Il meccanismo d'azione dei demulsionanti del petrolio greggio si basa sul principio del trasferimento di fase e della deformazione inversa. Con l'aggiunta di un demulsionante, si verifica una transizione di fase: si formano tensioattivi in grado di generare un tipo di emulsione opposto a quello formato dall'emulsionante (noti come demulsionanti a fase inversa). Tali demulsionanti reagiscono con gli emulsionanti idrofobici per formare complessi, privando così l'emulsionante della sua capacità emulsionante.
Un altro meccanismo è la rottura del film interfacciale indotta dalla collisione. In condizioni di riscaldamento o agitazione, il demulsionante ha ampie possibilità di collidere con il film interfacciale dell'emulsione, adsorbendolo o spostando e sostituendo porzioni delle sostanze tensioattive, rompendo così il film. Ciò riduce drasticamente la stabilità, innescando flocculazione e coalescenza che portano alla demulsificazione.
Le emulsioni di petrolio greggio si formano frequentemente durante la produzione e la raffinazione di prodotti petroliferi. La maggior parte dei greggi primari del mondo si ottiene allo stato emulsionato. Un'emulsione è costituita da almeno due liquidi immiscibili, uno dei quali è finemente disperso – goccioline di circa 1 μm di diametro – nell'altro.
Uno di questi liquidi è tipicamente acqua, l'altro solitamente petrolio. Il petrolio può essere così finemente disperso in acqua che l'emulsione diventa di tipo olio in acqua (O/A), dove l'acqua è la fase continua e il petrolio la fase dispersa. Viceversa, se il petrolio costituisce la fase continua e l'acqua la fase dispersa, l'emulsione è di tipo acqua in olio (A/O) – la maggior parte delle emulsioni di petrolio greggio appartiene a quest'ultima categoria.
Le molecole d'acqua si attraggono, così come le molecole d'olio; tuttavia, tra le singole molecole d'acqua e d'olio esiste una forza repulsiva attiva alla loro interfaccia. La tensione superficiale riduce al minimo l'area interfacciale, quindi le goccioline in un'emulsione A/O tendono alla sfericità. Inoltre, le singole goccioline favoriscono l'aggregazione, la cui area superficiale totale è inferiore alla somma delle aree delle singole goccioline. Pertanto, un'emulsione di acqua pura e olio puro è intrinsecamente instabile: la fase dispersa tende a coalescere, formando due strati separati una volta contrastata la repulsione interfacciale, ad esempio mediante l'accumulo di sostanze chimiche speciali all'interfaccia, che riduce la tensione superficiale. Tecnologicamente, molte applicazioni sfruttano questo effetto aggiungendo emulsionanti noti per produrre emulsioni stabili. Qualsiasi sostanza che stabilizzi un'emulsione in questo modo deve possedere una struttura chimica che consenta l'interazione simultanea con le molecole d'acqua e d'olio, ovvero deve contenere un gruppo idrofilo e un gruppo idrofobo.
Le emulsioni di petrolio greggio devono la loro stabilità alle sostanze naturali presenti nel petrolio, spesso contenenti gruppi polari come gruppi carbossilici o fenolici. Queste possono esistere come soluzioni o dispersioni colloidali, esercitando un'influenza particolare quando sono attaccate alle interfacce. In questi casi, la maggior parte delle particelle si disperde nella fase oleosa e si accumula all'interfaccia olio-acqua, allineandosi fianco a fianco con i propri gruppi polari orientati verso l'acqua. Si forma così uno strato interfacciale fisicamente stabile, simile a una guaina solida che ricorda uno strato particellare o un reticolo cristallino di paraffina. A occhio nudo, questo si manifesta come un rivestimento che avvolge lo strato di interfaccia. Questo meccanismo spiega l'invecchiamento delle emulsioni di petrolio greggio e la difficoltà di romperle.
Negli ultimi anni, la ricerca sui meccanismi di demulsificazione delle emulsioni di petrolio greggio si è concentrata principalmente sullo studio su piccola scala dei processi di coalescenza delle goccioline e sull'impatto dei demulsionanti sulle proprietà reologiche interfacciali. Tuttavia, poiché l'azione dei demulsionanti sulle emulsioni è estremamente complessa, e nonostante gli approfonditi studi in questo campo, non è emersa alcuna teoria unificata sul meccanismo di demulsificazione.
Attualmente sono riconosciuti diversi meccanismi:
③ Meccanismo di solubilizzazione: una singola molecola o poche molecole del demulsionante possono formare micelle; queste spirali macromolecolari o micelle solubilizzano le molecole dell'emulsionante, accelerando la rottura del petrolio greggio emulsionato.
④ Meccanismo di deformazione a piega – Le osservazioni microscopiche rivelano che le emulsioni W/O presentano doppi o multipli gusci d'acqua, con gusci d'olio intercalati. Sotto l'effetto combinato di riscaldamento, agitazione e azione demulsionante, gli strati interni delle goccioline diventano interconnessi, portando alla coalescenza e alla demulsificazione delle goccioline.
Inoltre, la ricerca nazionale sui meccanismi di demulsificazione per sistemi di petrolio greggio emulsionati O/W suggerisce che un demulsificante ideale deve soddisfare i seguenti criteri: forte attività superficiale; buone prestazioni di bagnatura; sufficiente potere flocculante; ed efficace capacità di coalescenza.
Esistono molti tipi di demulsionanti; classificati in base al tipo di tensioattivo, includono varietà cationiche, anioniche, non ioniche e zwitterioniche.
Demulsionanti anionici: carbossilati, solfonati, esteri solfati di acidi grassi poliossietilene, ecc.: gli svantaggi includono dosaggio elevato, scarsa efficacia e suscettibilità a prestazioni ridotte in presenza di elettroliti.
Demulsionanti cationici: principalmente sali di ammonio quaternario, efficaci per oli leggeri ma inadatti per oli pesanti o invecchiati.
Demulsionanti non ionici: copolimeri a blocchi iniziati da ammine; copolimeri a blocchi iniziati da alcoli; copolimeri a blocchi di resina alchilfenolo-formaldeide; copolimeri a blocchi di resina fenolo-ammina-formaldeide; demulsionanti a base di silicone; demulsionanti ad altissimo peso molecolare; polifosfati; copolimeri a blocchi modificati; e demulsionanti zwitterionici rappresentati da demulsionanti di petrolio greggio a base di imidazolina.
Data di pubblicazione: 04-12-2025