超聲波化學或稱聲化學，是利用超聲波加速化學反應，提高化學反應速率的一門新興交叉學科。自從１９２７年Ｒｉｅｈａｒｄｓ和Ｌｏｏｍｉｓ［１***發(fā)表了超聲波的化學效應以來，引起科學家們的廣泛關注，目前超聲波在化工領域已有廣泛的應用。

１超聲波的作用機理超聲波是聲波的一小部分，但是超聲波的頻率要比通常所見聲波的頻率高得多＞２０ｋＨｚ）。因此，超聲波與通常所說的聲波還存在著許多不同之處：超聲波具有比普通聲波更強的功率；介質對超聲波的吸收比普通聲波大得多；超聲波的波長較短，頻率很高，具有較大的能量，可以對介質質點產生顯著的聲壓作用。當***強度的超聲波在介質中傳播時，會產生力學、熱學、光學和化學等一系列效應，歸結為下列４種基本作用

１．１超聲波機械作用超聲波在傳播過程中，會引起介質質點交替的壓縮與伸張，構成了壓力的變化，這將引起機械效應。超聲波在液體中傳播時，其間質點位移和速度不大，但與超聲波振動頻率的平方成正比的質點加速度卻很大，有時超過重力加速度的數(shù)萬倍。這會對介質造成強大的機械效應，甚至破壞介質。

１．２超聲波空化作用超聲波的空化作用是指存在于液體中的微氣泡在聲場的作用下振動，當聲壓達到***值時，微氣泡將迅速膨脹，然后突然湮滅，這種振蕩、膨脹及湮滅等一系列動力學過程稱為聲空化。在氣泡湮滅瞬間周圍極小的空間內產生５０００Ｋ以上的高溫和大約５０ＭＰａ的高壓，氣泡界面處液體溫度也可達２０００ＫＥ。持續(xù)幾微秒后，該熱點隨之冷卻，溫度變化率達１０９Ｋ／ｓ，并伴生強烈沖擊波和時速達４ＯＯｋｍ／ｈ的射流【４］，這為液體發(fā)生物理、化學反應提供了一個極端的物理環(huán)境。同時由于摩擦產生的電荷，在湮滅過程中會產生放電發(fā)光現(xiàn)象。

１．３超聲波熱學作用超聲波在介質中傳播時，介質對超聲波的吸收會引起自身溫度升高，超聲波振動頻率越高，熱吸收現(xiàn)象越顯著。在液體媒質與固體媒質的分界處，會造成局部高溫，甚至產生電離現(xiàn)象。

１．４超聲波化學作用超聲的化學作用是由于產生自由基而引發(fā)的。在空化作用產生的高溫高壓下，液體分子裂解產生自由基，由于自由基含有未配對電子，所以其性質活潑，很容易進一步引發(fā)各種反應，***變成為穩(wěn)定分子。同時由于超聲波產生高溫高壓促進反應的進行。

２超聲波作用的影響因素，影響超聲波作用的因素主要有超聲波頻率、聲強、液體的界面性質、溶解氣種類及超聲波發(fā)生器類型等。在超聲波的作用機理中空化作用是其主要動力來源，一般超聲波的頻率低，聲強大，液體靜壓小、界面張力低、含溶解氣及溫度高有利于產生空化作用發(fā)生。超聲波頻率越高發(fā)生空化時需要的聲強越大（即需要的能量越高），但高頻超聲波的空化作用會產生更多的能量；聲強過大，不利于空化作用發(fā)生；液體溶解氣種類對超聲波作用也有影響，如單原子氣體比雙原、雜原子氣體更有利于空化作用的產生。液體的溫度過高，會使氣泡中的蒸汽壓增大，空化作用減弱；影響超聲波作用的還有發(fā)生器的類型，目前主要有槽式和探頭式兩種。

３超聲波在石油化工中應用的研究進展超聲波技術在石油領域有廣泛的應用研究，如超聲波防垢及除垢、防蠟降粘、破乳及處理石油污水等方面 。

３．１超聲波防垢及除垢超聲波作為物理方法，對煉廠的設備有良好的防垢和除垢作用，由于不需引入化學藥劑對設備無腐蝕作用。李錫波等［８１９９６年９月用超聲波防垢裝置，在墾利油田聯(lián)合站和輸油管線上試驗，３０ｄ后加熱爐、多孔濾板和葉輪無明顯的結垢現(xiàn)象。而停止超聲波作用，１５ｄ后發(fā)現(xiàn)加熱爐有大量沉積垢體，多孔濾板與泵葉輪處也有不同成度的垢存在。重新運行超聲波裝置，１０ｄ后發(fā)現(xiàn)加熱爐、濾板處垢減少，垢體疏松，后漸漸消失。表明超聲波有良好的防垢、除垢作用。路斌等作用顯微鏡觀察不同情況下試片的結垢情況，發(fā)現(xiàn)在循環(huán)水箱中經聲波處理后，掛片的結垢是以孤立大顆粒的分散狀態(tài)存在于掛片表面，與掛片本體的粘接強度較低，顏色呈暗紅色，垢的形狀為片狀，較容易脫落。相比之下，靜態(tài)水浴中的掛片垢晶結構比較密實，空間結構強，顆粒較細致且強度高。表明經聲波處理后掛片的結垢質量不僅減少，而且強度降低，易受振動的影響而脫落。用電鏡觀察超聲波處理后的水樣，發(fā)現(xiàn)水樣中大于５０／￣ｒｎ的垢粒數(shù)量明顯減少，１～５０／￣ｔｎ垢粒數(shù)量增多，同時發(fā)現(xiàn)垢粒內部呈現(xiàn)大量空洞，結構從原來的致密狀變成疏松狀，垢粒不易吸附在器壁上。說明超聲波對垢粒有破壞作用，對已經結垢的管線或設備有良好的除垢能力。

３．２超聲波防蠟及降粘目前，我國原油趨于高粘化、重質化、常溫流動性差，給原油輸送及煉制等帶來一系列問題。超聲波對原油具有防蠟和降粘作用，可使重油在較低溫度下輸送，并有利于重油加工等。張***等＿１對２５％溶蠟油進行聲波處理，在顯微鏡下進行觀察。發(fā)現(xiàn)未經聲波處理時，蠟晶結構呈現(xiàn)出均勻網狀結構；處理后，蠟晶結構受到破壞，微粒結構變小并呈均勻分布。表明超聲波具有防蠟降粘作用。李偉等對含蠟原油進行超聲波處理，在３７～３９℃下，以１０Ｌ／ｍｉｎ的流量在長６０ｃｍ、內徑為１．９ｃｍ的管子內進行循環(huán)流動，在３０ｍｉｎ的循環(huán)時問里，無超聲作用時結蠟量為５２０ｍｇ，而在有超聲作用時，結蠟量下降到３５０ｍｇ。同時對凝固的原油用超聲波處理，發(fā)現(xiàn)在超聲波作用，可以在低于熔點溫度下迅速的使高熔點的原油融化。表明超聲波作用可以延緩原油中蠟晶的析出，提高原油流動性、降低粘度。黃序韜等＿１研究了超聲波對任丘原油粘度的影響。實驗測量了超聲波處理原油在４０～８Ｏ℃區(qū)問的粘溫曲線，與熱力場中同一溫度區(qū)間的粘溫曲線相比，原油粘度下降了２５％～３０％。閆向宏等研究了孤島稠油及摻“活性水”的稠油，經超聲處理前后其流變性的變化規(guī)律。實驗結果表明利用大功率超聲波處理稠油及摻“活性水”的稠油，可以大大降低稠油的粘度，增加其流動性，有利于稠油的長距離輸送。

３．３超聲波破乳超聲波可以在溫和的條件下，實現(xiàn)原油的破乳。超聲波與破乳劑有良好的協(xié)同效應，可以降低破乳劑的用量，且油水分離率高，因此超聲波破乳有良好的發(fā)展前景。虞建業(yè)等［對江蘇真武油田集輸站混合原油進行超聲破乳研究，發(fā)現(xiàn)超聲波對原油破乳脫水速度快；超聲波與化學破乳相結合的脫水率比化學破乳高；超聲波破乳脫水同時能降低水中的油和細菌含量，從而改善脫出水水質。表明超聲波具有良好的破乳作用。李淑琴等［１用超聲波對油田乳化原油進行脫水，發(fā)現(xiàn)超聲波可提高原油破乳脫水率達９８．９％，減少破乳劑用量３５％以上。同時可降低破乳脫水溫度和增加原油流動性。韓萍芳等＿１］用超聲波對魯寧管輸?shù)脑团c平湖油組成的混合油進行破乳，結果表明超聲波原油破乳脫水后的水的質量分數(shù)隨聲強的增大而減小、隨超聲波作用時間的增加而降低，但作用時間超過２ｈ降低很小。孫保江等［１］從理論上分析了油中的水滴粒子在超聲波輻射下的位移效應，給出了超聲波分離油水的理論根據(jù)。

３．４超聲波處理石油污水超聲波可以有效降低石油污水的含油率，提高石油污水處理效率，也可作為輔助的物理處理方法。孫寶江等＿１用超聲波處理石油污水，發(fā)現(xiàn)用超聲波處理后的石油污水含油率明顯下降，在***條件下，除油率接近９８％，石油污水中的含油量為４０ｍｇ／Ｌ。而在同樣條件下，自然沉降分離后石油污水中的含油量為２００ｍｇ／Ｌ左右。相比之下，超聲波除油的效果非常明顯。張玉梅等］對中國石化揚子分公司煉油廠的脫水乳化污油用超聲波處理，在同等條件下，經超聲波處理后污油脫水量可提高２倍左右，表明超聲波對污油脫水有相當明顯的促進作用。李書光等＿２探討了超聲波作用時間、功率等對石油污水化學耗氧量降低作用的影響。結果表明石油污水化學耗氧量的降低率，隨超聲波作用時間增大而增大，超過***時間后，作用效果趨于平緩；隨超聲波功率的增加，先增加，然后減小，并逐步趨于平緩。

４問題及發(fā)展趨勢

４．１面臨的問題

（１）目前對超聲波作用機理的認識還較為膚淺，迄今尚未形成一個完善的理論體系，這限制了超聲波在工業(yè)上的廣泛應用。

（２）超聲波發(fā)生器的設計及實施工藝技術還存在一些不足，未能滿足各種不同應用的需求。

４．２發(fā)展趨勢

（１）繼續(xù)深入探索和完善超聲波的微觀作用機理，為超聲波廣泛應用提供理論依據(jù)。

(２）開發(fā)設計***、節(jié)能的超聲波發(fā)生器，充分利用煉廠現(xiàn)有設備，在原有設備上直接進行改裝、安裝超聲波發(fā)生器。

（３）積極探索超聲波與其它處理方法的結合，充分發(fā)揮超聲波作用迅速、直接、工藝簡單和不引入污染物等優(yōu)勢。總之，超聲波技術正處于不斷探索和完善之中，隨著現(xiàn)場經驗的不斷豐富和總結提煉，超聲波技術在石油化工行業(yè)中將發(fā)揮更大的作用。從數(shù)據(jù)對比可以看出，當回煉油的摻混比例為１０％時，與催化回煉油直接回煉相比，催化回煉油與直餾ＶＧＯ一起經加氫處理后再進行催化裂化，催化裂化轉化率提高９．０４個百分點，液化氣收率提高５．６７個百分點（其中丙烯收率提高１．８０個百分點），＜１８０ｏＣ汽油餾分收率提高３．２２個百分點，１８０～３５０ｏＣ柴油餾分收率降低２．１０個百分點，＞３５０ｏ重油收率降低６．９４個百分點，焦碳產率降低０．０８個百分點，干氣產率提高０．２３個百分點，輕質油收率提高了１．１２個百分點。催化回煉油經加氫處理后，其催化裂化反應性能顯著改善。從表５數(shù)據(jù)可以看出，當回煉油的摻混比例為１０％時，與催化回煉油直接回煉相比，催化回煉油與直餾ＶＧＯ一起經加氫處理后再進行催化裂化，主要目的產品＜１８０ｏＣ汽油餾分硫含量由３７．１ｔｃ，ｇ降低至１６．２ｔｃ，ｇ，研究法辛烷值９１７，可用于調合生產滿足國４排放標準要求的清潔車用汽油；１８０３５０ｏ柴油餾分硫含量也大幅降低，因而作為柴油生產組分，其性質也有所改善。

３結論（１）在直餾蠟油原料中摻入１０％催化裂化回煉油，加氫脫硫難度有所增加但仍在可接受范圍之內，而經加氫處理后的生成油多環(huán)芳烴含量和膠質含量顯著降低，使其催化裂解反應性能大為改善。（２）將催化回煉油加氫處理后再進行催化裂化，可以使目的產品收率大幅提升，目的產品質量也有大幅改善，對催化裂化裝置生產運行操作來說是極為有利的，可以為企業(yè)帶來顯著的經濟效益。