В связи с продолжающимся укрупнением и комбинированием технологических установок и широким применением каталитических процессов требования к содержанию хлоридов металлов в нефтях, поступающих на переработку, неуклонно повышаются. При снижении содержания хлоридов до 5 мг/л из нефти почти полностью удаляются такие металлы, как железо, кальций, магний, натрий и соединения мышьяка, а содержание ванадия снижается более чем в 2 раза, что исключительно важно с точки зрения качества реактивных и газотурбинных топлив, нефтяных коксов и других нефтепродуктов.
Чистая нефть, не содержащая неуглеводородных примесей, особенно солей металлов, и пресная вода взаимно нерастворимы, и при отстаивании эта смесь легко расслаивается. Однако при наличии в нефти таковых примесей система нефть-вода образует трудноразделимую нефтяную эмульсию.
Эмульсии представляют собой дисперсные системы из двух взаимно мало- или нерастворимых жидкостей, в которых одна диспергирована в другой в виде мельчайших капель (глобул).
Жидкость, в которой распределены глобулы, является дисперсионной средой, а диспергированная жидкость - дисперсной фазой.
Различают три типа нефтяных эмульсий:
1. Прямая (гидрофильная) - нефть в воде (Н/В), когда капли нефти (неполярная жидкость) являются дисперсной фазой и распределены в воде (полярная жидкость) - дисперсной среде.
2. Обратная (гидрофобная) - вода в нефти (В/Н), когда капли воды(полярная жидкость) являются дисперсной фазой и распределяются в нефти (неполярная жидкость) - дисперсной среде.
3. Множественная - такая эмульсия, в которой в относительно крупных каплях воды могут находится мелкие глобулы нефти или в крупных глобулах нефти могут размещать мелки капли воды. Дисперсная фаза сама является в этом случае эмульсией и может быть обратного или прямого типа.
Образование эмульсий
Образование эмульсий связано с поверхностными явлениями на границе раздела фаз дисперсной системы, прежде всего поверхностным натяжением - силой, с которой жидкость сопротивляется увеличению своей поверхности. Известно, что поверхностно-активные вещества (ПАВ) обладают способностью понижать поверхностное натяжение.
Это свойство обусловливается тем, что добавленное ПАВ избирательно растворяется в одной из фаз дисперсной системы, концентрируется и образует адсорбционный слой - пленку ПАВ на границе раздела фаз. Снижение поверхностного натяжения способствует увеличению дисперсности дисперсной фазы, а образование адсорбционного слоя - своеобразного панциря на поверхности глобул - препятствует их коалесценции при отстаивании.
Поверхностно-активные вещества могут:
- способствовать образованию и стабилизации эмульсий, являясь эмульгаторами;
- разрушать поверхностную адсорбционную пленку стойких эмульсий, являясь деэмульгаторами.
Эмульгаторами обычно являются полярные вещества нефти, такие, как смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, соли нафтеновых кислот, а также различные органические примеси. В образовании стойких эмульсий принимают участие также различные твердые углеводороды - парафины и церезины нефтей.
Тип образующейся эмульсии в значительной степени зависит от свойств эмульгатора:
- эмульгаторы, обладающие гидрофобными свойствами, образуют эмульсию типа В/Н, то есть гидрофобную;
- эмульгаторы гидрофильные - гидрофильную эмульсию типа Н/В.
Следовательно, эмульгаторы способствуют образованию эмульсии того же типа, что и тип эмульгатора. В промысловой практике чаще всего образуется гидрофобная эмульсия, так как эмульгаторами в этом случае являются растворимые в нефти смолисто-асфальтеновые вещества, соли органических кислот, а также тонкоизмельченные частицы глины, окислов металлов и др. Эти вещества, адсорбируясь на поверхности раздела нефть-вода, попадают в поверхностный слой со стороны нефти и создают прочную оболочку вокруг частиц воды.
Наоборот, хорошо растворимые в воде и хуже в углеводородах гидрофильные эмульгаторы типа щелочных металлов нефтяных кислот (продукт реакции при щелочной очистке) адсорбируются в поверхностном слое со стороны водной фазы, обволакивают капельки нефти и таким образом способствуют образованию гидрофильной нефтяной эмульсии. При наличии эмульгаторов обоих типов возможно обращение эмульсий, то есть переход из одного типа в другой. Этим явлением пользуются иногда при разрушении эмульсий.
Водонефтяные эмульсии образуются вследствие турбулизации водонефтяной смеси при её перемещении по стволу скважины, через задвижки и штуцера, по трубопроводам до узла промысловой подготовки нефти.
Капли (глобулы) распределённой воды имеют диаметр от 0,1 до 1000 мкм, и каждая из них окружена адсорбированной на поверхности глобул сольватной оболочкой - концентратом высокомолекулярных полярных веществ нефти (смолисто-асфальтовых веществ), называемых эмульгаторами. Наличие подобного сольватного слоя формирует своеобразную защитную «скорлупу» вокруг каждой капли воды, препятствующую коалесценции (слиянию) глобул даже при случайном столкновении. Интенсивность адсорбции эмульгаторов на поверхности водяных капель определяется тем, что дисперсная фаза (вода) при имеет огромную межфазную поверхность (десятки квадратных метров в литре нефти). На такой поверхности может адсорбироваться большое количество веществ, стабилизирующих эмульсию.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.
