Механізм дії деемульгаторів сирої нафти базується на принципі фазового переносу – зворотної деформації. Після додавання деемульгатора відбувається фазовий перехід: утворюються поверхнево-активні речовини, здатні створювати емульсію протилежного типу до тієї, що утворюється емульгатором (відомі як деемульгатори з оберненою фазою). Такі деемульгатори реагують з гідрофобними емульгаторами, утворюючи комплекси, тим самим позбавляючи емульгатор його емульгуючої здатності.
Іншим механізмом є розрив міжфазної плівки, викликаний зіткненням. В умовах нагрівання або перемішування деемульгатор має достатньо можливостей зіткнутися з міжфазною плівкою емульсії, або адсорбуючись на ній, або витісняючи та заміщуючи частини поверхнево-активних речовин, тим самим розриваючи плівку. Це різко знижує стабільність, що призводить до флокуляції та коалесценції, що призводить до деемульгації.
Емульсії сирої нафти часто виникають під час виробництва та переробки нафтопродуктів. Більшість первинної сирої нафти у світі отримують в емульгованому стані. Емульсія складається щонайменше з двох незмішуваних рідин, одна з яких тонко диспергована — краплі діаметром приблизно 1 мкм — всередині іншої.
Одна з цих рідин зазвичай є водою, інша – зазвичай оливою. Олія може бути настільки тонко диспергована у воді, що емульсія стає типу «олія-у-воді» (O/W), де вода є безперервною фазою, а олія – дисперсною. І навпаки, якщо олія утворює безперервну фазу, а вода – дисперсну фазу, емульсія є типу «вода-в-олії» (W/O) – більшість емульсій сирої нафти належать до цієї останньої категорії.
Молекули води притягуються одна до одної, як і молекули олії; проте між окремими молекулами води та олії існує сила відштовхування, що діє на їхньому межі розділу. Поверхневий натяг мінімізує площу поверхні розділу, тому краплі в емульсії вода/масло прагнуть до сферичності. Більше того, окремі краплі сприяють агрегації, загальна площа поверхні якої менша за суму площ окремих крапель. Таким чином, емульсія чистої води та чистої олії є за своєю суттю нестабільною: дисперсна фаза тяжіє до коалесценції, утворюючи два розділені шари, як тільки протидіє міжфазному відштовхуванню, наприклад, шляхом накопичення спеціальних хімічних речовин на межі розділу, що знижує поверхневий натяг. Технологічно багато застосувань використовують цей ефект, додаючи відомі емульгатори для отримання стабільних емульсій. Будь-яка речовина, що стабілізує емульсію таким чином, повинна мати хімічну структуру, що дозволяє одночасну взаємодію як з молекулами води, так і з молекулами олії, тобто вона повинна містити гідрофільну та гідрофобну групи.
Емульсії сирої нафти завдячують своєю стабільністю природним речовинам у складі нафти, які часто містять полярні групи, такі як карбоксильні або фенольні групи. Вони можуть існувати у вигляді розчинів або колоїдних дисперсій, надаючи особливий вплив при приєднанні до поверхонь розділу фаз. У таких випадках більшість частинок диспергуються в олійній фазі та накопичуються на межі розділу фаз нафта-вода, вирівнюючись пліч-о-пліч зі своїми полярними групами, орієнтованими до води. Таким чином утворюється фізично стабільний міжфазний шар, подібний до твердої оболонки, що нагадує шар частинок або кристалічну решітку парафіну. Неозброєним оком це проявляється як покриття, що огортає міжфазний шар. Цей механізм пояснює старіння емульсій сирої нафти та труднощі їх руйнування.
В останні роки дослідження механізмів деемульсифікації емульсій сирої нафти зосереджувалися переважно на дрібномасштабному дослідженні процесів коалесценції крапель та впливу деемульгаторів на міжфазні реологічні властивості. Однак, оскільки дія деемульгаторів на емульсії є дуже складною, і незважаючи на широкі дослідження в цій галузі, єдиної теорії механізму деемульсифікації так і не сформувалося.
Наразі визнано кілька механізмів:
③ Механізм розчинності – одна молекула або кілька молекул деемульгатора можуть утворювати міцели; ці макромолекулярні спіралі або міцели розчиняють молекули емульгатора, прискорюючи розщеплення емульгованої сирої нафти.
④ Механізм складчастої деформації – Мікроскопічні спостереження показують, що емульсії вода/масло мають подвійні або множинні водні оболонки, між якими розташовані олійні оболонки. Під дією комбінованого впливу нагрівання, перемішування та деемульгатора внутрішні шари крапель з'єднуються між собою, що призводить до коалесценції та деемульсації крапель.
Крім того, вітчизняні дослідження механізмів деемульгації для систем емульгованої сирої нафти типу "масло/вода" показують, що ідеальний деемульгатор повинен відповідати наступним критеріям: висока поверхнева активність; хороші змочувальні властивості; достатня флокулююча здатність; та ефективна коалесцируюча здатність.
Деемульгатори бувають різноманітними; класифікуються за типами поверхнево-активних речовин, вони включають катіонні, аніонні, неіонні та цвітеріонні різновиди.
Аніонні деемульгатори: карбоксилати, сульфонати, поліоксіетиленові сульфатні естери жирних кислот тощо — недоліки включають високе дозування, низьку ефективність та схильність до зниження продуктивності у присутності електролітів.
Катіонні деемульгатори: переважно четвертинні амонієві солі — ефективні для легких нафт, але непридатні для важких або витриманих нафт.
Неіонні деемульгатори: блок-кополімери, ініційовані амінами; блок-кополімери, ініційовані спиртами; блок-кополімери алкілфенол-формальдегідних смол; блок-кополімери фенол-амін-формальдегідних смол; деемульгатори на основі силікону; деемульгатори надвисокої молекулярної маси; поліфосфати; модифіковані блок-кополімери; та цвітеріонні деемульгатори, представлені деемульгаторами на основі імідазоліну з сирої нафти.
Час публікації: 04 грудня 2025 р.