張辛鋮，何林，3，隋紅，李鑫鋼，3

（1 天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072；2 精餾技術(shù)國家工程研究中心，天津 300072；3 天津大學(xué)浙江研究院，浙江 寧波 315201）

重質(zhì)油水乳液廣泛存在于石油開采（尤其是重質(zhì)油礦）與加工過程中，包括油包水（W/O）乳液、水包油（O/W）乳液等。由于重質(zhì)油具有密度大、黏度高、比重指數(shù)（API）較低（一般小于20）、C/H 質(zhì)量比高等特點，導(dǎo)致重質(zhì)油水乳液分離困難、能耗大。從組成結(jié)構(gòu)來看，重質(zhì)油水乳液主要包括重質(zhì)油、水及雜質(zhì)等，如細微礦物顆粒、聚合物等。其中，重質(zhì)油的組成是影響乳液穩(wěn)定性的關(guān)鍵，尤其對于重質(zhì)W/O 乳液，而納微米礦物顆粒及聚合物等物質(zhì)則可對W/O 乳液起到強化穩(wěn)定的作用。

瀝青質(zhì)作為石油中分子結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、分子量最大、界面活性最高的組分，是形成穩(wěn)定重質(zhì)油-水乳液的關(guān)鍵。Goual等與Hoepfner等研究表明，瀝青質(zhì)可以在乳液中發(fā)生自聚并在油水界面形成一層具有剛性的界面膜。Spiecker 等研究發(fā)現(xiàn)由于瀝青質(zhì)聚集體在油水界面上的交聯(lián)，可形成剛性界面膜。這些剛性界面膜阻礙水滴的相互聚集，導(dǎo)致瀝青質(zhì)乳液穩(wěn)定性高，破乳難度大。進一步研究發(fā)現(xiàn)，瀝青質(zhì)中界面活性最高的亞組分——界面活性瀝青質(zhì)（interfically active asphaltenes，IAA）是導(dǎo)致重質(zhì)W/O 乳液穩(wěn)定和油水剛性界面膜形成的主要成分。Yang 等與Qiao 等采用分子動力學(xué)模擬與實驗研究表明，IAA分子在油相中的聚集及其在油水界面上的吸附與亞砜基團（—S==O）之間的締合有關(guān)。這些含氧官能團促使IAA分子和水分子之間形成氫鍵，是IAA分子吸附在油水界面的主要作用力。

一般而言，油包水乳液的化學(xué)破乳過程包括四個步驟：有較高界面活性的化學(xué)破乳劑從油相擴散到達油水界面處；化學(xué)破乳劑分子和形成界面膜的分子相互作用軟化油水界面膜；在破乳劑的作用下，油水界面膜被破壞；破乳劑分子替換乳化劑分子，重新吸附在分散的水滴表面，通過和水滴的相互作用促進水滴的聚并從而實現(xiàn)破乳。上述過程依次進行，因此破乳劑分子在油相中的擴散至關(guān)重要。對于重質(zhì)油而言，由于重質(zhì)成分含量大、黏度高，導(dǎo)致破乳劑分子在重質(zhì)油中的分散及擴散受限，制約著后續(xù)破乳過程。本文作者課題組前期研究表明，在破乳劑（MJTJU-2）濃度為400mg/L，破乳溫度為60℃時，破乳劑能在25min內(nèi)實現(xiàn)對甲苯稀釋的IAA-W/O 乳液的快速破乳。這是因為MJTJU-2破乳劑中引入了酯基和羧基，其親水含氧基團與水分子之間比IAA與水分子之間更容易形成氫鍵。因此，MJTJU-2能快速地軟化IAA界面膜并破壞，從而促使水分子聚集、聚并成大水滴，最終完成IAA-W/O乳液的破乳。

綜上可知，重質(zhì)W/O 乳液破乳過程影響因素復(fù)雜多變，由于重質(zhì)組分及其他界面活性物質(zhì)（納微固體顆粒等）的界面穩(wěn)定作用機制不明，導(dǎo)致重質(zhì)W/O 乳液分離困難。本文針對重質(zhì)油高黏度性質(zhì)對實驗室制備的重質(zhì)W/O 乳液分離影響問題進行研究，探究甲苯溶劑、溫度等對重質(zhì)油黏度影響及降黏與破乳的關(guān)系，通過分子模擬手段考察甲苯分子對重質(zhì)油各組分?jǐn)U散性質(zhì)和相互作用影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上研究降黏過程對破乳劑分子作用的影響。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

甲苯，天津市江天化工技術(shù)有限公司；重質(zhì)原油，中國石油大港石化公司；破乳劑TJU-3，實驗室自制。

1.2 實驗樣品制備

1.2.1 重質(zhì)油樣品的制備及SARA四組分分析

采用甲苯溶劑對重質(zhì)油原料進行稀釋，通過高速離心（8500r/min，10min）方式脫除重質(zhì)油中的礦物顆粒，然后采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、真空干燥脫除重質(zhì)油中的甲苯，獲得脫除固體雜質(zhì)和甲苯不溶物的重質(zhì)油。采用正庚烷沉淀法分離重質(zhì)油中的瀝青質(zhì)成分，對脫除瀝青質(zhì)成分的油相則采用國際標(biāo)準(zhǔn)色譜層析方法進行SARA 四組分的分離，最終得到相應(yīng)組分，SARA四組分分離結(jié)果如表1所示。

表1 重質(zhì)油的物理性質(zhì)及SARA四組分分離結(jié)果

1.2.2 重質(zhì)油初始含水率的測定

參考GB/T 8929—2006 原油水含量的測定方法（蒸餾法），采用電子天平準(zhǔn)確稱取20.0g重質(zhì)油放入濾紙桶并置于索氏提取裝置中，然后向索氏提取器中加入200mL 甲苯，直至索氏提取器至濾紙桶中滴下的液體呈無色且分水器中的水液面不再上升，此時可測得重質(zhì)油的初始含水率為7.20%。

1.3 儀器分析

1.3.1 黏溫曲線的測定

采用流變儀（Rheometer HAAKE Viscotester iQ，英國賽默飛世爾公司）確定重質(zhì)油的黏溫曲線。取少量重質(zhì)油樣品置于流變儀的測試平板上，使用P35Ti平板轉(zhuǎn)子進行測試，通過調(diào)節(jié)連接到流變儀的超級恒溫水?。–C-1008W，深圳勒普拓儀器技術(shù)有限公司）控制重質(zhì)油樣品的溫度。測試溫度區(qū)間為20～85℃，溫度步長5℃，每個溫度下穩(wěn)定15min后再進行測試。

1.3.2 甲苯溶劑對重質(zhì)油降黏曲線的測定

本文采用甲苯對重質(zhì)油進行降黏處理，需要確定甲苯對于重質(zhì)油的降黏效果。實驗具體方法為：首先使用電子天平準(zhǔn)確稱取25.0g 重質(zhì)油于150mL的燒杯中，加入甲苯并攪拌2min，然后置于流變儀中測試黏度。測試溫度為20℃，實驗中加入甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)區(qū)間為0～20%，間隔為1%。

1.4 降黏與破乳

1.4.1 不同黏度重質(zhì)油樣品的配置

根據(jù)1.3.2節(jié)測定的甲苯對重質(zhì)油的降黏曲線，選擇20℃下25500mPa·s、10000mPa·s、5000mPa·s、2500mPa·s、1500mPa·s、1000mPa·s、500mPa·s、50mPa·s 共8 個黏度作為目標(biāo)黏度，對重質(zhì)油進行甲苯溶劑降黏。

1.4.2 不同黏度重質(zhì)W/O乳液的配置

采用重質(zhì)油作為油相，稱取一定量去離子水作為水相，通過高速均質(zhì)機在15000r/min下將水相滴加到油相中，滴加完成后在18000r/min 下再乳化5min，從而得到含水率為30%的重質(zhì)W/O乳液。

為了判斷此重質(zhì)油乳液是否為W/O 乳液，取2mL 重質(zhì)油水乳液置于兩個玻璃瓶中，分別加入25mL 的去離子水和甲苯，如圖1 所示。加入去離子水后，重質(zhì)油水乳液和水完全分層；而加入甲苯后，發(fā)現(xiàn)重質(zhì)油水乳液和甲苯?jīng)]有分層現(xiàn)象，說明乳液的外相為油相，而制備的重質(zhì)油水乳液為W/O乳液。

圖1 重質(zhì)油水乳液類型鑒別

破乳實驗采用瓶試法：①按照1.4.2 節(jié)的步驟制備重質(zhì)W/O乳液；②將15.0g乳液轉(zhuǎn)移至25mL的具塞量筒中，使用移液槍準(zhǔn)確吸取0.6mL破乳劑TJU-3溶液（濃度為0.01g/mL）并加入到具塞量筒中，保證破乳劑在乳液中的濃度為400mg/L；③手搖震蕩具塞量筒100次，待破乳劑和乳液充分混合后，將具塞量筒置于水浴鍋中，記錄分離出水的體積隨時間的變化。根據(jù)式(1)計算脫水率。

式中，為脫水率；為一定時間內(nèi)脫出水的體積；為乳液中初始水的體積。

1.5 甲苯對重質(zhì)油降黏過程分子模擬

1.5.1 模型建立

重質(zhì)原油主要由重質(zhì)的瀝青質(zhì)、膠質(zhì)組分，還有一些輕質(zhì)的芳香烴、烷烴等組分構(gòu)成，除此之外還有一些金屬元素；其復(fù)雜的構(gòu)成導(dǎo)致難以建立重質(zhì)原油的真實組成模型。為了簡化計算，選擇SARA四組分來代替重質(zhì)原油的真實組成，建立的重質(zhì)油體系模型中SARA 四組分的含量根據(jù)表1 中的實驗結(jié)果確定，重質(zhì)油和SARA四組分的數(shù)均分子量（）、重均分子量（）、多分散性指數(shù)（/）及元素分析的實驗測定結(jié)果如表2 所示。由表2可知，重質(zhì)油及其四組分的多分散性指數(shù)較大，說明重質(zhì)油及其四組分是分子量寬分布的混合物；膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的多分散性指數(shù)遠大于飽和分和芳香分，說明膠質(zhì)和瀝青質(zhì)單體分子發(fā)生了自聚，生成了分子量較大的聚集體。

表2 重質(zhì)油和SARA四組分的分子量及元素分析

采用全原子分子動力學(xué)模擬，通過計算重質(zhì)油SARA四組分在不同甲苯含量條件下各組分的擴散系數(shù)和相互作用能的變化，獲得甲苯對重質(zhì)油的降黏機制。根據(jù)文獻[18,23]報道選取了四種代表SARA 四組分的典型結(jié)構(gòu)。其中，CH代表飽和分，CHS 代表芳香分，CHS 代表膠質(zhì)，CHNOS代表瀝青質(zhì)，分子量分別為283、635、713、1149，如圖2(a)～(d)所示。根據(jù)1.2.1節(jié)實驗測定的SARA四組分含量，選取48個飽和分分子、21個芳香分分子、29個膠質(zhì)分子、2個瀝青質(zhì)分子組成重質(zhì)油體系模型，如圖2(e)所示。重質(zhì)油分子中甲苯分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別設(shè)為0、4%、8%、12%、16%、20%。

圖2 SARA四組分結(jié)構(gòu)模型與重質(zhì)油體系模型

1.5.2 模擬分析

密度作為重質(zhì)原油的基本物理性質(zhì)，是評價本重質(zhì)油平均分子模型是否合理的重要依據(jù)。本文先用Forcite 模塊中的Geometry optimization 對重質(zhì)油體系模型進行幾何優(yōu)化，再用Forcite 模塊中的Dynamics 對該重質(zhì)油體系模型進行密度計算。模擬參數(shù)為：NPT 系綜、精度選擇fine、COMPASSⅡ力場、溫度為298K、壓力為0.1MPa，靜電交互作用采用Ewald 方法，范德華交互作用采用Atom based方法，NHL法控溫、Berendsen法控壓、模擬設(shè)定時間為500ps，步長1fs，每5000 步輸出一次結(jié)果，截斷距離為1.55nm。重質(zhì)油體系模型的密度隨時間的變化如圖3所示。

圖3 重質(zhì)油體系模型密度隨時間的變化

由圖3 可以看出，體系的平均密度最終趨于0.939g/cm，說明計算體系達到平衡狀態(tài)；這也與實驗測定的重質(zhì)油密度（0.933g/cm）相對誤差僅為0.64%，可以認(rèn)為上述重質(zhì)油平均分子模型的結(jié)構(gòu)設(shè)置是比較合理的，可以進一步將該結(jié)構(gòu)用于之后的甲苯溶劑降黏以及破乳過程的計算。

1.6 油水界面處破乳過程模擬

為了確定破乳劑的破乳過程，構(gòu)建了油水界面模型，考察了瀝青質(zhì)與破乳劑分子在油水界面的作用特征，并計算油水界面處各組分的濃度分布。為了簡化計算模型，甲苯相中僅加入穩(wěn)定重質(zhì)W/O乳液中界面活性最強的物質(zhì)——瀝青質(zhì)分子，以探究瀝青質(zhì)分子和TJU-3分子在油水界面處的作用機制。選擇含瀝青質(zhì)的甲苯溶液作為油相，考察瀝青質(zhì)分子和TJU-3分子在油水界面處的運移過程。如圖4(a)為瀝青質(zhì)分子在甲苯-水界面的初始分布形態(tài)，該模型包括400 個甲苯分子、980 個水分子和4個瀝青質(zhì)分子。瀝青質(zhì)分子中含有芳香環(huán)、碳氫鏈等親油基團，也含有雜原子（N、O、S）等親水基團，經(jīng)過3000ps 的動力學(xué)模擬后，這些雜原子可以與水分子之間形成氫鍵，使瀝青質(zhì)分子吸附在油水界面處，如圖4(b)所示。

圖4 瀝青質(zhì)分子在油水界面的分布狀態(tài)

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度與甲苯加入量對重質(zhì)油黏度影響規(guī)律

圖5(a)所示為重質(zhì)油在溫度區(qū)間為20～85℃的黏溫曲線。由圖可見，20℃時重質(zhì)油的黏度高達25500mPa·s，在50℃以下，黏度隨溫度的變化比較明顯；50℃以上，黏度隨溫度的變化比較緩慢，最終達到215mPa·s。如圖5(b)所示，當(dāng)采用添加甲苯的方式對重質(zhì)油進行降黏——以20℃為例，發(fā)現(xiàn)重質(zhì)油的黏度下降趨勢與黏溫曲線類似，在添加甲苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%時，黏度下降得較快；甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時，黏度下降得趨勢變緩，最終黏度達到55mPa·s。

圖5 溫度與甲苯加入量對重質(zhì)油黏度的影響

2.2 降黏與破乳的協(xié)同機制

選取25500mPa·s （重質(zhì)油20℃的黏度）、10000mPa·s、5000mPa·s、2500mPa·s、1500mPa·s、1000mPa·s、500mPa·s 共7 組黏度為目標(biāo)黏度，在相應(yīng)的溫度下考察重質(zhì)W/O乳液降黏和破乳效果。由圖6(a)可知，對于采用溫度降黏的重質(zhì)W/O 乳液，黏度越低，其脫水率越高。當(dāng)黏度大于10000mPa·s，乳液完全不能破乳；當(dāng)溫度達到53.5℃（1500mPa·s） 時，1h 內(nèi)的脫水率也僅有20%。當(dāng)溫度達到70℃時，乳液的黏度為500mPa·s，此時1h 內(nèi)的脫水率也僅有50%。由此可見，僅采用加熱的方式對重質(zhì)W/O 乳液進行降黏后，在1h內(nèi)的破乳效果完全達不到乳液完全脫水的要求。

圖6 采用單一溫度降黏或甲苯降黏時重質(zhì)W/O乳液的脫水率隨時間的變化

從圖6(b)中可知，僅采用甲苯溶劑對重質(zhì)油進行降黏，乳液的脫水率也會隨著重質(zhì)油的黏度下降而提高，但是在常溫（20℃）下，破乳劑分子在油水乳液中的擴散較慢，導(dǎo)致即使是在50mPa·s的乳液中，1h后也僅有16.7%的脫水率，此時破乳劑分子在油水乳液中的擴散速率成為主要的制約破乳速率的因素。

由上述結(jié)果可知，單獨采用升溫或添加甲苯的方式進行降黏時，都可在一定程度上強化重質(zhì)W/O乳液的破乳效果，但脫水率都受限。為了進一步強化重質(zhì)W/O 乳液的分離過程，本文將升溫與甲苯溶劑耦合進行降黏，促進破乳劑的作用。在同樣黏度區(qū)間，加入400mg/L 破乳劑TJU-3，將重質(zhì)W/O乳液置于60℃的水浴中保溫靜置沉降，結(jié)果如圖7所示。

由圖7(a)可見，采用溫度和甲苯耦合降黏的方法后，脫水率可顯著提升。當(dāng)重質(zhì)油的黏度降低到1500mPa·s時，乳液可在1h內(nèi)完全破乳，此黏度可視作1h 內(nèi)是否完全破乳的分界點。當(dāng)重質(zhì)油黏度降低到50mPa·s 時，乳液可在20min 內(nèi)完全破乳。圖7(b)是在相同濃度和溫度條件下，重質(zhì)油黏度小于1500mPa·s時的脫水速率隨時間的變化關(guān)系，可以看出黏度為50mPa·s 和500mPa·s 的乳液的脫水速率明顯快于1000mPa·s和1500mPa·s乳液的脫水速率，最快可以達到0.42mL/min，最終水相變?yōu)榍宄海鐖D7(c)所示。

圖7 升溫與甲苯耦合降黏時的脫水率

破乳速率獲得大幅度提升的原因主要有三個方面：一是采用升溫降黏之前預(yù)先加入甲苯溶劑對重質(zhì)油進行預(yù)降黏，先獲得一個相對較低的黏度，然后在60℃下對重質(zhì)W/O 乳液進行溫度降黏，進一步強化了降黏的效果；二是從分子熱運動的角度來看，溫度較低時，包裹水滴的瀝青質(zhì)界面膜的機械強度較高，瀝青質(zhì)界面膜強度會隨著溫度的升高而減弱；三是升溫有利于破乳劑分子在油水乳液中的擴散速率，能夠使破乳劑分子更迅速地到達油水界面，破環(huán)瀝青質(zhì)界面膜實現(xiàn)破乳。

基于上述結(jié)果，進一步考察了溫度對重質(zhì)W/O乳液脫水率的影響，如圖8所示?？梢钥闯鲭S著溫度的增加，脫水率逐漸上升，40℃時，1h內(nèi)乳液幾乎不能破乳，黏度最低的乳液的脫水率僅為33%，當(dāng)溫度升至50℃時，脫水率略有提高。當(dāng)破乳溫度升至60℃時，脫水率有了一個“階躍式”的提升，溫度再提升至70℃甚至80℃時，脫水率幾乎不再變化，甚至出現(xiàn)了下降。這是因為破乳劑分子主要通過氫鍵和水分子作用破壞瀝青質(zhì)界面膜來實現(xiàn)破乳，溫度升高使破乳劑分子與水分子之間的氫鍵作用減弱，導(dǎo)致破乳劑分子的溶解度下降，從而導(dǎo)致破乳速率降低；其直觀表現(xiàn)在破乳劑的水溶液會隨溫度的升高而變渾濁，可以用“濁度”這一參數(shù)來表示。其次，當(dāng)溫度達到60℃時，溫度和甲苯溶劑耦合降黏作用已經(jīng)把黏度降到足夠低的水平；再升高溫度，乳液的黏度已經(jīng)幾乎不會再發(fā)生變化。此時制約脫水率的主要因素變?yōu)槠迫閯┓肿优c水分子之間氫鍵作用力的大小，而不再是油水乳液的黏度和破乳劑分子在油水乳液中的擴散速率。

圖8 脫水率隨破乳溫度的變化情況

圖9 為重質(zhì)W/O 乳液破乳分離效率隨破乳劑TJU-3 的濃度變化?？梢钥闯鲭S著乳液黏度的降低，乳液的脫水率不斷提高。當(dāng)破乳劑TJU-3在乳液中的濃度為100mg/L 時，黏度為50mPa·s 的乳液可在1h 內(nèi)100%破乳。將破乳劑的濃度增加到400mg/L 時，黏度為50mPa·s 的乳液在15min 的脫水率可達90%，黏度小于1500mPa·s的乳液可在1h內(nèi)完全破乳。當(dāng)破乳劑的濃度超過400mg/L時，脫水率反而出現(xiàn)下降，這是由于破乳劑濃度超過其臨界膠束濃度（CMC），破乳劑分子在水中形成了膠束導(dǎo)致其界面活性降低。由此可見，當(dāng)破乳劑濃度為其CMC（400mg/L）值時，破乳劑對乳液的脫水率最高。

圖9 重質(zhì)W/O乳液的脫水率隨破乳劑濃度的變化

2.3 甲苯降黏過程SARA四組分分子的擴散系數(shù)

采用分子擴散系數(shù)來間接反應(yīng)甲苯對重質(zhì)油的降黏作用。擴散系數(shù)是根據(jù)均方位移（MSD）進行計算得到，均方位移隨時間變化曲線的斜率的六分之一即為擴散系數(shù)。MSD的計算如式(2)所示。

MSD =＜|() -(0)|＞(2)

式中，()、(0)分別為粒子在時刻、時刻的矢量位置。

改變加入重質(zhì)油分子中甲苯分子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別為0、4%、8%、12%、16%、20%。先用Forcite 模塊中的Geometry optimization 對整個體系進行幾何優(yōu)化，再用Forcite 模塊中的Dynamics 對整個體系進行動力學(xué)計算。使用NPT 系綜優(yōu)化整個體系的溫度、能量、密度和晶胞大小等參數(shù)，然后再通過NVT 系綜進行優(yōu)化。根據(jù)NVT 系綜優(yōu)化生成的軌跡文件作出體系中SARA四組分整體、對黏度影響較大的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)共三種體系的MSD曲線。從MSD 曲線中找到線性相關(guān)度較好的一個階段進行線性擬合，計算直線的斜率，斜率的六分之一即為擴散系數(shù)，擬合過程以甲苯添加0時重質(zhì)油中各組分的MSD曲線及SARA四組分的擬合線為例，如圖10所示。

圖10 重質(zhì)油各組分的MSD曲線及其擬合

擴散系數(shù)隨甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化如表3 所示，SARA四組分作為整體時的擴散系數(shù)是三者中最大的，而膠質(zhì)的擴散系數(shù)是最小的。這是因為SARA四組分中包含了飽和分、芳香分等輕質(zhì)組分，對重質(zhì)油起到了一定的稀釋作用；而瀝青質(zhì)和膠質(zhì)作為重質(zhì)組分，其芳香環(huán)部分在重質(zhì)油中呈現(xiàn)π-π 堆疊狀態(tài)，非極性的脂肪側(cè)鏈相互纏繞，形成自聚體，進一步增加了重質(zhì)油的黏度。而且膠質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為41.61%，遠大于瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.72%，造成膠質(zhì)分子的自聚現(xiàn)象比瀝青質(zhì)更加顯著，而膠質(zhì)分子的高含量是重質(zhì)油高黏度的主要原因。在SARA四組分、瀝青質(zhì)、膠質(zhì)這三種體系中，它們的擴散系數(shù)都隨著甲苯添加量的增加而增大，其中膠質(zhì)組分的擴散系數(shù)增大最顯著，這也是在實驗中甲苯溶劑能夠?qū)⒅刭|(zhì)油的黏度迅速降低的原因。

表3 擴散系數(shù)隨甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

2.4 SARA四組分分子相互作用能分析

另外，也可以用SARA四組分之間的相互作用能和重質(zhì)油體系總能量來間接說明甲苯溶劑對重質(zhì)油的降黏效果。相互作用能的計算方法如式(3)所示。

式中，(r)為SARA 四組分任意兩種之間的相互作用能；為玻爾茲曼常數(shù)，1.38×10J/K；為溫度，K；(r)為徑向分布函數(shù)（RDF）。

表4為瀝青質(zhì)與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)與芳香分、膠質(zhì)與芳香分之間的相互作用能與體系總能量隨甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化的計算結(jié)果。由表4 可以看出，瀝青質(zhì)-膠質(zhì)、瀝青質(zhì)-芳香分、膠質(zhì)-芳香分之間的相互作用能都隨著甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，系統(tǒng)總能量也隨之降低，說明甲苯溶劑在其中減弱了重質(zhì)組分之間的相互作用力，從而降低了重質(zhì)油體系的黏度。

表4 相互作用能與體系總能量隨甲苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

2.5 油水界面處瀝青質(zhì)與破乳劑運移過程模擬

瀝青質(zhì)分子吸附在油水界面處后，在油相中加入破乳劑TJU-3 并運行6000ps 后的模擬結(jié)果如圖11所示。TJU-3分子可以穿過瀝青質(zhì)分子在油水界面形成的界面膜，使得原本吸附在油水界面處的瀝青質(zhì)分子聚集體結(jié)構(gòu)變得松散，這有利于破壞瀝青質(zhì)界面膜，促進水滴的聚并從而完成破乳，TJU-3分子最終大部分進入到水相中。各組分的相對濃度分布如圖12 所示，可以看出瀝青質(zhì)界面膜被破壞后，瀝青質(zhì)在油水界面上的相對濃度有明顯的下降且有向甲苯相中移動的趨勢，TJU-3分子的濃度明顯大于瀝青質(zhì)分子，說明油水界面處瀝青質(zhì)分子已經(jīng)被TJU-3分子所取代。

圖11 TJU-3破壞瀝青質(zhì)界面膜的過程

圖12 各組分的相對濃度分布

3 結(jié)論

（1）僅采用升溫降黏時脫水率最高只有50%，僅采用甲苯溶劑降黏時脫水率最高僅有16.7%。溫度和甲苯溶劑耦合降黏時，重質(zhì)油的黏度降低到1500mPa·s時可實現(xiàn)在1h內(nèi)完全破乳；黏度降低到500mPa·s時可實現(xiàn)在25min內(nèi)完全破乳；黏度降低到50mPa·s時可實現(xiàn)在20min內(nèi)完全破乳。

（2）破乳溫度為60℃時，破乳速度最快；當(dāng)破乳劑的濃度為400mg/L時，乳液的脫水率最高。破乳劑濃度過高會降低脫水率，原因是破乳劑濃度超過了其臨界膠束濃度時，破乳劑分子會在水中形成膠束導(dǎo)致其界面活性降低。

（3）膠質(zhì)的擴散系數(shù)隨著甲苯的增加而迅速增加，是甲苯能使重質(zhì)油黏度快速下降的主要原因。甲苯通過減弱重質(zhì)組分之間的相互作用來降低重質(zhì)油的黏度。重質(zhì)W/O 乳液形成的過程中，瀝青質(zhì)分子自發(fā)地吸附在油水界面形成界面膜。破乳過程中，TJU-3分子穿過并破壞瀝青質(zhì)界面膜，在油水界面上取代瀝青質(zhì)分子從而實現(xiàn)破乳。