الحديث عن مزيلات استحلاب النفط الخام

آلية النفط الخاممزيلات الاستحلابهي آلية انتقال الطور والتشوه العكسي. تؤدي إضافة عوامل فصل المستحلبات إلى حدوث انتقال طوري، مما ينتج عنهالمواد الخافضة للتوتر السطحي(مزيلات الاستحلاب العكسية) التي تُشكّل مستحلبات من النوع المعاكس لتلك التي تُشكّلها المستحلبات. تتفاعل هذه المُزيلات مع المستحلبات الكارهة للماء لتكوين مُركّبات، مما يُفقد المستحلبات قدرتها على الاستحلاب.

آلية تمزق الغشاء البيني نتيجة التصادم. في ظل ظروف التسخين أو التحريك، تتاح لمزيلات الاستحلاب فرص عديدة للتصادم مع الغشاء البيني للمستحلبات، أو الامتزاز عليه، أو إزاحة جزء من المواد الفعالة سطحياً. يؤدي ذلك إلى تمزق الغشاء البيني، مما يقلل بشكل كبير من استقراره ويؤدي إلى انفصال المستحلب عن طريق التكتل والاندماج.

تتكون مستحلبات النفط الخام بشكل متكرر أثناء إنتاج وتكرير المنتجات البترولية. ويتم استخراج معظم أنواع النفط الخام الرئيسية في جميع أنحاء العالم على شكل مستحلبات. ويتكون المستحلب من سائلين غير قابلين للامتزاج على الأقل، أحدهما معلق على شكل جزيئات دقيقة للغاية.—قطرات بقطر يبلغ حوالي 1 مم—في السائل الآخر.

عادةً ما يكون أحد هذين السائلين ماءً، والآخر زيتًا. قد ينتشر الزيت على شكل قطرات صغيرة داخل الماء، مُشكِّلًا مستحلبًا من نوع زيت في ماء، حيث يُمثِّل الماء الطور المستمر والزيت الطور المُنتشر. وعلى العكس، عندما يكون الزيت هو الطور المستمر والماء هو الطور المُنتشر، يُصنَّف المستحلب على أنه ماء في زيت. تندرج غالبية مستحلبات النفط الخام ضمن هذه الفئة.

تتجاذب جزيئات الماء فيما بينها، وتتصرف جزيئات الزيت بنفس الطريقة. مع ذلك، توجد قوى تنافر بين جزيئات الماء وجزيئات الزيت، تؤثر عند سطح التماس بين الزيت والماء. يقلل التوتر السطحي من مساحة هذا السطح. لهذا السبب، تتخذ قطرات الماء في مستحلبات الماء في الزيت (W/O) شكلاً كروياً. علاوة على ذلك، تميل قطرات الماء المنفصلة إلى تكوين تجمعات تكون مساحة سطحها الكلية أصغر من مجموع مساحات أسطح جميع القطرات المنفصلة. بالتالي، تكون المستحلبات المكونة من الماء النقي والزيت النقي فقط غير مستقرة ديناميكياً حرارياً؛ إذ تميل المرحلة المشتتة إلى التكتل، مكونة طبقتين متميزتين. يمكن مقاومة قوى التنافر السطحية، وتقليل التوتر السطحي، عن طريق تراكم مواد كيميائية خاصة عند سطح التماس بين الزيت والماء. من الناحية التقنية، يُستغل هذا التأثير على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي بإضافة مستحلبات معروفة لإنتاج مستحلبات مستقرة. أي مادة قادرة على تثبيت المستحلبات بهذه الطريقة يجب أن تمتلك بنية كيميائية تتفاعل مع جزيئات الماء والزيت في وقت واحد، أي تحتوي على مجموعة محبة للماء ومجموعة كارهة للماء.

تُثبَّت مستحلبات النفط الخام بواسطة مواد طبيعية موجودة فيه، والتي عادةً ما تحمل مجموعات وظيفية قطبية مثل الكربوكسيل أو الفينول. قد توجد هذه المواد على شكل محاليل أو معلقات غروانية، وتُظهر ميلًا واضحًا للامتزاز على الأسطح الطرفية. في هذه الحالة، تتشتت معظم الجسيمات الدقيقة داخل الطور الزيتي وتتراكم عند سطح التماس بين الزيت والماء، حيث تصطف جنبًا إلى جنب مع توجيه مجموعاتها القطبية نحو الطور المائي، لتُشكِّل في النهاية غشاءً سطحيًا مستقرًا فيزيائيًا. يُغلَّف هذا الغشاء بمواد صلبة تُشبه طبقات الجسيمات أو بلورات البارافين، والتي يُمكن رؤيتها بالعين المجردة. تُفسِّر هذه الآلية خصائص تقادم مستحلبات النفط الخام وصعوبة فصلها.

[تم حذف النص الصيني المشوّه غير ذي الصلة]

في السنوات الأخيرة، ركزت الأبحاث المتعلقة بآليات فصل مستحلبات النفط الخام بشكل كبير على التوصيف الدقيق لعمليات اندماج القطرات وتأثير عوامل فصل المستحلبات على الخصائص الريولوجية للسطح البيني. ومع ذلك، فإن التفاعلات بين عوامل فصل المستحلبات والمستحلبات بالغة التعقيد. وعلى الرغم من الأبحاث المكثفة التي أُجريت في هذا المجال، لم يتم التوصل حتى الآن إلى إجماع موحد بشأن آليات فصل المستحلبات.

فيما يلي عرض موجز لعدة آليات فصل المستحلبات المعترف بها على نطاق واسع:

③آلية الإذابة: يمكن لجزيء واحد أو عدد قليل من جزيئات مزيل الاستحلاب أن تتجمع لتشكل ميسيلات. تعمل هذه اللفائف الجزيئية الكبيرة أو الميسيلات على إذابة جزيئات المستحلب، مما يؤدي إلى انفصال مستحلبات النفط الخام.

④آلية التشوه المطوي: تؤكد الملاحظات المجهرية أن مستحلبات الماء في الزيت تتميز بوجود طبقتين أو عدة طبقات متحدة المركز من الماء تفصل بينها طبقات زيتية. عند التسخين والتحريك والمعالجة بمادة مزيلة للاستحلاب، تتصل الطبقات الداخلية للقطرات ببعضها، مما يؤدي إلى اندماج القطرات وانفصالها عن بعضها.

بالإضافة إلى ذلك، بحثت الدراسات المحلية آليات فصل المستحلبات في أنظمة مستحلبات النفط الخام من نوع الزيت في الماء. وتشير الدراسات إلى أن عامل فصل المستحلب المثالي يجب أن يستوفي أربعة متطلبات أساسية: نشاط سطحي قوي، وقابلية ترطيب ممتازة، وقدرة كافية على التلبد، وأداء اندماج متميز.

تشمل عوامل فصل المستحلبات مجموعة واسعة من الأنواع. وبحسب معايير تصنيف المواد الفعالة بالسطح، فإنها تنقسم إلى أربعة أنواع: عوامل فصل المستحلبات الكاتيونية، والأنيونية، وغير الأيونية، والمذبذبة.

تشمل المواد المزيلة للاستحلاب الأنيونية الكربوكسيلات والسلفونات وأملاح كبريتات الدهون بولي أوكسي إيثيلين، والتي تعاني من عيوب مثل متطلبات الجرعات العالية، وكفاءة إزالة الاستحلاب المتوسطة، وقابلية التدهور في الأداء الناجم عن الإلكتروليتات.

تُعد المواد المزيلة للاستحلاب الكاتيونية في الغالب أملاح الأمونيوم الرباعية، والتي توفر أداءً رائعًا في إزالة الاستحلاب للنفط الخام الخفيف، ولكنها غير مناسبة للنفط الثقيل والنفط الخام القديم.

مزيلات الاستحلاب غير الأيونيةتتكون بشكل رئيسي من بولي إيثرات كتلية تبدأ بالأمينات، وبولي إيثرات كتلية تبدأ بالكحولات، وبولي إيثرات كتلية من راتنج ألكيل فينول فورمالدهيد، وبولي إيثرات كتلية من راتنج فينول أمين فورمالدهيد، ومزيلات الاستحلاب المحتوية على السيليكون، ومزيلات الاستحلاب ذات الوزن الجزيئي العالي للغاية، والفوسفات المتعدد، وبولي إيثرات كتلية معدلة، بالإضافة إلى مزيلات الاستحلاب المذبذبة التي تمثلها مزيلات الاستحلاب للنفط الخام القائمة على الإيميدازولين.