Классификация нефтяных эмульсий и условия их образования

Нефтяная эмульсия — система нефть-вода, в которой одна из жидкостей диспергирована в другую в виде мелких капель (глобул). Образуется при добыче обводнённых нефтей в скважинах, промысловых трубопроводах, а также в аппаратах обессоливания нефти вследствие интенсивного турбулентного перемешивания нефтеводяной смеси. При этом на поверхностях раздела фаз происходит накопление эмульгаторов (поверхностно-активных веществ), содержащихся в добываемой жидкости (асфальтены, нафтены, смолы, парафин, соли и др.). В результате поверхностное натяжение на границах раздела нефть-вода понижается, что способствует диспергированию капель воды (нефти). Основная типы нефтяных эмульсий — эмульсии первого рода, или прямые, когда нефть диспергирована в воде (типа "масло в воде"), и второго рода, или обратные, когда вода диспергирована в нефти ("вода в масле").

Нефтяные эмульсии, образующиеся при добыче и обессоливании нефти, относятся в основном ко второму типу. По содержанию дисперсной фазы нефтяные эмульсии подразделяют на разбавленные (до 0,2% по объёму), концентрированные (до 74%) и высококонцентрированные (свыше 74%). Основные физико-химические свойства нефтяных эмульсий: дисперсность, вязкость, плотность, а также устойчивость к разрушению. Образование нефтяных эмульсий приводит к потерям нефти при её добыче, транспортировании и подготовке к переработке. Разрушение эмульсий (деэмульсация) является одним из важнейших процессов промысловой подготовки нефти.

В эмульсиях вообще и в нефтяных в частности принято разли­чать две фазы - внутреннюю и внешнюю.

Лиофобные, т. е. термодинамически неустойчивые, эмульсии, к которым относятся нефтяные, обычно классифицируют либо по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды, либо по кон­центрации дисперсной фазы в системе.

Согласно первой классификации, различают эмульсии: непо­лярной жидкости (нефти) в полярной воде - эмульсии первого рода, или прямые (М/В), а эмульсии полярной жидкости в неполярной - эмульсии второго рода, или обратные (В/М).

Жидкость, в которой содержатся мелкие капельки другой жидкости, называют дисперсионной средой (внешней, неразрывной, сплошной), а капельки жидкости, размещенные в дисперсионной среде, - дисперсной фазой (внутренней, разобщенной).

Тип эмульсии легко установить определением свойств ее диспер­сионной среды.

В эмульсиях М/В внешней фазой является вода, и поэтому они смешиваются с водой в любых отношениях и обладают высокой электропроводностью, в то время как эмульсии В/M смешиваются только с углеводородной жидкостью и не обладают заметной элек­тропроводностью. Установлено, что тип образующейся эмульсии в основном зависит от соотношения объемов нефти и воды; диспер­сионной средой (внешней) обычно стремится стать та жидкость, объем которой больше.

Часто нефтяные эмульсии классифицируют также по концен­трации дисперсной фазы в дисперсионной среде, и в связи с этим они подразделяются на три типа: на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные.

К разбавленным эмульсиям относят системы жидкость - жид­кость, содержащие до 0,2 объем. % дисперсной фазы; к концентри­рованным эмульсиям - с содержанием дисперсной фазы до 74 объем. %; к высококонцентрированным - с содержанием дисперс­ной фазы свыше, чем 74 объем. %.

Особенности разбавленных эмульсий:

1) незначительный диа­метр капелек дисперсной фазы (10^-5 см);

2) на капельках этих эмульсий имеются электрические заряды;

3) капельки, как пра­вило, не сталкиваются, так как вероятность их столкновения очень мала и эмульсии эти весьма стойкие.

Особенности концентрированных эмульсий:

1) капельки могут осаждаться (седиментировать);

2) в зависимости от свойств эмуль­гатора эмульсии эти могут быть весьма устойчивыми.

Особенности высококонцентрированных эмульсий: 1) капельки дисперсной фазы не способны к седиментации; 2) вследствие боль­шой концентрации капельки дисперсной фазы в процессе движения могут деформироваться.

Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях могут быть са­мыми разнообразными и колебаться в пределах от 0,1 до 100 мкм (от 10^-5 до 10^-2 см).

Дисперсные системы, состоящие из капелек одного и того же диаметра, называются монодисперсными, а дисперсные системы, состоящие из капель различного диаметра, - полидисперсными. Нефтяные эмульсии относятся, как правило, к полидисперсным системам, т. е. к системам, содержащим ча­стицы самых разных размеров. Если капельки дисперсной фазы не видны в микроскоп, то такие системы называются ультрамикрогетерогенными, если же видны - микро­гетерогенными. Нефтяные эмульсии относятся к микро­гетерогенным системам, а коллоидные растворы - к ультрамикрогетерогенным.

Обычные лиофобные эмульсин классифицируют либо по поляр­ности дисперсной фазы и дисперсионной среды либо по концен­трации дисперсной фазы в системе.

Согласно первой классификации различают эмульсии неполярной или слабополярной жидкости в полярной (например, эмульсия масла в воде) - эмульсия первого рода, или прямые, и эмульсии полярной жидкости в неполярной (например, вода в масле) - эмульсии и второго рода, или обратные.

Эмульсин первого рода очень часто обозначают через м/в где под буквой м подразумевается масло или иная неполярная жидкость, а под буквой в - вода или другая полярная жидкость

Эмульсии второго рода обозначают соответственно через в/м. В особый класс выделяют эмульсии жидких металлов (ртути, галлия) в воде, поскольку в этом случае и дисперсная фаза, и дисперсионная среда ведут себя как полярные жидкости.

Тип эмульсии устанавливается очень легко путем определения свойств ее дисперсионной среды. Для этого либо определяют способность эмульсии смачивать гидрофобную поверхность, либо проверяют возможность эмульсии разбавляться водой, либо испытывают способность эмульсии окрашиваться при введении в нее красителя, растворяющегося в дисперсионной среде, либо, наконец, определяют электропроводность эмульсии. Если эмульсия не смачивает гидрофобную поверхность, разбавляется водой, окрашивается при введении водорастворимого красителя (например, метиленового голубого) и обнаруживает сравнительно высокую электропроводность, то это эмульсия типа м/в. Наоборот, если эмульсия смачивает гидрофобную поверхность, не окрашивается водорастворимым красителем (или окрашивается при введении маслорастворимого красителя, например судана Ш) и не обнару­живает заметной электропроводности, то это эмульсия типа в/м.

Согласно второй классификации, эмульсии делят на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные, или желатинированные.

К разбавленным эмульсиям относятся системы жидкость-жидкость, содержание до 0,1 объемн. % дисперсной фазы. Типичным примером таких систем может служить эмульсия машинного масла в конденсате, образующемся при работе паровых машин.

Прежде всего, разбавленные эмульсин по размеру частиц резко отличаются от концентрированных и высококонцентрированных эмульсий, являясь наиболее высоко дисперсными. Диаметр капелек в разбавленных эмульсиях составляет, как правило, порядка от 10 до 5 см, т. е. близок к размеру коллоидных частиц. Далее, разбав­ленные эмульсии обычно образуются без введения в систему спе­циальных эмульгаторов.

К концентрированным эмульсиям относятся системы жидкость - жидкость со срав­нительно значительным содержанием дисперс­ной фазы, вплоть до 74 объемн. %. Эту концентрацию часто указывают как макси­мальную для эмульсий этого класса потому, что она в случае монодисперсной эмульсии со­ответствует максимально возможному объем­ному содержанию недеформированных сфериче­ских капель независимо от их размера. Так как концентрированные эмульсии полу­чаются обычно методом диспергирования, то размер их капелек относительно велик и состав­ляет от 0,1 до 1 мкм и больше. Такие капельки хо­рошо видны под обычным микроскопом, и кон­центрированные эмульсии должны быть отнесе­ны к микрогетерогенным системам.

К высококонцентрированным, или желатинированным, эмульсиям обычно относят системы жидкость - жид­кость с содержанием дисперсной фазы выше чем 74 объемн. % Отличительной особенностью таких эмульсий является взаимное деформирование капелек дисперсной фазы, в результате чего они приобретают форму многогранников (полиэдров), разделенных тонкими пленками - прослойками дисперсионной среды. Такая эмульсия при рассматривании в микроскоп, напоминает соты. Вследствие плотной упаковки капе­лек высококонцентрированные эмульсии не способны к седимен­тации и обладают механическими свойствами схожими со свойствами гелей

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: