一种沥青电性测试装置、测试系统及其测试方法与流程

1.本发明涉及石油化工领域，具体而言，涉及一种沥青电性测试装置、测试系统及其测试方法。


背景技术：

2.石油中存在的沥青质对石油的开采、储运及二次加工具有重要影响。沥青质在储层中沉积会导致孔喉的堵塞，减小储渗空间，降低采收率。沥青质在储层中的沉积多为不可逆过程，难以使用溶剂使其脱除，极易对储层造成永久伤害。石油中沥青质的存在对原油的输送过程也有不同程度的影响。原油中沥青质的含量会直接影响到油品的粘度，降低输送速率。虽然使用加热或分散剂预处理能够降低其粘度，但是会伴随大量的能量损耗。此外，管道运输过程中常伴随着压力、温度的改变、流动电势的形成等外界条件的变化，这些条件的改变也会导致原油失去原有的平衡状态而使沥青质析出，并在管道内产生堆积，降低管道的输送效率，甚至造成管道的堵塞。沥青质对目前的重油加工过程也有很大的影响。重质油中的胶质、沥青质等极性组分，因其难分解、金属含量高，是影响重油加工技术开发的难点。
3.鉴于原油中沥青质的存在对石油加工过程造成的诸多不利影响，在开发相应的应对方法之时，需要对沥青质的结构、组成等基础物理化学性质有深入的认识。大量研究认为，原油中的胶质、沥青质是以胶体的形式存在于渣油中，并与渣油的各组分处于动态平衡。也有观点认为，沥青质分子中的离子官能团，能够使部分沥青质以离子化的形式存在于加工油品中。这两种观点均认为，沥青质在体系内具有带电特性，并且能够影响重质油胶体体系的稳定。因此，研究沥青的带电特性可以进一步丰富对重油胶体体系的认识，可以为重质油加工技术的开发提供理论支持。
4.目前常用的沥青带电性研究方法有表面电动势的测量法和电导率测量法。
5.表面电动势测量法，多采用极性较大的水作为分散介质，形成沥青质乳状液，并对不同条件下乳状液的表面电动势进行测量。一方面由于沥青质吸附水溶液中的离子或活性剂，一方面由于沥青质表面的官能团在极性介质中更容易电离，在这两种带电机理作用下，沥青质表面具有电动势。但使用的沥青质与沥青组成上并不相同，按照四组分法分析沥青由:沥青质、胶质、芳香分、饱和分组成，所以此方法下使用的研究对象、采用的介质与真实的油品环境具有较大差异。而使用有机物作为分散介质，沥青乳状液表面形成的电动势较低，因此仪器测试准确率较低，存在测量不准确的问题；另外测量表面电动势的装置成本较高，不利于广泛使用。
6.电导率测量法主要受到溶液内沥青含量、沥青聚集状态、介质粘度等因素的影响，反映沥青混合物的整体性质。通过测试，可以确定沥青的聚集状态、临界浓度、移动速率等，但不能直接表征沥青的带电特性。此外，电导率在非极性介质中测量值较低，部分电导率测量装置无法直接读取，需要对装置进行改造，才能进行测量。
7.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种沥青电性测试装置、测试系统及其测试方法，从而较为简单、准确地进行沥青的电性测试，本发明提供的测试装置结构简单，操作简便，极易上手。采用本发明提供的测试装置测试沥青电性时，所需待测物的用量少，测试结果准确。
9.本发明是这样实现的：
10.本发明提供了一种沥青电性测试装置，其包括：电性测试容器及设置在电性测试容器上方的顶盖，电性测试容器内的空腔内设置有极板、固定杆，极板与固定杆固定，固定杆远离极板的一端由电性测试容器内向顶盖外延伸出，且固定杆与顶盖固定连接；
11.且极板的数目至少为两个，且极板的数目为偶数，相邻两个极板间隔分布；固定杆和极板均为导电材料。
12.电性测试容器用于盛放待测沥青，导电材料制成的固定杆一方面可以将外接电流引入至极板上，从而使得沥青中的带电颗粒在电场环境下迁移，另一方面起到固定顶盖和极板的作用。在一种实施方式中，固定杆可与顶盖组装、拆卸。
13.例如固定杆为圆柱形接线柱、棱柱形接线柱。极板与固定杆均为金属制品、或镀、粘贴或涂覆金属导电层的材料。
14.在本发明应用较佳的实施方式中，在顶盖上设置有固定杆安装孔，且安装孔的数目不少于固定杆的数目。
15.在一种可选的实施方式中，顶盖为盖板，且设计有若干等距安装孔，一方面根据安装孔的距离调节极板间距，另一方面这些安装孔孔保证了电性测试容器内部为常温、常压的状态。顶盖为绝缘材料。
16.极板固定装置使用了具有螺丝结构的绝缘材料，通过在盖板的安装孔使固定杆、极板、顶盖组装到一起。极板固定装置安装在固定杆上下两侧，能够调节极板在测试池内的深度，并对极板起到固定的作用。
17.在一种可选的实施方式中，安装孔的数目多于固定杆的数目；这样有利于调整安装极板的位置。
18.在一种可选的实施方式中，安装孔的数目是固定杆的数目的两倍。
19.在本发明应用较佳的实施方式中，每两根固定杆上固定一个极板，在其他实施方式中，也可在1根固定杆上固定1个极板。
20.在一种可选的实施方式中，相邻两个极板平行设置，例如垂直于盖板设置。
21.在本发明应用较佳的实施方式中，顶盖与电性测试容器可拆卸连接。
22.在一种可选的实施方式中，顶盖与固定杆螺栓连接、卡接或粘接。
23.本发明还提供了一种沥青电性测试系统，其包括上述的沥青电性测试装置、供电单元以及导线。
24.在本发明应用较佳的实施方式中，沥青电性测试装置的顶盖上延伸出的固定柱通过导线与供电单元电连接；
25.在一种可选的实施方式中，多个固定柱通过导线分别与供电单元的阳极和阴极电连接。
26.本发明还提供了一种采用上述的沥青电性测试装置进行沥青电性测试的方法，其包括：将待测沥青与有机溶剂混合形成的沥青混合物置于沥青电性测试装置的电性测试容
器内，将直流电施加于固定杆上，根据沥青电性测试装置的极板上的沥青沉积状况判断测试沥青的带电性；
27.若只有阳极的极板有沥青沉积，则判断测试沥青带负电；且带负电沥青的含量为100％。
28.若只有阴极的极板有沥青沉积，则判断测试沥青带正电；且带正电沥青的含量为100％。
29.若位于阳极和阴极的极板均有沥青沉积，则判断测试沥青一部分带正电，另一部分带负电；根据阳极和阴极的极板上沉积的沥青的质量计算待测沥青中带正电沥青和带负电沥青的比例。
30.在外加电场的作用下，沥青颗粒表现出带电性，并向电性相反的极板移动、吸附。
31.在本发明应用较佳的实施方式中，待测沥青的粒径小于100目。若沥青粒径过大，则在溶剂中受重力作用无法悬浮，短时间内将直接沉积到测试池底部。
32.在其他实施方式中，也可采用涡旋、磁棒搅拌的方式保持混合液悬浮，从而可以对沥青的粒径超过100目的直接进行测试，而无需研磨。
33.测试过程是均在常压、常温的条件下进行。温度过高时溶剂容易挥发，温度过低则不利进行操作。
34.在一种可选的实施方式中，有机溶剂选自庚烷、己烷、戊烷、石油醚、丙酮、异丙醇、白油中的至少一种。
35.在其他实施方式中，对沥青溶解度很小的溶剂也均可行。
36.在一种可选的实施方式中，有机溶剂选自庚烷和白油的混合溶剂；
37.在一种可选的实施方式中，采用超声波处理、磁子搅拌或搅拌器搅拌的方式实现沥青混合物的制备。一方面防止沥青颗粒自身聚合、粒径变大，一方面使沥青颗粒均匀分散在溶剂中。
38.在一种可选的实施方式中，沥青混合物的浓度小于1g/l，在一种可选的实施方式中，小于0.25g/l。沥青浓度高，在配制时会出现沥青的沉降；而浓度在上述范围内，浓度保持较低水平，沥青分散越好，越不容易出现沉降。
39.在本发明应用较佳的实施方式中，施加电的测试时间为t，0《t《5min，在本发明应用较佳的实施方式中，0《t《3min，在本发明应用较佳的实施方式中，1《t《2min；
40.在本发明应用较佳的实施方式中，施加电的测试电压为v，在本发明应用较佳的实施方式中，0《v《10000v；在本发明应用较佳的实施方式中，1000《v《6000v；
41.在本发明应用较佳的实施方式中，施加电的电场强度为e，在本发明应用较佳的实施方式中，0《e《10000v/cm；在本发明应用较佳的实施方式中，1000《e《6000v/cm。
42.在本发明应用较佳的实施方式中，阳极和阴极的极板上沉积的沥青的质量通过如下方法获得：
43.断电，取出极板称重，根据测试前后的极板上沉积沥青的质量差判断待测沥青中带不同电性沥青的含量。
44.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
45.本发明将沥青与溶剂混合形成沥青混合物，通过施加电场，使得带有正电性的沥青吸附在阴极一侧，带有负电性的沥青吸附在阳极一侧；通过极板上的吸附情况，表征沥青
的带电性。提供了一种沥青电性测试装置从而较为简单、准确地进行沥青的电性测试，本发明提供的测试装置结构简单，操作简便，极易上手。采用本发明提供的测试装置测试沥青电性时，所需待测物的用量少，测试结果准确。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
47.图1为沥青电性测试的流程示意图；
48.图2为沥青电性测试的实验装置图；
49.图3为电性测试装置测试池的示意图；
50.图4为极板固定装置示意图与剖面图。
51.图标：1-接线柱；2-极板固定装置；3-极板；4-盖板；5-盖板小孔；6-测试池；7-供电单元与导线。
具体实施方式
52.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
53.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
54.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
55.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
56.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
57.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接
相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.实施例1
59.请参阅图1和图2，图1为沥青电性测试的流程示意图。图2为沥青电性测试的实验装置图。
60.本实施例具体提供了一种沥青电性测试的装置及测试方法。
61.对实施例中的待测沥青进行四组分测定，结果如下：胶质3.37％，芳香分4.04％，c7沥青质90.57％，收率97.98％，不含有饱和分。
62.沥青浓度＝沥青质量/沥青混合物体积，单位为g/l。
63.本实施例中使用白油和庚烷的混合试剂，庚烷：白油体积比为1：1。
64.沥青电性测试的装置包括电性测试容器(即测试池6)及设置在电性测试容器上方的顶盖(即盖板4)，电性测试容器内的空腔内设置有极板3、接线柱1，极板3与接线柱1通过固定连接，本实施例为焊接。接线柱1远离极板3的一端由测试池6内向盖板4外延伸出，且接线柱1与盖板4通过极板固定装置2固定固定连接。在盖板4上均匀设置有8个盖板小孔5用于穿设接线柱1(参照图3和图4所示)。
65.接线柱1与外接的供电单元与导线7电连接。
66.测试方法如下：
67.(1)将待测沥青充分研磨，并使用100目滤网过滤，确保形成沥青混合物的粒径小于100目。
68.(2)将过滤后的沥青颗粒与溶剂混合，并使用超声波处理30min，使沥青均匀分散在溶剂中，配置成0.25g/l的沥青混合物。
69.(3)将配置的沥青混合物转移至测试池6中，在6000v/cm的电场强度下加电1min。
70.(4)在加电过程中，通过加电池外侧可以看到，沥青颗粒向阴极一侧移动、吸附，阴极一侧的沥青混合物变澄清，阳极一侧沥青混合物均一、无现象。撤去外加电场取出极板3后，沥青仅在阴极一侧吸附。
71.因此该实施例中沥青带有正电性。
72.实施例2
73.将实施例1配置的沥青混合物转移至测试池6中，在9000v/cm的电场强度下加电1min。
74.在加电过程中，通过加电池外侧可以看到，沥青颗粒一部分向阴极移动、吸附，一部分向阳极移动、吸附。撤去外加电场取出极板3后，沥青在两侧极板3上均有吸附。因此该实施例中一部分沥青带有正电性，一部分沥青带有负电性。
75.实验例1
76.在沥青质浓度为0.25g/l，测试时间为2min时，测试电压为6000v时，对样本沥青质1、沥青质2和沥青质3分别进行电性测试，结果如下：
77.①
沥青质1：
78.阳极极板增重20mg，阴极极板增重15mg，因此带负电的沥青质占原料的比例为20/(20 15)＝57.14％，带正电的沥青质占原料的比例为42.86％。
79.②
沥青质2：
80.在同等测试条件下，观察到只有在阳极极板上有沥青质的沉积，而阴极极板没有沥青至的沉积，因此判断沥青质2带正电。
81.③
沥青质3：
82.在同等测试条件下，观察到只有阴极极板上有沥青质的沉积，而阳极极板没有沥青至的沉积，因此判断沥青质3带负电。
83.综上，沥青电性测试的方法包括以下步骤：1.将待测的沥青充分研磨，并使用100目的滤网过滤，保证沥青粒径小于100目。2.将沥青加入到白油和庚烷混合溶剂中，并使用超声波处理，使沥青在溶剂中均匀分散。3.将配置的沥青混合物转移至测试池6中，在一定的电场强度下处理确定时间，使沥青在极板3上产生吸附，带正电的沥青在阴极吸附，带负电的沥青在阳极吸附。4.撤去外加电场，通过称重，外侧观察沥青颗粒的移动规律、通过极板3上的吸附情况判断沥青带电性及带不同电性沥青的含量。
84.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。