2超声波技术研究进展

　　2．1超声波改善油品性质

　　在一定条件下，通过超声波作用可以改善分散体系的稳定性并可用于降黏。张龙力等［28］在超声波的作用下处理中东常压渣油，用质量分率电导率法研究胶体稳定性的变化，实验表明，超声波作用越强，胶体稳定性的改善效果越好，其改善作用主要来自于物理作用。超声波可以改变渣油四组分的变化，包括结构、含量和分布状态。渣油中的沥青质对胶体的稳定性有很大影响，超声波使沥青质的结构和含量发生改变，并增加了胶质含量，增加了胶体的稳定性［29］。杨帆等［30］通过超声波处理乳化基质，提高其稳定性。在高能超声波作用下，钟伟华等［31］研究了减压渣油的降黏实验，实验证明超声波作用时间越长，输出电压越大，降黏率越高。对于降黏率最大时超声波的最佳工艺参数，陈洁［32］实验组进行了进一步研究，研究认为:温度70℃、时间70min、功率750W时，降黏率最大。Mullakaev等［33］在超声波作用下对各种不同原油的黏温性能进行了研究，超声波的效率与原油的族组成和处理时间有关，通过增加处理时间来增加超声效率会导致黏度和倾点的显著降低。Gridneva等［34］使用各种催化剂和一系列超声波处理过但没有失去其特性的汽油，在超声波作用下提高所研究的汽油的辛烷值。许洪星等［35］研究超声波辅助催化剂裂解超稠油，结果显示，超声波辅助水的热裂解效果显著，十分具有可行性。进一步实验表明，与单纯催化水裂解相比，超声波作用可降低稠油分子质量、增加轻组分含量。Wang［36］课题组和Pawar等［37］也深入研究了超声波对黏度的影响。随着世界原油日益重质化，常规重油密度大、黏度大，开采和运输具有一定困难，因此，降黏就成为亟待解决的热点问题之一。目前，降黏手段包括稀释降黏、升温降黏和表面活性剂降黏等，超声降黏已取得一定的进展［38］。由于超声波是一种即清洁又环保的绿色技术，其在降黏方面将会拥有更好的市场前景。

　　2．2超声波脱金属

　　完成三次采油后，采出液通常是稳定的二维分散体系，其中含有一些影响其性质的不良物质，如钒、镍等。这些杂质不但对原油加工影响恶劣，而且对环境造成污染。如何高效地实现脱盐过程，净化原油成分，去除杂质，是目前急需解决的难题之一。超声波脱盐技术成为原油预处理的一种新途径，可以加强炼油生产的稳定性。叶国祥等［39］研究了影响超声波强化原油脱盐脱水预处理工艺的一些因素，实验表明，随着电场强度和超声波功率的增加，原油的脱盐脱水效率也增加，当电场强度为12000V/cm、超声波功率为150W时，达到最好的脱盐脱水效果。陈菲菲等［40］对超声波脱金属进行研究，超声波作用后，脱钙率为85．24%，脱镍率为83．24%，其脱除效果较好。宋官龙等［41］以焦化蜡油为研究对象，采用超声波辅助，脱锌率达到90%，钙和镍的脱除率超过80%。对于脱除页岩油中的金属，张蕾等［42］的实验结果表明，超声波作用下，金属脱除效果显著，Fe脱除率为80%以上，Mg脱除率超过90%。以鲁宁管输原油为实验对象，以工厂的实际电脱盐流程为参照，谢伟等［43］设计了超声波-电脱盐联合破乳实验装置。在超声波-电脱盐联合作用下，盐水质量浓度大幅度降低。宗松等［44］以钙含量为180μg/g的新疆重质原油为研究对象，采用超声波破乳技术对重质原油脱水脱钙进行研究。实验表明，原油脱钙率达到37．8%，含水量降低至0．64%(体积分数)。Sun等［45］实验表明，通过超声波辐射可以从金属卟啉中喷射出大量金属离子，用超声波代替合成金属盐法，脱除金属离子效果显著。

　　2．3超声波脱硫

　　目前，环境污染愈加恶劣，已经成为大众关注的重点，尤其汽车尾气中硫的排放已经成为环境污染的首要问题，严重威胁着人们的健康。已研究出多种解决此问题的方法，其中采用超声波能有效脱硫，促使空气更加清新，最终满足人们渴求良好环境的要求。超声波脱硫工艺是一种有前景的深度脱硫技术，是学者们关注的重点领域。戴咏川等［46］为降低柴油中的硫含量，达到低硫或超低硫柴油的标准，在超声波作用下，搭建超声波/类Fenton试剂的柴油氧化脱硫反应体系。结果发现，当类Fenton试剂的水相pH值≈2．00时，脱硫成效显著;随着超声波功率的增大，有助于氧化脱硫，使反应进行完全。进一步研究得知，反应时间相同时，超声波-fenton体系氧化脱硫效果最佳［47］。在不加氢的情况下，通常采用催化氧化脱硫来降低硫含量。例如韩雪松等［48］在催化氧化溶剂抽提的前提下，通过超声波的引入提供反应能量。结果显示，加超声波的萃取脱硫率为94．8%，而不加超声波的脱硫率只有67．2%，此实验说明超声波氧化脱硫效果较好。在前人基础上，董丽旭等［49］通过加入Fe盐、Cu盐和其他吸附剂研究影响超声波脱硫的因素，结果表明，使用H2O2为氧化剂，Fe盐和无机酸为催化剂，其脱硫率最大可达到97．7%。Sister［50］通过高强度的超声波震动研究原油和柴油脱硫过程发现，超声波处理后，在一个两相系统中，聚集在水相中的氧化硫比聚集在烃相中的硫减少了30%～40%，其脱硫作用明显。此外，还有学者通过超声波改善了Fe-Zn吸附剂的硫化特性，使得金属氧化物粒子更小，且更均匀的分散在焦炭基质上，其脱硫效果显著［51］。

　　2．4超声波分离技术

　　用超声波分离油砂或从油砂中提纯石油产品的研究并不多，即使对于研究最多的沥青-油砂系统，沥青回收率的工艺参数的探讨也很少。在上述条件基础上，Swamy等［52］在大功率超声波流动型系统中设计一个工业规模的高容量分离设备，超声波反应器的功率高达10000W。从超声处理过的油砂中提取沥青质、石油和残余燃料油，Abramov等［53］的实验表明，超声波装置可以替代目前使用的从页岩油和油渣中萃取沥青和石油产品的工业设备。Lu等［54］通过超声波雾化从掌叶大黄中萃取蒽醌类化合物，与传统方法相比，此方法高效、快捷、成本低、更容易操作。也有学者［55］在超声波作用下从烟草种子中萃取净油，随着萃取温度的增加，种子和溶剂的比重减少，净油产率增加。超声波萃取的优点是，能够在相对短的时间内，获得较大的萃取率。