Mechanizm działania demulgatorów ropy naftowej opiera się na zasadzie przeniesienia fazowego i odwrócenia deformacji. Po dodaniu demulgatora następuje przemiana fazowa: powstają surfaktanty zdolne do tworzenia emulsji o typie przeciwnym do tego, który tworzy emulgator (znane jako demulgatory z odwróconą fazą). Takie demulgatory reagują z emulgatorami hydrofobowymi, tworząc kompleksy, pozbawiając emulgator jego właściwości emulgujących.
Innym mechanizmem jest pękanie warstwy międzyfazowej wywołane kolizją. W warunkach ogrzewania lub mieszania, demulgator ma dużą szansę zderzyć się z warstwą międzyfazową emulsji, adsorbując się na niej lub wypierając i zastępując części substancji powierzchniowo czynnych, co powoduje pęknięcie warstwy. To drastycznie zmniejsza stabilność, prowadząc do flokulacji i koalescencji, które z kolei prowadzą do demulgacji.
Emulsje ropy naftowej często powstają podczas produkcji i rafinacji produktów naftowych. Większość głównych światowych rop naftowych jest pozyskiwana w stanie emulsyjnym. Emulsja składa się z co najmniej dwóch niemieszających się ze sobą cieczy, z których jedna jest drobno zdyspergowana w drugiej – w postaci kropel o średnicy około 1 μm.
Jedną z tych cieczy jest zazwyczaj woda, a drugą olej. Olej może być tak drobno rozproszony w wodzie, że emulsja staje się emulsją typu olej w wodzie (O/W), gdzie woda stanowi fazę ciągłą, a olej fazę rozproszoną. I odwrotnie, jeśli olej stanowi fazę ciągłą, a woda fazę rozproszoną, emulsja jest emulsją typu woda w oleju (W/O) – większość emulsji ropy naftowej należy do tej drugiej kategorii.
Cząsteczki wody przyciągają się wzajemnie, podobnie jak cząsteczki oleju; jednak między poszczególnymi cząsteczkami wody i oleju istnieje siła odpychająca aktywna na ich granicy faz. Napięcie powierzchniowe minimalizuje powierzchnię międzyfazową, więc krople w emulsji W/O dążą do kulistości. Co więcej, pojedyncze krople sprzyjają agregacji, której całkowita powierzchnia jest mniejsza niż suma powierzchni poszczególnych kropel. Zatem emulsja czystej wody i czystego oleju jest z natury niestabilna: faza rozproszona dąży do koalescencji, tworząc dwie oddzielne warstwy po zniwelowaniu odpychania międzyfazowego – na przykład poprzez akumulację specjalistycznych substancji chemicznych na granicy faz, co obniża napięcie powierzchniowe. Technologicznie, wiele zastosowań wykorzystuje ten efekt poprzez dodanie znanych emulgatorów w celu uzyskania stabilnych emulsji. Każda substancja stabilizująca emulsję w ten sposób musi posiadać strukturę chemiczną umożliwiającą jednoczesną interakcję zarówno z cząsteczkami wody, jak i oleju – to znaczy powinna zawierać grupę hydrofilową i grupę hydrofobową.
Emulsje ropy naftowej zawdzięczają swoją stabilność naturalnym substancjom zawartym w ropie, często zawierającym grupy polarne, takie jak grupy karboksylowe lub fenolowe. Mogą one występować jako roztwory lub dyspersje koloidalne, wywierając szczególny wpływ po połączeniu z powierzchniami międzyfazowymi. W takich przypadkach większość cząsteczek dysperguje w fazie olejowej i gromadzi się na powierzchni międzyfazowej olej-woda, ustawiając się obok siebie, a ich grupy polarne są zorientowane w kierunku wody. W ten sposób powstaje fizycznie stabilna warstwa międzyfazowa, przypominająca stałą osłonkę przypominającą warstwę cząstek lub sieć krystaliczną parafiny. Gołym okiem widać ją jako powłokę otaczającą warstwę międzyfazową. Ten mechanizm wyjaśnia starzenie się emulsji ropy naftowej i trudności z ich rozbiciem.
W ostatnich latach badania nad mechanizmami demulgacji emulsji ropy naftowej koncentrowały się głównie na szczegółowych badaniach procesów koalescencji kropel oraz wpływu demulgatorów na właściwości reologiczne powierzchni międzyfazowych. Jednak ze względu na złożoność działania demulgatorów na emulsje i pomimo szeroko zakrojonych badań w tej dziedzinie, nie opracowano jednolitej teorii mechanizmu demulgacji.
Obecnie rozpoznaje się kilka mechanizmów:
③ Mechanizm rozpuszczania – pojedyncza cząsteczka lub kilka cząsteczek demulgatora może tworzyć micele; te makrocząsteczkowe zwoje lub micele rozpuszczają cząsteczki emulgatora, przyspieszając rozkład zemulgowanej ropy naftowej.
④ Mechanizm deformacji fałdowej – Obserwacje mikroskopowe ujawniają, że emulsje W/O posiadają podwójne lub wielokrotne powłoki wodne, pomiędzy którymi znajdują się powłoki olejowe. Pod wpływem łącznego działania ogrzewania, mieszania i demulgatora, wewnętrzne warstwy kropelek łączą się ze sobą, co prowadzi do ich koalescencji i demulgacji.
Ponadto krajowe badania nad mechanizmami demulgacji emulsji O/W w układach ropy naftowej wskazują, że idealny demulgator musi spełniać następujące kryteria: duża aktywność powierzchniowa; dobre właściwości zwilżające; wystarczająca moc flokulacji; i skuteczne zdolności do łączenia się.
Istnieje wiele różnych demulgatorów; według rodzaju surfaktantów rozróżnia się odmiany kationowe, anionowe, niejonowe i amfoteryczne.
Demulgatory anionowe: karboksylany, sulfoniany, estry siarczanowe kwasów tłuszczowych polioksyetylenowych itp. — do wad należą wysokie dawki, słaba skuteczność i podatność na obniżenie wydajności w obecności elektrolitów.
Demulgatory kationowe: głównie czwartorzędowe sole amoniowe — skuteczne w przypadku lekkich olejów, ale nieodpowiednie dla ciężkich lub starych olejów.
Demulgatory niejonowe: kopolimery blokowe inicjowane aminami; kopolimery blokowe inicjowane alkoholami; kopolimery blokowe żywicy alkilofenolowo-formaldehydowej; kopolimery blokowe żywicy fenolowo-aminowo-formaldehydowej; demulgatory na bazie silikonu; demulgatory o bardzo dużej masie cząsteczkowej; polifosforany; modyfikowane kopolimery blokowe; oraz demulgatory zwitterjonowe reprezentowane przez demulgatory ropy naftowej na bazie imidazoliny.
Czas publikacji: 04-12-2025