Главная -> Словарь

Структурно реологических

В целом сложные структурные единицы нефтяных остатков находятся в динамическом равновесии со средой и изменение размеров ядер и толщины сольватной оболочки их мог г протекать по различным законам . Главными факторами, определяющими возможность существования их в остатках и, соответственно, геометрические размеры, является наличие в них структурирующихся компонентов и ассоциатов, а также степень теплового воздействия. Нефтяные остатки относятся к свободнодисперсным системам, частицы которых могут независимо друг от друга перемещаться в дисперсной среде под влиянием теплового движения или гравитационных сил. С изменением температуры в таких дисперсных системах изменяется энергия межмолекулярного взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной Толстая прослойка дисперсионной среды между частицами структурно-механическую прочность нефтяных дисперсных систем, сольватного слоя на поверхности ассоциатор повышает силу расслоения системы на фа?ы. Размеры основных зон ы при определенных температурах различны за счет того, что часть наиболее полярных компонентов сольватного слоя может переходить в дисперсную фазу , а часть в дисперсионную среду, находящуюся в молекулярном состоянии. Таким образом, по мере повышения температуры размеры радиуса ядра и толщины сольватного слоя могут проходить через экстремальные значения . Ядро, состоящее из ассоциатов, при достижении максимальных размеров может распадаться на осколки, что ведет к образованию новых частиц дисперсной фазы, вокруг которых формируется сольватный слой и по мере изменения температуры для этих частиц характерны аналогичные стадии изменения размеров ядра и толщины сольватной оболочки. При высоких температурах и большой длительности нагрева внутри ядра может заро-новая дисперсная фаза — кристаллит, представляющий собой необратимую структуру, обычно характерную для карбенов и карбоидов .

Одним из параметров, косвенно указывающих на структурно-механическую устойчивость и степень диспергирования асфалыеновых ассоциа-тов, является показатель дисперсности нефтяных остатко'в*, который зависит от концентрации основных групп углеводородов , смол и асфалыенов. Оценка его может быть осуществлена по формуле Тракслера:

Подача деэмульгатора также является весьма важной мерой воздействия на эмульсию, так как для преобладающего большинства нефтей одного даже значительного повышения температуры обычно бывает недостаточно для полного разрушения межфазной пленки, мешающей коалесцен-ции капелек воды при их столкновении.При введении в эмульсию'деэмуль-гатора последний, адсорбируясь на границе раздела, диспергирует и пеп-тизирует скопившиеся вокруг капелек эмульгирующие вещества и тем самым резко снижает структурно-механическую прочность бронирующих слоев.

' Механизм разрушения нефтяных эмульсий можно разбить на три элементарных стадии: столкновение глобул воды; слияние их в более крупные капли; выпадение капель или выделение в виде сплошной водной фазы. Чтобы обеспечить максимальную возможность столкновения глобул воды, увеличивают скорость их движения в нефти различными способами: перемешиванием в смесителях, мешалках, при помощи подогрева, ультразвука, электрического поля, центробежных сил и др. Однако для слияния капель воды одного столкновения недостаточно, нужно при помощи деэмульгаторов или другим способом ослабить структурно-механическую прочность слоев, обволакивающих глобулы воды, и сделать их гидрофильными.

С другой стороны, структурно-механическая прочность НДС тем выше, чем больше в системе сложных структурных единиц, разных типов . В то же время одинаковая концентрация разных, типов сложных структурных единиц в НДС вызывает разную структурно-механическую прочность системы.

Структурно-механическую прочность нефтяных дисперсных систем оценивают степенью отклонения структурной вязкости т)макс от динамической вязкости г\мии-

Температура по-разному влияет на структурно-механическую прочность системы. При повышении температуры структурно-механическая прочность снижается и исчезает, когда система переходит в состояние молекулярного раствора. При дальнейшем повышении температуры сплошные структурные единицы появляются в системе вновь, что приводит к увеличению структурно-механической прочности системы.

Температура влияет не только на структурно-механическую прочность системы, но и на ее устойчивость против расслоения. Под устойчивостью НДС понимается способность дисперсной фазы сохранять в течение определенного времени равномерное распределение сложных структурных единиц в дисперсионной среде. Различают термодинамическую и кинетическую устойчивость НДС. Возможность нефтяной системы к расслоению оценивается на основании ее термодинамических характеристик .

Регулированием соотношения трех видов асфальтенов: в растворенном , взвешенном и скоагулированном состоянии можно изменять структурно-механическую прочность, устойчивость и кинетику расслоения системы на фазы и управлять технологическими процессами получения углерода.

Формирование сложных структурных единиц, обусловливая структурно-механическую прочность и устойчивость нефтей, влияет на все стадии добычи, транспортирования, переработки нефти, компаундирования и хранения нефтепродуктов.

В зоне АБ состав дисперсионной среды, ее растворяющая способность, концентрация твердой фазы, соотношение в твердой фазе парафинов и асфальтенов так же, как размер и форма частиц дисперсной фазы, оказывают влияние на кинетику структурирования системы, ее структурно-механическую прочность и устойчивость. При сохранении в этой зоне постоянства структурной вязкости устойчивость системы не изменяется. При повышении температуры системы свойства геля изменяются, изменяется его механическая прочность и система приобретает текучие свойства; при температуре, соответствующей температуре застывания нефтепродукта гель переходит в состояние аномальной жидкости.

Прочность коагуляционных контактов при прочих равных условиях определяется расстоянием между взаимодействующими частицам, степенью и площадью перекрывания сольватных оболочек, их составом, структурой, толщиной и характером изменения состава, структуры и прочности соль-ватной оболочки по ее толщине. В связи с этим возникает проблема регулирования процессом формирования сольватных оболочек с заданными характеристиками, а с учетом того, что КМ - развивающаяся система, важное значение приобретает предвидение и управление изменениями этих характеристик в течение всего процесса карбонизации или определенного этапа. Практическое решение этой проблемы, по-видимому, заключается в исследовании зависимости структурно-реологических свойств КМ от некоторого заданного множества факторов и прежде всего от состава исходного сырья и условий ее карбонизации, в анализе и обобщении накопленной в этой области информации с позиций физнкохимии дисперсных систем и поверхностных явлений. Особое значение этот вопрос приобретает для стадии мезофазных превращений в процессе карбонизации нефтяного сырья в аспекте управления коалесценцией мезофазных сфер и получения материала с требуемой анизотропией структуры и свойств.

Исследования структуры битумов, как и других дисперсных систем, обычно проводятся непосредственно путем применения элек-тронномикроскопических, спектрографических, рентгенографических и т. п. методов или путем изучения их основных структурно-реологических свойств прежде всего в процессе образования структуры.

Так как в условиях эксплуатации дорожного покрытия при повышенных температурах основным видом деформаций, вызывающим разрушение дорожного покрытия, являются деформации сдвига, а при низких температурах —деформации изгиба, исследование структурно-реологических свойств битумов целесообразно производить в интервале низких температур методом деформирования при изгибе, в остальном температурном диапазоне — методом чистого однородного сдвига.

Процессы необратимого структуроооразования в битумах при воздействии кислорода воздуха и температуры протекают в три основные стадии: а) образование коагуляционной сетки асфальте-нов из надмолекулярной структуры смол; б) развитие жесткой пространственной структурной сетки асфальтенов; в) разрушение жесткой пространственной структурной сетки. Следовательно, коа-гуляционная структура битумов I типа является промежуточной в процессе изменения битума при воздействии кислорода воздуха в условиях повышенной температуры. Образовавшаяся в битумах при старении жесткая пространственная структура имеет ряд особенностей. Главной особенностью является превращение пластичных коагуляционных контактов между асфальтенами через топкие прослойки дисперсионной среды в жесткие точечные «псевдокоагу-ляционные» контакты. При этом меняется и состав дисперсионной среды в части увеличения доли тяжелых спиртобензольных смол и парафино-нафтеновых углеводородов. Эти составляющие значительно понижают гомогенность системы, одновременно способствуя повышению лиофобности асфальтенов, тем более что в процессах окислительной полимеризации и конденсации степень ароматичности С : Н асфальтепов в свою очередь повышается. Поэтому изменение структуры битума, происходящее при его старении, способствует ухудшению его основных реологических свойств.

Старение битумов под влиянием кислорода воздуха вызывает в них структурные превращения — переход из жидкообразной дисперсной структуры смол в коагуляционную структуру асфальтенов. На первом этапе этот переход приводит к улучшению структурно-реологических свойств битума и потому может рассматриваться как одно из средств направленного структуроооразования в битуме, находящемся в покрытии, правда, в том случае, если начальная вязкость и прочность битума с жидкообразной структурой смол малы. Следует при этом иметь в виду, что процесс развития коагуляционной структуры происходит очень медленно, хотя и не требует большой энергии активации и совершается уже при невысоких температурах.

Процессы структурообразования изучали по изменению структурно-реологических характеристик на сдвиговом приборе с плоскопараллельными пластинками. При малых концентрациях парафинов относительная вязкость системы нарастает медленно . При увеличении содержания парафинов до 3% наблюдается резкий скачок вязкости, сопровождаемый появлением статического предела текучести. Дальнейшее повышение количества парафина сопровождается возрастанием вязкости и прочности моделей битума. В системе, не содержащей асфальтенов , наблюдается более резкий рост относительной вязкости при одних и тех же объ-

Следует отметить, что на второй стадии структура битума соответствует описанной в предыдущем параграфе пластифицированной структуре, где имеется концентрационный порог небольшого изменения структурно-реологических свойств системы от содержания разжижителя.

Оценка битума как дорожно-строительного материала должна производиться с учетом его структурно-реологических свойств в широкой температурной области, устойчивости дисперсной структуры под влиянием окислительных воздействий, связанных с приме-

Исследования структурно-реологических свойств, проведенные в широком диапазоне температур, показали, что все битумы имеют близкие деформационные и прочностные характеристики, соответствуют характеристиками битумов III типа. В упруго-пластическом состоянии значения статического и динамического пределов текучести всех битумов составляют Рк=1-103 дин/см2 а Р„ = 8-Ю3 дин/см2.

Полученные результаты показывают, что введение в битумы небольших добавок ПАВ приводит к изменению их структурно-реологических свойств в широком диапазоне температур, а следовательно, и изменению реологических состояний.

Деструктурирующее воздействие проявляют катионактивные вещества класса высокомолекулярных аминов и диаминов, в первую очередь в отношении битумов I типа. Адсорбируясь на полярных участках поверхности асфальтенов, амины и диамины способствуют ослаблению или исчезновению взаимодействия между отдельными асфальтенами и тем разрушают коагуляционный каркас битума, что проявляется в изменении структурно-реологических свойств этих битумов в широком интервале температур. Битумы I типа с указанными добавками не обладают эластическими свойствами при отрицательных температурах, переходя из упруго-пластического непосредственно в упруго-хрупкое состояние. В интервале средних температур у битумов исчезает предел текучести, уменьшается вязкость неразрушенной структуры, пропадают тиксо-тропные свойства, снижаются температурные границы перехода в упруго-вязкое и вязкое состояния.