พูดถึงสารแยกอิมัลชันของน้ำมันดิบ

กลไกของน้ำมันดิบสารแยกอิมัลชันคือกลไกการถ่ายโอนเฟส-การเปลี่ยนรูปย้อนกลับ การเติมสารแยกอิมัลชันจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนเฟส ทำให้เกิดสารลดแรงตึงผิว(สารแยกอิมัลชันแบบย้อนกลับ) ที่สร้างอิมัลชันประเภทตรงข้ามกับที่สร้างโดยสารสร้างอิมัลชัน สารแยกอิมัลชันเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับสารสร้างอิมัลชันที่ไม่ชอบน้ำเพื่อสร้างสารเชิงซ้อน ทำให้สารสร้างอิมัลชันสูญเสียความสามารถในการสร้างอิมัลชันไป

กลไกการแตกตัวของฟิล์มที่ส่วนต่อประสานจากการชนกัน ภายใต้สภาวะการให้ความร้อนหรือการกวน สารแยกอิมัลชันจะมีโอกาสมากมายในการชนกับฟิล์มที่ส่วนต่อประสานของอิมัลชัน ดูดซับลงบนฟิล์มที่ส่วนต่อประสาน หรือแทนที่สารลดแรงตึงผิวบางส่วน ซึ่งจะทำให้ฟิล์มที่ส่วนต่อประสานแตกตัว ลดความเสถียรของฟิล์มลงอย่างมาก และนำไปสู่การแยกอิมัลชันผ่านการจับตัวเป็นก้อนและการรวมตัวกัน

อิมัลชันของน้ำมันดิบมักเกิดขึ้นระหว่างการผลิตและการกลั่นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม น้ำมันดิบที่สำคัญส่วนใหญ่ทั่วโลกถูกสกัดออกมาในรูปของอิมัลชัน อิมัลชันประกอบด้วยของเหลวอย่างน้อยสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้ โดยชนิดหนึ่งแขวนลอยอยู่ในรูปของอนุภาคละเอียดมาก—หยดน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 มิลลิเมตร—ในของเหลวอื่น

โดยปกติแล้วของเหลวชนิดหนึ่งคือน้ำ และอีกชนิดหนึ่งคือน้ำมัน น้ำมันอาจกระจายตัวเป็นหย droplets เล็กๆ ในน้ำ ทำให้เกิดอิมัลชันแบบน้ำมันในน้ำ ซึ่งน้ำทำหน้าที่เป็นเฟสต่อเนื่องและน้ำมันทำหน้าที่เป็นเฟสที่กระจายตัว ในทางกลับกัน เมื่อน้ำมันทำหน้าที่เป็นเฟสต่อเนื่องและน้ำทำหน้าที่เป็นเฟสที่กระจายตัว อิมัลชันนั้นจะถูกจัดประเภทเป็นอิมัลชันแบบน้ำในน้ำมัน อิมัลชันของน้ำมันดิบส่วนใหญ่อยู่ในประเภทนี้

โมเลกุลของน้ำดึงดูดซึ่งกันและกัน และโมเลกุลของน้ำมันก็มีพฤติกรรมเช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตาม มีแรงผลักระหว่างโมเลกุลของน้ำแต่ละตัวกับโมเลกุลของน้ำมัน ซึ่งเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับน้ำมัน แรงตึงผิวจะลดพื้นที่ของส่วนต่อประสานนี้ให้เหลือน้อยที่สุด ด้วยเหตุนี้ หยดน้ำในอิมัลชันน้ำในน้ำมัน (W/O) จึงมีรูปร่างทรงกลม นอกจากนี้ หยดน้ำแต่ละหยดมักจะรวมตัวกันเป็นกลุ่ม ซึ่งพื้นที่ผิวรวมของกลุ่มจะน้อยกว่าผลรวมของพื้นที่ผิวของหยดน้ำแต่ละหยด ดังนั้น อิมัลชันที่ประกอบด้วยน้ำบริสุทธิ์และน้ำมันบริสุทธิ์เพียงอย่างเดียวจึงไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ เฟสที่กระจายตัวมีแนวโน้มที่จะจับตัวเป็นก้อน ก่อตัวเป็นสองชั้นที่แตกต่างกัน แรงผลักที่ส่วนต่อประสานสามารถลดลงได้ และแรงตึงผิวจะลดลงได้โดยการสะสมสารเคมีพิเศษที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับน้ำมัน ในทางเทคนิคแล้ว ผลกระทบนี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในการผลิตทางอุตสาหกรรมโดยการเติมอิมัลซิไฟเออร์ที่รู้จักกันดีเพื่อสร้างอิมัลชันที่เสถียร สารใดๆ ที่สามารถทำให้สารอิมัลชันคงตัวได้ด้วยวิธีนี้ จะต้องมีโครงสร้างทางเคมีที่สามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของน้ำและน้ำมันได้พร้อมกัน กล่าวคือ ต้องมีหมู่ที่ชอบน้ำหนึ่งหมู่และหมู่ที่ไม่ชอบน้ำหนึ่งหมู่

อิมัลชันน้ำมันดิบมีความเสถียรโดยสารธรรมชาติที่มีอยู่ในน้ำมันดิบ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีหมู่ฟังก์ชันที่มีขั้ว เช่น หมู่คาร์บอกซิลหรือหมู่ฟีนอล สารเหล่านี้อาจอยู่ในรูปของสารละลายหรือสารแขวนลอยคอลลอยด์ และมีแนวโน้มที่จะดูดซับบนพื้นผิวปลายทางอย่างชัดเจน ในกรณีเช่นนี้ อนุภาคขนาดเล็กส่วนใหญ่จะกระจายตัวอยู่ในเฟสน้ำมันและสะสมอยู่ที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำมันกับน้ำ โดยจะเรียงตัวเคียงข้างกันโดยให้หมู่ที่มีขั้วหันไปทางเฟสน้ำ จนในที่สุดจะก่อตัวเป็นฟิล์มส่วนต่อประสานที่มีความเสถียรทางกายภาพ ฟิล์มนี้ถูกห่อหุ้มด้วยสารแข็งที่มีลักษณะคล้ายชั้นอนุภาคหรือผลึกพาราฟิน ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า กลไกนี้อธิบายถึงลักษณะการเสื่อมสภาพและการแยกอิมัลชันที่ยากลำบากของอิมัลชันน้ำมันดิบ

[ข้อความภาษาจีนที่ไม่เกี่ยวข้องและอ่านไม่ออกถูกตัดออก]

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับกลไกการแยกอิมัลชันของน้ำมันดิบส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การศึกษาลักษณะเฉพาะของกระบวนการรวมตัวของหยดน้ำมันและอิทธิพลของสารแยกอิมัลชันต่อคุณสมบัติทางรีโอโลยีของพื้นผิวสัมผัส อย่างไรก็ตาม ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารแยกอิมัลชันและอิมัลชันนั้นซับซ้อนอย่างยิ่ง แม้ว่าจะมีการวิจัยอย่างกว้างขวางในสาขานี้ แต่ก็ยังไม่มีข้อสรุปที่เป็นเอกฉันท์เกี่ยวกับกลไกการแยกอิมัลชันจนถึงปัจจุบัน

กลไกการแยกอิมัลชันที่เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายหลายประการมีดังต่อไปนี้:

③กลไกการละลาย: โมเลกุลของสารแยกอิมัลชันเพียงหนึ่งโมเลกุลหรือจำนวนน้อยสามารถรวมตัวกันเป็นไมเซลล์ได้ ขดโมเลกุลขนาดใหญ่หรือไมเซลล์เหล่านี้จะละลายโมเลกุลของสารทำให้เกิดอิมัลชัน ส่งผลให้เกิดการแยกอิมัลชันของน้ำมันดิบ

④กลไกการเสียรูปจากการพับ: การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ยืนยันว่าอิมัลชันแบบน้ำในน้ำมัน (W/O) มีชั้นน้ำซ้อนกันสองหรือหลายชั้น โดยมีชั้นน้ำมันคั่นอยู่ตรงกลาง ภายใต้การให้ความร้อน การกวน และการใช้สารแยกอิมัลชันร่วมกัน ชั้นภายในของหยดน้ำมันจะเชื่อมต่อกัน ทำให้เกิดการรวมตัวของหยดน้ำมันและเกิดการแยกอิมัลชัน

นอกจากนี้ งานวิจัยในประเทศยังได้ศึกษาถึงกลไกการแยกอิมัลชันของระบบอิมัลชันน้ำมันดิบแบบน้ำมันในน้ำ (O/W) ด้วย โดยผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่า สารแยกอิมัลชันที่เหมาะสมจะต้องมีคุณสมบัติหลัก 4 ประการ ได้แก่ กิจกรรมบนพื้นผิวสูง ความสามารถในการเปียกที่ดีเยี่ยม ความสามารถในการจับตัวเป็นก้อนที่เพียงพอ และประสิทธิภาพการรวมตัวที่โดดเด่น

สารแยกอิมัลชันมีหลากหลายประเภท โดยจำแนกตามมาตรฐานการจัดประเภทสารลดแรงตึงผิว สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ สารแยกอิมัลชันประจุบวก สารแยกอิมัลชันประจุลบ สารแยกอิมัลชันไม่มีประจุ และสารแยกอิมัลชันทั้งประจุบวกและประจุลบ

สารแยกอิมัลชันประจุลบ ได้แก่ คาร์บอกซิเลต ซัลโฟเนต และเกลือโพลีออกซีเอทิลีนแฟตตีซัลเฟต ซึ่งมีข้อเสีย เช่น ต้องใช้ปริมาณมาก ประสิทธิภาพการแยกอิมัลชันปานกลาง และมีความอ่อนไหวต่อการเสื่อมประสิทธิภาพที่เกิดจากอิเล็กโทรไลต์

สารแยกอิมัลชันประจุบวกส่วนใหญ่เป็นเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี ซึ่งให้ประสิทธิภาพในการแยกอิมัลชันที่โดดเด่นสำหรับน้ำมันดิบเบา แต่ไม่เหมาะสำหรับน้ำมันหนักและน้ำมันดิบที่เสื่อมสภาพแล้ว

สารแยกอิมัลชันแบบไม่มีประจุโดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยบล็อกโพลีอีเทอร์ที่เริ่มต้นด้วยเอมีน บล็อกโพลีอีเทอร์ที่เริ่มต้นด้วยแอลกอฮอล์ บล็อกโพลีอีเทอร์เรซินอัลคิลฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ บล็อกโพลีอีเทอร์เรซินฟีนอล-เอมีน-ฟอร์มาลดีไฮด์ สารแยกอิมัลชันที่มีซิลิคอน สารแยกอิมัลชันที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก โพลีฟอสเฟต บล็อกโพลีอีเทอร์ดัดแปลง รวมถึงสารแยกอิมัลชันแบบแอมโฟเทอริก เช่น สารแยกอิมัลชันน้ำมันดิบที่มีอิมิดาโซลีนเป็นส่วนประกอบ