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	防止液体组分凝聚和沉淀的新型合金材料
	吕曼祺 ; 董加胜 ; 陈德敏 ; 张海峰 ; 杨柯
	2008
关键词	节油减排 液体沉淀 液体凝聚
中文摘要	1.任务来源：沈阳市科技计划，项目编号：061130　　2.应用领域和技术原理：该成果研制开发一种新型金属功能材料，它能够使水和燃油中的分子和离子产生极化效应，防止沉淀物的形成或使燃油中碳氢化合物的聚集物分散成微胶体处于悬浮分散状态，从而以一种全新方式解决水系统结垢和燃油因燃烧不充分排放有毒气体问题。研究结果表明，所研究的合金具有明显的防蜡防垢、节能减排、使染料液脱色等有实用价值的功能，因此具有广阔的应用前景：　　(1)节油减排功能：合金对燃油的作用，在非燃烧状态即可显示出来。当合金被置入燃油时，随着时间的推移，油的颜色逐渐深化，与油氧化的现象相似。经过几个小时，柴油的颜色即开始变深，在70小时后甚至发展到变黑，这是合金对油品产生作用的直接证据。柴油机试验显示出明显的节油效果：节油率在2～10％，烟雾排放的减少在80％以上，因此极具经济价值和社会价值。　　效果％ 48 100 132 180 235 290 333 384　　节油 　2.5 56.6 2.5 2.5 2.3 2.8 4.8　　减排 76 84 89.9 90.2 90.5 91.5 89.5 90.9　　(2)石油开采的防蜡功能：在油田的石油开采作业中，防蜡是一项重要的技术举措。所开发的合金与液体和液体中含有的其它物质接触时，合金通过电化学的方式使液体和液体中含有的其它物质的特性发生某种改变，于是液体中的固相颗粒受其影响处于悬浮状态或溶解状态，不再沉淀或吸附到管壁或其他设施的金属表面上，从而达到防蜡防垢的目的。我们在辽河油田将合金防蜡工具于2006年11月2日下入该厂牛18-023井进行防蜡效果试验应用。该井未采用防蜡措施，清蜡洗井周期为1个月；应用该防蜡工具5个月后未发现产量下降，但为安全起见进行过1次例行洗井，因此洗井周期至少可延长至5个月。此次洗井7个月后，该井于2007年12月8日作业时提出金属防蜡器检查，管杆未见明显结蜡，防蜡效果比较明显。现又在沈阳油田2口井作进一步的试验。作为一种非单相结构的合金，其成分和结构可以在很宽的范围内进行调整，因此其性能可以按照需要进行调整，以适应不同的使用要求，应用前景广阔。与其它方法相比，使用合金工具的主要优点有：防止和减少蜡、垢以及腐蚀的形成；无磁、无电、无需任何化学添加剂，不会污染所处理的流体；工作条件不受压力、温度、磁场或其他因素的影响；缩短停工时间；节省化学处理成本；节省热洗作业成本；提高设备的工作效率、延长使用寿命；易于安装、维护工作量小。合金工具适用于各类油井，如常见的抽油井、自喷井和注水井等。　　(3)水系统的防垢功能：在石油生产过程中，需要用大量的水。尤其是我国的石油生产，为了尽可能地将油藏开采出来，采取向地下回灌水、注入热水、注入含各类化学物质的水等等，大庆油田开采出来的石油，95％是水，辽河油田开采的石油，水含量也在50％以上。因此水处理是石油生产的重要环节，有水就有水垢，在油田庞大的水系统中，从锅炉到管路和阀门，由于水垢的生成会引起热效率的下降、管路堵塞和阀门失效，因此必须经常进行除垢作业。除垢是一项费时费力且效率低下的操作。水垢的生成实际上就是水中的沉淀物沉积在锅炉和管路的内壁上，越积越多，形成厚厚的一层，导致传热障碍和水流被堵塞。如果水中的沉淀物保持微小尺度并处于悬浮状态，即可随水流流去，于是避免了垢的形成。所开发的合金即具有这种功能，可以用于水系统的防垢。　　(4)印染污水的脱色：为探索合金的静电催化活性，我们发现，这种合金具有非常显著的脱色功能！即在合金的作用下，颜料溶液的色度会逐渐褪去，直至无色。这一过程可以在室温发生，随温度的升高加快。随时间延长，蓝色染料在合金作用下逐渐变浅，终至完全脱色(从左至右)，颗粒状颜料逐渐沉淀出来，合金本身没有消耗，仍保持原有的金属光泽。这样的过程可以多次重复，对其他颜色也是如此。上述实验结果说明，利用合金可以进行印染废水处理。如果所研制的合金能够实现规模化的长效处理，有可能成为印染污水处理的重要技术创新，为解决印染废水处理提供了新的高效、廉价的途径，作为一种全新的印染污水处理技术，所开发的合金将会有广阔的市场前景。　　3.性能指标：　　计划指标：(1)防止液体组分凝聚合金：在温度-30～250℃之间，合金电负性小于普通水中的CO_3^(2-)、HCO_3^-、SO_4^(2-)及燃油中大分子的电负性，而大于Fe的电负性；有耐受1m/s速率的10MPa液体冲刷应力的力学性能和良好的成型性，在水中的抗蚀性能与0Cr17铁素体不锈钢相当。(2)防止液体组分凝聚合金装置：在实用条件下，对普通自来水的防沉淀效果相当于未使用时结垢速率的1/10以下，对燃油则使排放烟雾量降低80％以上；可以长期使用，本身无消耗，不需能源或电、磁环境。　　实际达到指标：除达到预定指标外，还发现了在节能、废水处理和药品生产领域的应用前景。　　4.与国外同类技术比较：国外将金属材料用于节能减排、防蜡防垢的报道不多，减排主要是采用Pd等贵金属处理尾气，防垢主要使用磁性材料，从效果、价格、使用的便捷性和寿命来说，我们所开发的合金均有优势，特别是在减少柴油汽车尾气排放方面远优于已有报道。　　5.成果的创造性、先进性：防止液体组分凝聚合金是一种新型功能材料，国外还处于保密状态，没有披露技术细节，也未检索到相关的研究报告。防止液体组分凝聚合金处于金属功能材料的前沿研究领域。它以一种全新方式解决液体中的沉淀和组分凝聚问题，它基本上不需要维护，不需要额外的能源消耗，具有节能、环保、经济等特点。特别是合金对柴油车的减排效果具有显著的先进性，在印染污水处理和磷霉素结构转换方面的特殊作用属于原创性创新。　　6.作用意义(直接经济效益和社会意义)：所开发的合金正在应用于油田的防蜡防垢，由于减少停工检修维护时间和提高生产效率从而直接产生经济效益，同时由于采用合金技术取代了现在通常使用的定期投放化学药品的防蜡防垢方法，大大减少了污水排放，具有明显的社会意义。用于柴油车实现节油2～10%和大幅度减少烟雾排放，实现了节能与环的双重目的；用于印染废水处理取代原有技术可以节省污水处理成本、减少总的污染物排放量，社会效益明显。　　7.推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见：可以推广应用到石油开采、企业和民用的水处理系统、柴油汽车和其他柴油动力装置，均在试用中。印染业的污水处理和药品生产的应用正在落实中。已有的使用结果表明应用前景广阔，尤其是所有的应用都涉及节能减排，因此前景良好。现在需要必要的经费支持，包括合金的性能优化研究(对不同应用的合金进行成分调整)、相应的装置设计制造和推广应用的费用。　　申请单位意见：该项目研制开发一种新型金属功能材料，研究结果和实际应用表明合金具有明显的防蜡防垢、节能减排、使染料液脱色等有实用价值的功能，在相关领域有鲜明的新颖性和创新性，有明确的应用前景，推广应用后能够产生良好的经济和社会效益，同意申报科技成果。
语种	中文
内容类型	成果
源URL	[http://210.72.142.130/handle/321006/68572]
专题	金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	吕曼祺,董加胜,陈德敏,等. 防止液体组分凝聚和沉淀的新型合金材料. . 2008.

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