تعتمد آلية عمل مزيلات استحلاب النفط الخام على مبدأ انتقال الطور والتشوه العكسي. عند إضافة مزيل الاستحلاب، يحدث تحول طوري: فتتكون مواد فعالة سطحية قادرة على توليد نوع مستحلب معاكس للنوع الذي يُشكّله المستحلب (تُعرف بمزيلات الاستحلاب ذات الطور العكسي). تتفاعل هذه المزيلات مع المستحلبات الكارهة للماء لتكوين مركبات، مما يُفقد المستحلب قدرته على الاستحلاب.
تتمثل آلية أخرى في تمزق الغشاء البيني الناتج عن التصادم. ففي ظل ظروف التسخين أو التحريك، تتاح لمادة فصل المستحلب فرصة كبيرة للتصادم مع الغشاء البيني للمستحلب، إما بالامتزاز عليه أو بإزاحة أجزاء من المواد الفعالة سطحياً واستبدالها، مما يؤدي إلى تمزق الغشاء. وهذا يقلل بشكل كبير من الاستقرار، مما يحفز التكتل والاندماج اللذين يؤديان إلى فصل المستحلب.
تتكون مستحلبات النفط الخام بشكل متكرر في إنتاج وتكرير المنتجات البترولية. ويُستخرج معظم النفط الخام الأساسي في العالم في حالة مستحلبة. ويتكون المستحلب من سائلين غير قابلين للامتزاج على الأقل، أحدهما منتشر بدقة - قطرات يبلغ قطرها حوالي 1 ميكرومتر - داخل الآخر.
عادةً ما يكون أحد هذين السائلين ماءً، والآخر زيتًا. قد يكون الزيت منتشرًا بدقة متناهية في الماء لدرجة أن المستحلب يصبح من نوع زيت في ماء (O/W)، حيث يكون الماء هو الطور المستمر والزيت هو الطور المنتشر. وعلى العكس، إذا كان الزيت هو الطور المستمر والماء هو الطور المنتشر، فإن المستحلب يكون من نوع ماء في زيت (W/O) - ومعظم مستحلبات النفط الخام تنتمي إلى هذه الفئة الأخيرة.
تتجاذب جزيئات الماء، وكذلك جزيئات الزيت؛ ومع ذلك، توجد قوة تنافر فعّالة بين جزيئات الماء والزيت عند سطح التماس بينهما. يقلل التوتر السطحي من مساحة التماس، لذا تميل القطرات في مستحلب الماء في الزيت إلى الشكل الكروي. علاوة على ذلك، تميل القطرات الفردية إلى التجمع، حيث تكون مساحة سطحها الكلية أصغر من مجموع مساحات القطرات المنفصلة. وبالتالي، فإن مستحلب الماء النقي والزيت النقي غير مستقر بطبيعته: إذ ينجذب الطور المنتشر نحو الاندماج، مكونًا طبقتين منفصلتين بمجرد التغلب على التنافر السطحي - على سبيل المثال، عن طريق تراكم مواد كيميائية متخصصة عند سطح التماس، مما يقلل التوتر السطحي. من الناحية التقنية، تستغل العديد من التطبيقات هذا التأثير بإضافة مستحلبات معروفة لإنتاج مستحلبات مستقرة. يجب أن تمتلك أي مادة تعمل على تثبيت المستحلب بهذه الطريقة بنية كيميائية تُمكّنها من التفاعل المتزامن مع جزيئات الماء والزيت - أي يجب أن تحتوي على مجموعة محبة للماء ومجموعة كارهة للماء.
تستمد مستحلبات النفط الخام استقرارها من مواد طبيعية موجودة في النفط، غالباً ما تحمل مجموعات قطبية مثل الكربوكسيل أو الفينول. قد توجد هذه المواد على شكل محاليل أو معلقات غروانية، وتؤثر بشكل خاص عند التصاقها بالأسطح البينية. في هذه الحالة، تتشتت معظم الجسيمات في الطور النفطي وتتراكم عند السطح البيني بين النفط والماء، مصطفة جنباً إلى جنب مع توجيه مجموعاتها القطبية نحو الماء. وهكذا تتشكل طبقة بينية مستقرة فيزيائياً، أشبه بغلاف صلب يشبه طبقة جسيمية أو شبكة بلورية من البارافين. ويمكن رؤيتها بالعين المجردة كطبقة تغلف الطبقة البينية. تفسر هذه الآلية تقادم مستحلبات النفط الخام وصعوبة تفكيكها.
في السنوات الأخيرة، ركزت الأبحاث المتعلقة بآليات فصل مستحلبات النفط الخام بشكل كبير على دراسة دقيقة لعمليات اندماج القطرات وتأثير عوامل فصل المستحلبات على الخصائص الريولوجية للسطح البيني. ومع ذلك، ونظرًا لتعقيد تأثير عوامل فصل المستحلبات على المستحلبات، وعلى الرغم من الدراسات المكثفة في هذا المجال، لم تظهر نظرية موحدة لآلية فصل المستحلبات.
توجد عدة آليات معترف بها حاليًا:
③ آلية الإذابة - يمكن لجزيء واحد أو بضعة جزيئات من مزيل الاستحلاب أن تشكل المذيلات؛ تعمل هذه اللفائف الجزيئية الكبيرة أو المذيلات على إذابة جزيئات المستحلب، مما يؤدي إلى ترسيب تحلل النفط الخام المستحلب.
④ آلية التشوه المطوي – تكشف الملاحظات المجهرية أن مستحلبات الماء في الزيت تحتوي على طبقتين أو أكثر من الماء، مع طبقات زيتية محصورة بينها. تحت التأثيرات المشتركة للتسخين والتحريك وعامل فصل المستحلب، تترابط الطبقات الداخلية للقطرات، مما يؤدي إلى اندماج القطرات وفصل المستحلب.
بالإضافة إلى ذلك، تشير الأبحاث المحلية حول آليات فصل المستحلبات لأنظمة النفط الخام المستحلبة من نوع الزيت في الماء إلى أن عامل فصل المستحلب المثالي يجب أن يفي بالمعايير التالية: نشاط سطحي قوي؛ أداء ترطيب جيد؛ قدرة كافية على التلبد؛ وقدرة فعالة على التجميع.
تأتي المواد المزيلة للاستحلاب في مجموعة متنوعة كبيرة؛ مصنفة حسب أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي، وتشمل الأنواع الكاتيونية والأنيونية وغير الأيونية والزويترونية.
مزيلات الاستحلاب الأنيونية: الكربوكسيلات، والسلفونات، وإسترات كبريتات الأحماض الدهنية بولي أوكسي إيثيلين، وما إلى ذلك - تشمل العيوب الجرعة العالية، والفعالية الضعيفة، والحساسية لانخفاض الأداء في وجود الإلكتروليتات.
مزيلات الاستحلاب الكاتيونية: تتكون أساسًا من أملاح الأمونيوم الرباعية - وهي فعالة للزيوت الخفيفة ولكنها غير مناسبة للزيوت الثقيلة أو القديمة.
مزيلات الاستحلاب غير الأيونية: البوليمرات المتجانسة المحفزة بالأمينات؛ البوليمرات المتجانسة المحفزة بالكحولات؛ البوليمرات المتجانسة من راتنج ألكيل فينول-فورمالديهايد؛ البوليمرات المتجانسة من راتنج فينول-أمين-فورمالديهايد؛ مزيلات الاستحلاب القائمة على السيليكون؛ مزيلات الاستحلاب ذات الوزن الجزيئي العالي للغاية؛ متعددات الفوسفات؛ البوليمرات المتجانسة المعدلة؛ ومزيلات الاستحلاب ثنائية القطب التي تمثلها مزيلات الاستحلاب للنفط الخام القائمة على الإيميدازولين.
تاريخ النشر: 4 ديسمبر 2025