Механизм действия деэмульгаторов сырой нефти основан на принципе фазового перехода – обратной деформации. При добавлении деэмульгатора происходит фазовый переход: образуются поверхностно-активные вещества, способные создавать эмульсию противоположного типа по отношению к эмульсии, образуемой эмульгатором (так называемые деэмульгаторы обратной фазы). Такие деэмульгаторы реагируют с гидрофобными эмульгаторами, образуя комплексы, тем самым лишая эмульгатор его эмульгирующей способности.
Другой механизм — это разрыв межфазной пленки, вызванный столкновениями. В условиях нагревания или перемешивания деэмульгатор имеет ample возможность сталкиваться с межфазной пленкой эмульсии, либо адсорбируясь на ней, либо вытесняя и замещая части поверхностно-активных веществ, тем самым разрывая пленку. Это резко снижает стабильность, вызывая флокуляцию и коалесценцию, что приводит к деэмульгированию.
Эмульсии сырой нефти часто образуются в процессе производства и переработки нефтепродуктов. Большая часть первичной сырой нефти в мире добывается в эмульгированном состоянии. Эмульсия состоит как минимум из двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых мелкодисперсно распределена внутри другой — капли диаметром примерно 1 мкм.
Обычно одной из этих жидкостей является вода, а другой — масло. Масло может быть настолько мелкодисперсно диспергировано в воде, что эмульсия становится типа «масло в воде» (O/W), где вода является непрерывной фазой, а масло — дисперсной. И наоборот, если масло образует непрерывную фазу, а вода — дисперсную, эмульсия является типа «вода в масле» (W/O) — большинство эмульсий сырой нефти относятся к последней категории.
Молекулы воды притягиваются друг к другу, как и молекулы масла; однако между отдельными молекулами воды и масла существует сила отталкивания, действующая на их границе раздела фаз. Поверхностное натяжение минимизирует площадь поверхности раздела фаз, поэтому капли в эмульсии типа «вода в масле» стремятся к сферической форме. Более того, отдельные капли склонны к агрегации, общая площадь поверхности которой меньше суммы площадей отдельных капель. Таким образом, эмульсия чистой воды и чистого масла по своей природе нестабильна: дисперсная фаза стремится к коалесценции, образуя два отдельных слоя, как только межфазное отталкивание компенсируется — например, за счет накопления специальных химических веществ на границе раздела фаз, что снижает поверхностное натяжение. В технологическом плане многие приложения используют этот эффект путем добавления хорошо известных эмульгаторов для получения стабильных эмульсий. Любое вещество, стабилизирующее эмульсию таким образом, должно обладать химической структурой, позволяющей одновременно взаимодействовать как с молекулами воды, так и с молекулами масла, то есть оно должно содержать гидрофильную и гидрофобную группы.
Стабильность эмульсий сырой нефти обусловлена наличием в них природных веществ, часто содержащих полярные группы, такие как карбоксильные или фенольные группы. Эти вещества могут существовать в виде растворов или коллоидных дисперсий, оказывая особое влияние при прикреплении к межфазным границам. В таких случаях большинство частиц диспергируются в нефтяной фазе и накапливаются на границе раздела нефть-вода, располагаясь бок о бок, при этом их полярные группы ориентированы в сторону воды. Таким образом, образуется физически стабильный межфазный слой, подобный твердой оболочке, напоминающей слой частиц или кристаллическую решетку парафина. Невооруженным глазом это проявляется в виде покрытия, обволакивающего межфазный слой. Этот механизм объясняет старение эмульсий сырой нефти и сложность их разрушения.
В последние годы исследования механизмов деэмульсификации эмульсий сырой нефти в значительной степени сосредоточены на детальном изучении процессов коалесценции капель и влиянии деэмульгаторов на реологические свойства межфазной границы. Однако, поскольку действие деэмульгаторов на эмульсии чрезвычайно сложно, и несмотря на обширные исследования в этой области, единой теории механизма деэмульсификации до сих пор не выработалось.
В настоящее время выделяют несколько механизмов:
③ Механизм растворения – Одна или несколько молекул деэмульгатора могут образовывать мицеллы; эти макромолекулярные клубки или мицеллы растворяют молекулы эмульгатора, вызывая осаждение эмульгированной сырой нефти.
④ Механизм складчатой деформации – Микроскопические наблюдения показывают, что эмульсии типа «вода в масле» имеют двойную или множественную водную оболочку, между которыми находится масляная оболочка. Под воздействием нагревания, перемешивания и деэмульгатора внутренние слои капель соединяются между собой, что приводит к коалесценции капель и деэмульгированию.
Кроме того, отечественные исследования механизмов деэмульсификации в системах эмульгированной сырой нефти типа «масло в воде» показывают, что идеальный деэмульгатор должен соответствовать следующим критериям: высокая поверхностная активность; хорошие смачивающие свойства; достаточная флокулирующая способность; и эффективная способность к коалесцированию.
Существует большое разнообразие деэмульгаторов; классифицируемые по типам поверхностно-активных веществ, они включают катионные, анионные, неионогенные и цвиттерионные разновидности.
Анионные деэмульгаторы: карбоксилаты, сульфонаты, полиоксиэтиленовые сульфатные эфиры жирных кислот и др. — к недостаткам относятся высокая дозировка, низкая эффективность и склонность к снижению активности в присутствии электролитов.
Катионные деэмульгаторы: в основном четвертичные аммониевые соли — эффективны для легких масел, но непригодны для тяжелых или выдержанных масел.
Неионогенные деэмульгаторы: блок-сополимеры, инициированные аминами; блок-сополимеры, инициированные спиртами; блок-сополимеры алкилфенолформальдегидных смол; блок-сополимеры фенол-амин-формальдегидных смол; деэмульгаторы на основе силикона; деэмульгаторы сверхвысокой молекулярной массы; полифосфаты; модифицированные блок-сополимеры; и цвиттерионные деэмульгаторы, представленные деэмульгаторами на основе имидазолина для сырой нефти.
Дата публикации: 04.12.2025