??石油是世界上最主要的能源,根據(jù)世界能源總署的報告,目前世界上所消耗的一次能源中三分之一是由石油提供,同時石油也是重要化工原料,被譽為“工業(yè)的血液”。目前最主要的石油運輸方式是管道運輸,但許多石油產地分布在高緯度地區(qū),如俄羅斯,我國大慶和新疆地區(qū)等,這些地區(qū)常年處于低溫環(huán)境,使得石油非常粘稠,不利于管道運輸,而且隨著開采程度的逐漸加深,石油含蠟量逐漸增大,部分石油甚至需要加熱到35℃才能自然流動,這些因素使得石油管道運輸效率很低,并且存在堵塞甚至爆炸的風險。
目前主要的解決方法是沿管線架設加熱站,但是其成本高且能耗大,具體而言,根據(jù)大慶油田的報告,使輸油管線每升高1℃,其成本每年需增加2000萬人民幣。另一種解決辦法是添加原油抗凝劑,該方法效果良好并可以作為管道加熱方法的補充,但存在用量大、后期分離困難,總體成本高昂的問題,不僅如此,不同油田由于石油成分不同往往需要研發(fā)不同種的抗凝劑,這些都限制了它的使用范圍。
圖1. 基于光熱轉換加熱石油管道示意圖
目前,中國人民大學王亞培課題組設計了一種基于PPy-PU互穿網(wǎng)絡的光熱彈性體,該材料制備簡單并且具有良好的光熱性能,能吸收絕大部分太陽光能并將其轉為熱能,同時該材料制成的中空管道結構,保證了在夜晚無光照條件時,還具有一定的保溫性能。最終,實現(xiàn)利用光熱轉換將高緯度地區(qū)充足的太陽能轉化為熱能進行管道加熱的策略,該方法具有適用范圍廣,低成本無能耗的優(yōu)點。
為了驗證最終效果,該團隊選擇中國延長油田的原油作為樣品,在-15 ℃的低溫冷庫中進行了實際測試。通過紅外相機觀測,最終采用該方法的輸油管道溫度升高了近40 ℃,相應的石油粘度降低到200 mpa*s以下,達到原油可以無阻力流動的要求,證明了該方法的可行性和重要價值。
論文第一作者為中國人民大學化學系碩士生呂善知,博士生賀泳霖為共同第一作者,通訊作者為中國人民大學化學系王亞培教授,該項研究工作得到了國家自然科學基金和中國人民大學的大力支持。
文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201900703
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