测定蜡分子扩散系数的方法

本发明属于检测，具体涉及一种测定蜡分子扩散系数的方法。

背景技术：

1、目前测量蜡分子扩散系数的方法主要有couette蜡沉积试验装置反算蜡分子在原油中的扩散系数以及经典的hayduk-minhas关系式。

2、基于couette蜡沉积试验装置的蜡沉积试验为真实的蜡沉积过程，虽然该沉积过程的主要控制机理为分子扩散，其他机理例如胶凝机理、剪切效应均参与蜡沉积过程中，因此单纯采用分子扩散机理计算得到的蜡分子扩散系数为包含胶凝机理、剪切效应在内的“拟扩散系数”，该系数与真实的蜡分子扩散系数存在一定的差距。

3、真实的蜡沉积过程为准稳态过程，随着蜡沉积的不断发展，蜡沉积物厚度逐渐增加导致固液界面处温度升高，从而引起固液界面处蜡晶溶解度系数、温度梯度及蜡分子扩散系数的变化。然而，上述方法在反算过程中采用稳态条件下的蜡晶溶解度系数和温度梯度，为蜡分子扩散系数计算结果引入误差。此外，计算的蜡分子扩散系数为该时间段内的“平均扩散系数”，且该“平均扩散系数”随时间的延长逐渐变小。

4、基于couette蜡沉积试验装置的蜡分子扩散系数反算方法采用两时间间隔的蜡沉积物蜡含量增量作为蜡分子的扩散通量，随着油温、壁温、油壁温差和原油物性的不同，不同试验条件下的非稳态时长也不尽相同，且随着时间的延长，蜡沉积可能进入拟平衡状态，即蜡沉积不再发展或缓慢发展，这些因素均可能影响反算结果的精度。

5、在不同的实验条件下，尤其是油温、壁温条件，沉积到管道壁面上蜡沉积物中的蜡分子的碳数分布存在差异，采用couette蜡沉积试验装置的方法反算得到的蜡分子扩散系数为该部分蜡分子的平均蜡分子扩散系数，原油组成十分复杂，很难针对单一碳数的蜡分子给出其蜡分子扩散系数，这也限制了该方法的应用。

6、以c24为例,根据hayduk-minhas关系式计算蜡分子扩散系数在4.13×10-12～2.38×10-11m2/s范围内，然而基于couette蜡沉积试验装置计算的蜡分子扩散系数处于1.23×10-10～4.16×10-10m2/s范围内，反算结果约为hayduk-minhas关系式计算值的17～30倍，因此，虽然该方法存在诸多不足，仍然可以证明hayduk-minhas关系式严重低估了蜡分子在原油中的扩散系数。

7、综上所述，现有的测量方法均不能准确地计算出蜡分子在原油中的扩散系数。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明提出一种测定蜡分子扩散系数的方法，该测定蜡分子扩散系数的方法具有准确高效的测出蜡分子在原油中的扩散系数的优点。

3、根据本发明实施例的测定蜡分子扩散系数的方法，包括以下步骤：s1、提供一测定装置，测定装置包括第一样品槽、第二样品槽和位于第一样品槽和第二样品槽之间的微孔金属膜，测定装置用于测定蜡分子扩散系数；s2、采用扩散系数已知且稳定的标准溶液对测定装置进行标定，从而计算出测定装置的膜池系数β；s3、将不同浓度的蜡分子溶液分别加入第一样品槽和第二样品槽中进行测试，从而计算出蜡分子扩散系数的积分均值

4、根据本发明一个实施例，所述第一样品槽和第二样品槽的外部均设有恒温水浴夹层。

5、根据本发明一个实施例，所述第一样品槽和第二样品槽的内部均设有搅拌转子，所述搅拌转子由伺服电机驱动。

6、根据本发明一个实施例，所述第一样品槽和第二样品槽的内部还设置有温度传感器，伺服电机上设有转速传感器。

7、根据本发明一个实施例，所述微孔金属膜的骨架丝径为20微米，所述微孔金属膜的孔隙直径为8微米。

8、根据本发明一个实施例，采用的标准溶液为kci溶液。

9、根据本发明一个实施例，s2中，选用的kci溶液的扩散系数随kci浓度的变化关系式为：在25℃的温度条件下kci溶液的密度ρ与质量分数w之间的关系为：ρ＝0.997478+0.6173402w+0.2478363w2；kci溶液的摩尔浓度c与密度ρ和质量分数w之间的关系式为：其中，ρ为kci溶液的密度，g/cm3；w为kci溶液的质量分数，wt％；c为kci溶液中kci的摩尔浓度，mol/l；mkci为kci的摩尔质量，为74.5g/mol；在25℃的温度条件下，配制质量分数不同的kci溶液分别加入第一样品槽、第二样品槽中，扩散前第一样品槽、第二样品槽中kci溶液摩尔浓度分别为cn(0)、cs(0)，测试不同浓度条件下扩散时间t后第一样品槽、第二样品槽中kci溶液的密度ρn(t)和ρs(t)，然后通过上述公式计算kci溶液中kci的质量分数和摩尔浓度cn(t)和cs(t)；在已知扩散前后第一样品槽、第二样品槽中kci溶液摩尔浓度cn(0)、cs(0)和cn(t)、cs(t)的情况下，根据公式和计算不同浓度条件下kci溶液的扩散系数积分均值然后根据扩散系数积分均值的计算公式计算出测定装置的膜池系数β。

10、根据本发明一个实施例，时间t为15min。

11、根据本发明一个实施例，s3中，将不同浓度的两种蜡分子溶液加热至待测温度，然后将浓度较高的蜡分子溶液倒入第一样品槽中，利用真空泵脱除微孔金属膜孔隙中的气泡；然后将浓度较低的蜡分子溶液倒至第二样品槽中，匀速搅拌，实验结束后记录实验时间t1，并收集第一样品槽和第二样品槽中的样品进行dsc测试，获得扩散后样品的单位质量放热量，再根据不同质量分数x的样品溶液以及测得的单位质量放热量y，由最小二乘法得到拟合曲线；然后用第一样品槽和第二样品槽中的样品测得的单位质量放热量y反算出x的值，即为计算实验开始与终止时刻第一样品槽和第二样品槽中蜡分子的浓度cn(01)、cn(t1)、cs(01)及cs(t1)，然后根据下述公式即可计算蜡分子扩散系数的积分均值

12、根据本发明一个实施例，匀速搅拌时伺服电机的转速为20rpm。

13、本发明的有益效果是，本发明利用标准溶液计算出测定装置的膜池系数β，然后利用测定装置对蜡分子溶液进行测试，从而计算出蜡分子扩散系数的积分均值计算过程简单可靠，能够准确地计算出蜡分子在原油中的扩散系数。

14、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

15、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，所述第一样品槽和第二样品槽的外部均设有恒温水浴夹层。

3.根据权利要求2所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，所述第一样品槽和第二样品槽的内部均设有搅拌转子，所述搅拌转子由伺服电机驱动。

4.根据权利要求3所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，所述第一样品槽和第二样品槽的内部还设置有温度传感器，伺服电机上设有转速传感器。

5.根据权利要求4所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，所述微孔金属膜的骨架丝径为20微米，所述微孔金属膜的孔隙直径为8微米。

6.根据权利要求5所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，采用的标准溶液为kci溶液。

7.根据权利要求6所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，s2中，选用的kci溶液的扩散系数随kci浓度的变化关系式为：在25℃的温度条件下kci溶液的密度ρ与质量分数w之间的关系为：ρ＝0.997478+0.6173402w+0.2478363w2；kci溶液的摩尔浓度c与密度ρ和质量分数w之间的关系式为：

8.根据权利要求7所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，时间t为15min。

9.根据权利要求7所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，s3中，将不同浓度的两种蜡分子溶液加热至待测温度，然后将浓度较高的蜡分子溶液倒入第一样品槽中，利用真空泵脱除微孔金属膜孔隙中的气泡；

10.根据权利要求9所述的测定蜡分子扩散系数的方法，其特征在于，匀速搅拌时伺服电机的转速为20rpm。

技术总结
本发明公开了一种测定蜡分子扩散系数的方法，包括以下步骤：S1、提供一测定装置，测定装置包括第一样品槽、第二样品槽和位于第一样品槽和第二样品槽之间的微孔金属膜，测定装置用于测定蜡分子扩散系数；S2、采用扩散系数已知且稳定的标准溶液对测定装置进行标定，从而计算出测定装置的膜池系数β；S3、将不同浓度的蜡分子溶液分别加入第一样品槽和第二样品槽中进行测试，从而计算出蜡分子扩散系数的积分均值D。该测定蜡分子扩散系数的方法具有准确高效的测出蜡分子在原油中的扩散系数的优点。

技术研发人员：朱浩然,曾绍梁,雷云,于鹏飞,彭浩平
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15