Het werkingsmechanisme van demulgatoren voor ruwe olie is gebaseerd op het principe van faseoverdracht en omgekeerde vervorming. Bij toevoeging van een demulgator vindt een faseovergang plaats: oppervlakteactieve stoffen die een emulsie kunnen vormen die tegengesteld is aan die gevormd door de emulgator (bekend als omgekeerde-fase demulgatoren) ontstaan. Zulke demulgatoren reageren met hydrofobe emulgatoren en vormen complexen, waardoor de emulgator zijn emulgerende werking verliest.
Een ander mechanisme is het door botsingen veroorzaakte scheuren van de grensvlakfilm. Onder omstandigheden van verhitting of roeren krijgt de demulgator ruime gelegenheid om te botsen met de grensvlakfilm van de emulsie, waarbij deze eraan adsorbeert of delen van de oppervlakteactieve stoffen verdringt en vervangt, waardoor de film scheurt. Dit vermindert de stabiliteit drastisch, wat leidt tot flocculatie en coalescentie, met als gevolg demulsificatie.
Bij de productie en raffinage van aardolieproducten ontstaan vaak ruwe-olie-emulsies. Het grootste deel van de primaire ruwe olie ter wereld wordt in geëmulgeerde vorm verkregen. Een emulsie bestaat uit ten minste twee niet-mengbare vloeistoffen, waarvan er één fijn verdeeld is – druppeltjes met een diameter van ongeveer 1 μm – in de andere.
Een van deze vloeistoffen is doorgaans water, de andere meestal olie. Olie kan zo fijn verdeeld zijn in water dat de emulsie van het olie-in-water (O/W)-type wordt, waarbij water de continue fase is en olie de gedispergeerde fase. Omgekeerd, als olie de continue fase vormt en water de gedispergeerde fase, is de emulsie van het water-in-olie (W/O)-type – de meeste ruwe-olie-emulsies vallen in deze laatste categorie.
Watermoleculen trekken elkaar aan, net als oliemoleculen; tussen individuele water- en oliemoleculen bestaat echter een afstotende kracht die actief is op hun grensvlak. Oppervlaktespanning minimaliseert het grensvlak, waardoor druppels in een water-olie-emulsie de neiging hebben om bolvormig te zijn. Bovendien hebben individuele druppels de neiging tot aggregatie, waarvan het totale oppervlak kleiner is dan de som van de oppervlakken van de afzonderlijke druppels. Een emulsie van zuiver water en zuivere olie is daarom inherent instabiel: de gedispergeerde fase neigt naar coalescentie, waarbij twee gescheiden lagen ontstaan zodra de afstotende kracht op het grensvlak wordt opgeheven – bijvoorbeeld door de accumulatie van speciale chemicaliën op het grensvlak, die de oppervlaktespanning verlagen. Technologisch gezien maken veel toepassingen gebruik van dit effect door bekende emulgatoren toe te voegen om stabiele emulsies te produceren. Elke stof die een emulsie op deze manier stabiliseert, moet een chemische structuur bezitten die gelijktijdige interactie met zowel water- als oliemoleculen mogelijk maakt – dat wil zeggen, het moet een hydrofiele en een hydrofobe groep bevatten.
Emulsies van ruwe olie danken hun stabiliteit aan natuurlijke stoffen in de olie, vaak met polaire groepen zoals carboxyl- of fenolgroepen. Deze kunnen voorkomen als oplossingen of colloïdale dispersies en oefenen een bijzondere invloed uit wanneer ze zich aan grensvlakken hechten. In dergelijke gevallen verspreiden de meeste deeltjes zich in de oliefase en hopen ze zich op aan het olie-watergrensvlak, waarbij ze zich naast elkaar opstellen met hun polaire groepen naar het water gericht. Zo vormt zich een fysiek stabiele grensvlaklaag, vergelijkbaar met een vaste omhulling die lijkt op een deeltjeslaag of een paraffinekristalrooster. Met het blote oog is dit zichtbaar als een coating die de grensvlaklaag omhult. Dit mechanisme verklaart de veroudering van ruwe-olie-emulsies en de moeilijkheid om ze te breken.
De afgelopen jaren heeft onderzoek naar demulsificatiemechanismen van ruwe-olie-emulsies zich grotendeels gericht op gedetailleerd onderzoek naar de coalescentieprocessen van druppels en de invloed van demulgatoren op de reologische eigenschappen van het grensvlak. Omdat de werking van demulgatoren op emulsies echter zeer complex is, en ondanks uitgebreid onderzoek op dit gebied, is er nog geen eenduidige theorie over het demulsificatiemechanisme ontstaan.
Er worden momenteel verschillende mechanismen erkend:
③ Oplossingsmechanisme – Een enkel molecuul of enkele moleculen van de demulgator kunnen micellen vormen; deze macromoleculaire spiralen of micellen lossen de emulgatormoleculen op, waardoor de afbraak van geëmulgeerde ruwe olie wordt bewerkstelligd.
④ Mechanisme van vouwdeformatie – Microscopische waarnemingen tonen aan dat W/O-emulsies dubbele of meervoudige waterschillen bezitten, met olieschillen ertussen. Onder de gecombineerde invloed van verhitting, roeren en de werking van een demulgator raken de interne lagen van de druppels met elkaar verbonden, wat leidt tot het samensmelten van de druppels en demulsificatie.
Bovendien wijst binnenlands onderzoek naar demulsificatiemechanismen voor O/W-geëmulgeerde ruwe oliesystemen uit dat een ideale demulgator aan de volgende criteria moet voldoen: sterke oppervlakteactiviteit; goede bevochtigingsprestaties; voldoende flocculatievermogen; en effectief samensmeltingsvermogen.
Demulgatoren zijn er in een grote verscheidenheid; ingedeeld naar type oppervlakteactieve stof, omvatten ze kationische, anionische, niet-ionische en zwitterionische varianten.
Anionische demulgatoren: carboxylaten, sulfonaten, polyoxyethyleenvetzuursulfaatesters, enz. – nadelen zijn onder andere een hoge dosering, een geringe werkzaamheid en een verminderde werking in aanwezigheid van elektrolyten.
Kationische demulgatoren: voornamelijk quaternaire ammoniumzouten – effectief voor lichte oliën, maar ongeschikt voor zware of verouderde oliën.
Niet-ionische demulgatoren: blokcopolymeren geïnitieerd door aminen; blokcopolymeren geïnitieerd door alcoholen; alkylfenol-formaldehydeharsblokcopolymeren; fenol-amine-formaldehydeharsblokcopolymeren; siliconengebaseerde demulgatoren; demulgatoren met ultrahoge moleculaire massa; polyfosfaten; gemodificeerde blokcopolymeren; en zwitterionische demulgatoren, vertegenwoordigd door imidazoline-gebaseerde ruwe-olie-demulgatoren.
Geplaatst op: 4 december 2025