Главная -> Словарь

Структурно механического

В результате на поверхности глобул воды образуется гидрофильный адсорбционный слой со слабой структурно-механической лрочностыо, то есть происходит дестабилизация водонефтяной шульсии. Образовавшиеся из стойких нестойкие эмульсии затем легко коасцелируют в крупные глобулы воды и осаждаются из дисперсионной среды . Именно стадия дестабилизации яв — .шется лимитирующей суммарный процесс обезвоживания и обес — ооливания нефти. Она состоит, в свою очередь, из двух стадий: а) доставки деэмульгатора на поверхность эмульсии, то есть транспортной стадии, являющейся диффузионным процессом, и б) разрушения бронирующей оболочки, образованной эмульгатором нефти, или кинетической стадии.

Нефтяные остатки относятся к структурированным нефтепродуктам и обладают определенной механической прочностью и устойчивостью против расслоения. Увеличение молекулярной массы, связанное с усложнением структуры молекул, ведет к увеличению степени объемного наполнения системы и соответственному возрастанию структурно-механической прочности и снижению показателя устойчивости. На эти показатели влияют и физико-химические свойства дисперсионной среды, компонентный состав и, в частности, межмолекулярные взаимодействия. При малых значениях сил взаимодействия показатели прочности и устойчивости изменяются по экстремальным зависимостям. При увеличении сил взаимодействия в дисперсионной среде также происходят экстремальные изменения указанных показателей .

Для обеспечения возможности комплексной оценки структуры нефтяных остатков, их структурно-механической устойчивости и определения численных значений показателей по эмпирическим зависимостям — необходимо знание компонентного состава,распределения компонентов по размерам молекул, частиц и ассоциатов, закономерностей изменения реологических свойств и показателя дисперсности, плотности и ряда других показателей физико-химических свойств. От степени информации по указанным показателям зависит выбор эффективных и рациональных способов воздействия на сырье каталитического гидрооблагораживания с целью перевода его в „активное" состояние. К числу таких способов воздействия следует отнести такие технологические приемы, как испарение и осаждение, приводящие к изменению соотношения объема дисперсионной среды и дисперсной фазы. Рассмотрим основные экспериментальные методы, используемые в исследовательской практике для оценки вышеуказанных показателей.

Деэмульгаторы. По сравнению с эмульгаторами деэмулыа-торы обладают большей поверхностной активностью и вытесняют их из поверхностного слоя капель воды, образуя гидрофильный адсорбционный слой без структурно-механической прочности. На установках электрообессоливания применяют де-эмульгаторы как водорастворимые, так и нефтерастворимые. Последние предпочтительнее, так как они в меньшей степени вымываются водой и не загрязняют сточные воды. Кроме того, нефтерастворимые деэмульгаторы легче попадают на поверхность раздела фаз разрушаемой эмульсии и в силу этого являются более эффективными.

Нефть и нефтепродукты характеризуют показателями следующих физических свойств: плотность, вязкость, молекулярная масса, температуры застывания, помутнения, кристаллизации, вспышки, воспламенения и самовоспламенения, показатель преломления. Для характеристики нефтяных дисперсных систем служат показатели структурно-механической прочности и агре-гативной устойчивости.

Несмотря на многочисленные исследования в этой области, нет единого мнения о механизме действия деэмульгаторов. Так, некоторые исследователи считают , что эмульсия разрушается в результате контакта капли с раствором деэмульгатора, содержащего глобулы диспергированной пластовой воды. Вытеснив с поверхности глобулы природные эмульгирующие вещества, деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, не обладающий структурно-механической прочностью и

Исследованиями А. Б. Таубмана и С. А. Никитиной с сотр. показано, что нельзя однозначно истолковывать механизм очень большой устойчивости эмульсий прямого типа, образующихся при смешении углеводородов с водой в присутствии неионогенных ПАВ. Адсорбционные слои, образующиеся, например, в растворах ОП-10, сами по себе не обладают сильно выраженной структурно-механической прочностью и значение ^-потенциала таких эмульсий недостаточно для их стабилизации. Большая устойчивость этих систем обеспечивается прочностью межфазных надмолекулярных структур в форме фазовых пленок ультраэмульсии.

Деэмульгатор, адсорбируясь на межфазной поверхности капли воды, способствует диспергированию, пептизации или коллоидному растворению механически прочного гелеобразного слоя. Вытеснив с поверхностного слоя капли природные эмульгирующие вещества, Деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, не обладающий структурно-механической прочностью.

В книге изложены научные и технологические основы производства и облагораживания нефтяного углерода и описаны его физико-химические свойства. Обобщены результаты исследований по физико-химической механике нефтяных дисперсных систем — источника получения нефтяного углерода. Рассмотрены межмолекулярные взаимодействия структурирующихся компонентов нефти, принципы регулирования структурно-механической прочности, устойчивости и размеров сложных структурных единиц, существенно влияющие на ход технологических процессов и на качество получаемого углерода.

Задача настоящей книги — изложение закономерностей межмолекулярного взаимодействия макромолекул сырья, формирования и разрушения обратимых и необратимых сложных структурных единиц, влияния на эти процессы разных факторов , расслоения нефтяных дисперсных систем на фазы с различной степенью кристалличности и структурно-механической прочностью.

Переработка нефти, начиная с первых стадий и кончая переработкой нефтяных остатков , основана на регулировании структурно-механической прочности и устойчивости нефтяных дисперсных систем. К дисперсным системам относится и нефтяной углерод, состоящий из сложных структурных единиц — кристаллитов, разных по размеру и степени упорядоченности и механической прочности и дисперсионной среды .

Особенностью рассматриваемой НДС является стабилизация размеров дисперсной фазы при высоком содержании тяжелых остатков в смеси. По-видимому, в данном случае повышение агрегативной устойчивости обеспечивается оптимальным соотношением факторов, способствующих ассоциации асфальтенов и подавляющих ее -усиление структурно-механического барьера при сольватации естественных ПАВ высокомолекулярными углеводородами и смолами тяжелого остатка.

Подобный механизм реализуется в рассматриваемых НДС. Наиболее явно правило фильности проявляется в смесях с крекинг-остатком; повышение количества вторичных асфальтенов и парафи-но-нафтеновых углеводородов при снижении доли смол и аромати-ки в смеси приводит к увеличению межмолекулярного взаимодействия и размеров дисперсных частиц . Ослабление структурно-механического барьера - сольватного слоя при этом может приводить к коагуляции асфальтенов и их выпадению, что отмечалось нами ранее на примере смесей прямогонного дистиллята западно-сибирской нефти, содержащих более 50% крекинг-остатка.

образование структурно-механического слоя эмульгаторов на межфазной границе глобул;

Устойчивость эмульсий типа В/Н, как указывалось ранее, объясняется, главным образом, наличием структурно-механического барьера на границе двух фаз. Образование двойного электрического слоя у эмульсий обратного типа представлялось невозможным вследствие малой диэлектрической проницаемости дисперсионной среды. Однако работами последних лет показано, что даже в неполярных средах может происходить некоторая ионизация и что образующийся двойной электрический слой может играть существенную роль в устойчивости эмульсий обратного типа, особенно разбавленных.

Некоторыми исследователями сделан вывод о возможности стабилизации эмульсий ненасыщенными слоями стабилизатора, представляющими собой подобие двумерного газа из ориентированных дифильных молекул. Ненасыщенность таких слоев, имеющая место и в латексных системах дала повод в данном случае усомниться в стабилизирующем действии структурно-механического фактора, тем более, что проведенные измерения не показали наличия структурной и даже просто повышенной вязкости оболочек из поверхностно-активных веществ на межфазной границе. Кроме того, показано, что стабильные эмульсии могут быть получены при помощи эмульгаторов , заведомо не способных давать механически прочные адсорбционные пленки. И, наконец, если бы устойчивость эмульсий обуславливалась только структурно-механическим фактором, невозможно было бы наблюдаемое в ряде экспериментов соблюдение известного правила электролитной коагуляции Шульце—Гарди. С. М. Леви и О. К. Смирновым обнаружено отсутствие в широких пределах связи между длиной углеводородного радикала молекулы эмульгатора и стабильностью коллоидной системы, что также говорит против объяснения устойчивости эмульсий только образованием на поверхности глобул механически прочного адсорбционного слоя.

2. Устойчивость нефтесодержащих вод обеспечивается главным образом за счет адсорбционно-сольватного и структурно-механического факторов стабилизации. Действие этих факторов обеспечивается присутствием молекул дифильного строения, адсорбировавшихся на поверхности частиц фазы, а также наличием твердых частиц различных загрязнений как в материале частиц дисперсной фазы, так и в дисперсионной среде.

И Добываемая нефть содержит значительное количество воды, механических примесей, минеральных солей Поступающая на переработку нефтяная эмульсия подвергается обезвоживанию и обес-соливанию. Характерными чертами нефтяных эмульсии являются их полидисперсность, наличие суспендированных твердых частиц в коллоидном состоянии, присутствие ПАВ естественного про-исхожде«ия, формирование при низких температурах структурных единиц. По данным в процессе диспергирования капель воды в нефти образуется до триллиона полидисперсных глобул в 1 л 1%-ной высокодисперсной эмульсии с радиусами 0,1—Ш мк, образующаяся нефтяная эмульсия имеет большую поверхность раздела фаз. Высокие значения межфазной энергии обуславливают коалесценцию глобул воды, если этому процессу не препятствует ряд факторов: структурно-механический барьер, повышенные значения вязкости дисперсионной среды. Установлено, что повышению структурно-механической прочности межфазных слоев в модельной системе типа вода - масло - ПАВ способствует добавка частиц глины . Агрегативная устойчивость нефтяных эмульсии обеспечивается наличием в них ПАВ-эмульгаторов нефтяного происхождения: так, эмульгаторами нефтяных эмульсии ромаш-кинской и арланской нефтей являются смолисто-асфальтеновые вещества, а эмульсий мангышлакской нефти — алканы 1144J. интересные результаты об изменении степени дисперсности нефтяных эмульсий в зависимости от рН среды и группового состава нефтей получены в работе . Механизм разрушения нефтяных эмульсий состоит из нескольких стадий: столкновение глобул воды, преодоление структурно-механического барьера между глобулами воды с частичной их коалесценцией, снижение агрегативнои устойчивости эмульсии, вплоть до полного расслоения на фазы. Соответственно задача технологов состоит в обеспечении оптимальных условий для каждой стадии этого процесса а именно: . снижении вязкости дисперсионной среды при повышении температуры до некоторого уровня, определяемого групповым "составом нефти, одновременно достигается разрушение структурных единиц; уменьшении степени минерализации остаточной пластовой воды введением промывной воды; устранении структурно-механического барьера введением определенных количеств соответствующих ПАВ — деэмульгаторов. Для совершенствования технологических приемов по обессоливанию и обезвоживанию нефтей требуется постановка дальнейших исследовании по изучению условий формирования структурных единиц, взаимодействия

• образование структурно-механического барьера, обеспечивающего устойчивость системы.

Как известно, главной задачей эмульгатора является стабилизация элементов дисперсной фазы в эмульсии .за счет понижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз и создания структурно-механического барьера70. Помимо этого современные эмульгаторы битума в воде должны как минимум удовлетворять следующим требованиям:

Особенностью рассматриваемой НДС является стабилизация размеров дисперсной фазы при высоком содержании тяжелых остатков в смеси. По-видимому, в данном случае повышение агрегативной устойчивости обеспечивается оптимальным соотношением факторов, способствующих ассоциации асфальтенов и подавляющих ее -усиление структурно-механического барьера при сольватации естественных ПАВ высокомолекулярными углеводородами и смолами тяжелого остатка.

Подобный механизм реализуется в рассматриваемых НДС. Наиболее явно правило фильности проявляется в смесях с крекинг-остатком; повышение количества вторичных асфальтенов и парафи-но-нафтеновых углеводородов при снижении доли смол и аромати-ки в смеси приводит к увеличению межмолекулярного взаимодействия и размеров дисперсных частиц . Ослабление структурно-механического барьера - сольватного слоя при этом может приводить к коагуляции асфальтенов и их выпадению, что отмечалось нами ранее на примере смесей прямогонного дистиллята западно-сибирской нефти, содержащих более 50% крекинг-остатка.

ности частиц структурно-механического барьера; взаимное отталкива-