Оригинальный метод выделения эмульгаторов из нефтяной эмульсии впервые разработан в нашей стране В.Г.Беньковским с сотрудниками. Они выделяли эмульгаторы из эмульсий туркменский и мангышленских нефтей и исследовали их состав и свойства. Позже воспользовавшись этим методом, многие исследователи выделяли и исследовали эмульгаторы содержащиеся в нефтях различных месторождений.
А.А.Петров с сотрудниками разработали методику выделения асфальтенов и экстракционного разделения нефтей на фракции, применяя растворители с различной полярностью. Экспериментально они установили , что основными эмульгаторами и стабилизаторами эмульсий являются высокомолекулярные соединения нефти (асфальтены, смолы и высокоплавные парафины) и высокодиспергированные твердые минеральные и углистие частицы.
Экстракционным методом эмульгаторы были разделены на фракции; парафины, смолы, асфальтены, вещества с высокой температурой плавления, и твердые минеральные и углистые частицы.
Результаты исследования составов смол и асфальтенов современными инструментальными методами показали, что эти вещества представляют собой полициклические конденсированные соединения, содержащие гетероциклы с серой и азотом. Структурной единицей смол и асфальтенов являются конденсированные бензольные кольца с включением гетероциклов. Считают, что устойчивость образующихся эмульсий зависит не сколько от концентрации эмульгаторов (асфальтенов, смол и др.) в нефти, сколько от их коллоидного состояния, которое в свою очередь определяется содержанием в нефти парафиновых и ароматических углеводородов и наличием в них веществ, обладающихдефлонулирующим действием.
Так же, эмульгаторами служат и микрокристаллы парафина, и высокодисперсные минеральные и углеродистые частицы. Скопление твердых частиц на границе раздела фаз обусловлено избирательным смачиванием отдельных участков их поверхности в результате адсорбции на ней ПВА асфальтосмолистых. Устойчивость эмульсий , стабилизированных твердыми частицами , количественно связана с работой смачивания ее маслом и водой и их воздействием на частицу(на границе двух жидких фаз)
3.Основные методы обессоливания нефтей.
3.1.Общее описание методов обессоливания.
Для деэмульсации и обессоливания нефти применяется большое количество различных методов. Одной из основных причин обилия методов считается разнообразие качеств эмульсий. Одни из них например легко поддаются отстою, другие – не отстаиваются совершенно, но разлагаются химическими методами, третьи- электрогидратацией и т. д.
Вторым обстоятельством нередко определяющим выбор метода деэмульсации, оказываются местные условия на заводах и промыслах.
При наличии на заводе какого-либо отхода производства, способного в большей или меньшей степени разбивать эмульсию, он нередко используется для деэмульсации, даже если и дает малоудовлетворяющие результаты. Наоборот, от применения деэмульгаторов хотя и высокоэффективных, но требующих дальнего перевоза, часто отказываются, вследствии необеспеченности нормального снабжения ими. При отсутствии на заводе или промысле пресной воды приходится отказываться от применения методов обессоливания, требующих промывки водой.
Существует мнение, что благодаря отмеченным обстоятельством, нет и не может быть единого , универсального метода, применимого для всех или во всяком случае для большинства эмульсий.
Такое мнение по видимому, следует считать устаревшими. На основании уже имеющихся данных и результатов применения некоторых высокоэффективных деэмульгаторов можно рассчитывать на то, что с их помощью удастся разлагать любые эмульсии
Для достижения обессоливания, при достаточно высокой минерализации эмульсионной воды, необходимо удаление ее по крайней мере до 0.1 % Положение еще больше осложняется , когда в нефти имеются «сухие» соли совершенно не удаляемые обычными методами. Поэтому в таких случаях для собственно обессоливания приходиться прибегать к дополнительной операции – промывание нефти водой. С этой целью, предварительно деэмульгированная тем или иным способом нефть вновь эмульгируется с пресной водой, и полученная эмульсия подвергается повторному разложению обычно тем же методом.
Наличие значительного количества и разнообразия методов деэмульсации нефти крайне осложняет и затрудняет выявление наиболее рациональных из них.
Все существующие методы деэмульсации могут быть распределены на три основные группы:
1.Механические методы.
2. Физико-химические методы.
3. Электрические методы.
3.2.Механические методы.
К этой группе относятся способы разложения эмульсий естественным путем или же с применением таких мероприятий , которые способствовали бы механическому разрушению защитных пленок.
Водонефтяные эмульсии являются весьма стойкими системами, и, как правило, под действием одной только силы тяжести не расслаиваются. Для их разрушения требуются определенные условия ,способствующие столкновению и слиянию диспергированных в нефти капелек воды , и выделению последних з нефтяной среды . Как сближение капелек воды, предшествующие их слиянию, так и выделению капель из эмульсий связано с их перемещением в нефтяной среде, обладающий определенной вязностью и тормозящей это перемещение. Чем благоприятнее условия для неразвития капелек, тем легче разрушаются эмульсии. Поэтому рассмотрим факторы от которых зависит скорость движения взвешенной нефти капельки воды.
Оказавшей под воздействием определенной силы, капля сначала движения ускоренно, так как действующая на нее сила превышает тормозящую силу трения. По мере повышения скорости движения сила трения все больше увеличивается, и при определенной скорости обе силы уравновешиваются: движение капли уравновешивается . Принимая в первом приближении что капля имеет сферическую форму, воспользуемся известной формулой Стокса Согласно этой формуле, установившаяся под действием силы F и вязкости жидкой среды n равномерная скорость движения U сферической капли радиусом r равна :.
U=F/6пnr
В частности, скорость оседания в нефти сферической капли воды под действием силы тяжести с учетом Архимедовой потери в массе составляет:
U=4/3 r3(p-d)g / 6 nr=2/9 r2(p-d)g / n (2)
Где 4/3 r3 -объем капли; p d соответственно плотность воды и нефти ;g ускорение свободного падения..
Из формулы(2) видно, что скорость оседания капель воды в нефтяной среде прямо пропорциональна квадрату их радиуса, разности плотностей воды и нефти, ускорению силы тяжести и обратно пропорционально вязкости нефти. .Следовательно, если размеры капель и разность плотностей воды и нефти незначительны, а вязность нефти высокая, то скорость выпадения капель весьма низкая, и практически эмульсия не расслаивается даже в течении длительного времени. Наоборот , при большом размере капель, значительной разности плотностей и низкой вязности расслоение эмульсии идет очень быстро.
Поэтому для ускорения процессаразрушения эмульсий наряду с отстоем одновременно подвергают и другим мерам воздействия , направленным на укрупнение капель воды. Основными мерами являются : подогрев эмульсии (термообработка) ; введение в нее деэмульгатора (химическая обработка) ; применение электрического поля ( электрообработка)..
Существуют и другие меры воздействия на эмульсию, например перемешивание, вибрация ,обработка ультразвуком, фильтрация, способствующие в основном укрупнению капелек воды,
В некоторых случаях для интенфикации расслоения особо стойких высокодисперсных эмульсий прибегают к использованию более эффективных центробежных сил, превосходящих гравитационные силы в десятки тысяч раз. Для этого эмульсию подвергают обработке в центрифугах или сепараторах . Несмотря на высокую разделяющую способность, этот способ для деэмульгирования нефти применяют лишь иногда - при обезвоживании флотского мазута, масел и другие . Основными причинами ограниченного применения центрифугирования является низкая производительность сепараторов и значительные сложности их эксплуатации.
Для разрушения эмульсии в процессах обезвоживания и обессоливания нефти широкое применение, совместно с отстоем, нашли перечисленные выше первые четыре меры воздействия на эмульсию : подогрев, добавка деэмульгатора, электрообработка, перемешивание. При этом обычно применяют одновременно несколько мер воздействия. Такое комбинированное сочетание ряда факторов воздействия на эмульсию обеспечивает быстрое и эффективное ее расслоение. Так, при обезвоживании нефти на промыслах методом так называемого»трубного деэмульгирования» используют в присутствии деэмульгатора гидрозинемические эффекты, возникающие при турбулентном движении эмульсионной нефти по трубопроводам, успешно сочетая их с отстоем в трубопроводах, с ламинерным движением жидкости.
3.3. Физико-химические методы.
К этой группе относится применение различного рода регентов-деэмульгаторов, влияющих тем или иным путем на защитные пленки эмульсии или на частицы воды. Благоприятное влияние некоторых деэмульгаторов на разложение эмульсий настолько эффективно, что многие из них находят широкое применение для деэмульгации и обессоливания нефтей в промышленных условиях.