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2019-07-10
石油是世界上最主要的能源，根据世界能源总署的报告，目前世界上所消耗的一次能源中三分之一是由石油提供，同时石油也是重要化工原料，被誉为“工业的血液”。目前最主要的石油运输方式是管道运输，但许多石油产地分布在高纬度地区，如俄罗斯，我国大庆和新疆地区等，这些地区常年处于低温环境，使得石油非常粘稠，不利于管道运输，而且随着开采程度的逐渐加深，石油含蜡量逐渐增大，部分石油甚至需要加热到35℃才能自然流动，这些因素使得石油管道运输效率很低，并且存在堵塞甚至爆炸的风险。
目前主要的解决方法是沿管线架设加热站，但是其成本高且能耗大，具体而言，根据大庆油田的报告，使输油管线每升高1℃，其成本每年需增加2000万人民币。另一种解决办法是添加原油抗凝剂，该方法效果良好并可以作为管道加热方法的补充，但存在用量大、后期分离困难，总体成本高昂的问题，不仅如此，不同油田由于石油成分不同往往需要研发不同种的抗凝剂，这些都限制了它的使用范围。
图1. 基于光热转换加热石油管道示意图
目前，中国人民大学王亚培课题组设计了一种基于PPy-PU互穿网络的光热弹性体，该材料制备简单并且具有良好的光热性能，能吸收绝大部分太阳光能并将其转为热能，同时该材料制成的中空管道结构，保证了在夜晚无光照条件时，还具有一定的保温性能。最终，实现利用光热转换将高纬度地区充足的太阳能转化为热能进行管道加热的策略，该方法具有适用范围广，低成本无能耗的优点。
为了验证最终效果，该团队选择中国延长油田的原油作为样品，在-15 ℃的低温冷库中进行了实际测试。通过红外相机观测，最终采用该方法的输油管道温度升高了近40 ℃，相应的石油粘度降低到200 mpa*s以下，达到原油可以无阻力流动的要求，证明了该方法的可行性和重要价值。
论文第一作者为中国人民大学化学系硕士生吕善知，博士生贺泳霖为共同第一作者，通讯作者为中国人民大学化学系王亚培教授，该项研究工作得到了国家自然科学基金和中国人民大学的大力支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201900703
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