技术的天然气能量计量方法
      陈荟宇，王辉，刘丁发，张强
      目的 分析管网仿真技术在能量计量中的适用性，考查仿真计算结果与管网实测值的偏差。方法 以一个多气源封闭天然气管网为例，依据面向能量计量的管网仿真理论基础，建立了具有天然气发热量、压力及流量计算功能的仿真模型。结果 发热量仿真结果与现场色谱分析仪计算值的偏差在0.3%以内，满足GB/T 18603—2023《天然气计量系统技术要求》中赋值发热量最大允许误差的要求。压力仿真计算结果与现场压力变送器记录值的偏差在1.0%以内，流量仿真计算结果与现场流量计测量值的偏差在2.0%以内。结论 基于管网仿真的管网能量计量技术用于复杂多气源管网的发热量赋值是一种可行的方法，该方法也可用于管网压力、流量和管存量的实时跟踪或核查。
      2024  Vol.  53(4):    111-117    [摘要](248)    [PDF](240)
    • 催化裂化柴油中悬浮物组成及产生原因
      胡淼，任绪金，张丹丹，黄少凯
      目的 对中海油某炼厂催化裂化柴油中絮状悬浮物进行详细分离分析，推测其组成结构、来源及可能的解决方案。方法 开发设计了从油水混合物中分离絮状悬浮物的方案，并使用傅里叶红外光谱、傅里叶变换离子回旋共振质谱等多种手段对悬浮物进行表征。结果 该悬浮物以有机物为主，可在盐酸环境絮凝，经质谱检测其主体为C40~C55左右的含氮化合物，并表现出明显的人工合成特点。结论 推测该絮状悬浮物为胺类及酰胺类缓蚀剂残留物或同时含有此两类化合物的复配缓蚀剂残留物。该分离分析方法也可用于相似样品的组成分析工作，有助于炼厂排查类似故障原因。
      2024  Vol.  53(4):    118-123    [摘要](202)    [PDF](212)
      • 安全与环保
    • 基于改性壳聚糖螯合的新型除钙技术
      李鑫，唐善法，程远鹏
      目的 以长庆油田某区块钻井污水为例，解决钻井污水产量大、组分复杂和Ca2+等多价离子含量高，且经常规工艺处理后污水仍难以满足压裂液回配性能要求的问题。方法 基于以上难解工艺特征，提出多官能团壳聚糖改性螯合Ca2+新型除钙工艺，并对其除钙效果、除钙机理、适用条件（温度、pH）、环境影响（产泥量）及回配性能进行了评价。结果 以高脱乙酰度壳聚糖为原料，过硫酸钾作引发剂接枝丙烯酸，在温度为70 ℃，m(壳聚糖)∶m(过硫酸钾)∶m(丙烯酸)=1.0∶1.2∶25.0的条件下反应2 h可制得高水溶性多官能团SZ-1螯合剂，采用质量浓度为600 mg/L的SZ-1可将Ca2+质量浓度螯合去除至500 mg/L以下；SZ-1在10～40 ℃、pH为6~14条件下均适用，产泥量低（0.016 g/L），回配压裂液基液黏度较优（30.9~31.2 mPa·s），满足SY/T 7627—2021《水基压裂液技术要求》的基液黏度范围要求（10~40 mPa?s）。结论 该药剂绿色清洁、性能优异、制备简单，有望为油气田高含钙钻井污水处理提供新方法。
      2024  Vol.  53(4):    124-129    [摘要](213)    [PDF](239)
    • 聚磺钻井岩屑制备烧结砖环境风险分析
      于劲磊，文明，李佳忆，蒋国斌，车培源，乔川，刘宏博，唐洪
      目的 以四川盆地聚磺钻井岩屑为研究对象，分析其经固化处理或破胶絮凝+机械分离后剩余固相的污染特性，并在此基础上评估利用聚磺钻井岩屑制备烧结砖所产生的环境风险。方法 采用Texas模型和HJ/T 299—2007《固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》 ，评价聚磺钻井废弃物经固化处理或破胶絮凝+机械分离后剩余固相的污染特性和制备烧结砖环境风险。结果 经过预处理后的聚磺钻井废弃物中重金属锌、钡含量相对较高,作为原料按一定掺配比制备烧结砖时排放的烟气中非甲烷总烃质量浓度为2.4~23.7 mg/m3,重金属、二噁英的含量也远低于GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》、GB 18484—2020《危险废物焚烧污染控制标准》与GB 30485—2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》要求，烧结砖可浸出重金属含量也低于GB/T 14848—2017《地下水质量标准》的Ⅲ类标准限值。结论 利用聚磺钻井废弃物为原料制备烧结砖环境风险整体可控。聚磺钻井岩屑制备烧结砖环境风险评估研究结果可为国家政策文件的修订提供理论依据，助力环境管理部门和油气开发企业降本增效，同时推动我国油气绿色高质量开发。
      2024  Vol.  53(4):    130-136    [摘要](197)    [PDF](179)

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