Научная статья на тему 'О сопоставимости поверхностных свойств деэмульгаторов и их деэмульгирующей активности'

О сопоставимости поверхностных свойств деэмульгаторов и их деэмульгирующей активности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
367
101
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НЕФТЬ / OIL / ЭМУЛЬСИЯ / EMULSION / ДЕЭМУЛЬГИРОВАНИЕ / РЕАГЕНТ / REAGENT / DEMULSIFICATION

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Плохова С. Е., Саттарова Э. Д., Елпидинский А. А.

В работе исследованы поверхностные свойства промышленных реагентов-деэмульгаторов и ионогенных добавок тензиометрическим и сталагмометрическим методами. Отмечено, что поверхностная активность деэмульгаторов на границе раздела фаз нефть-вода является важным, но недостаточным показателем для адекватного прогнозирования эффективности реагентов в процессе обезвоживания нефти.I

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

n work are investigated superficial of properties industrial reagents-demulsifiers and ionic additives tensiometric and stalagmometric methods. It is noted that the surface activity of the demulsifiers at the interface oil-water is an essential parameter, but it is not sufficient to make prediction about reagent efficiency during the oil dehydratation process.

Текст научной работы на тему «О сопоставимости поверхностных свойств деэмульгаторов и их деэмульгирующей активности»

УДК 665.622.43.0666

С. Е. Плохова, Э. Д. Саттарова, А. А. Елпидинский

О СОПОСТАВИМОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ДЕЭМУЛЬГАТОРОВ И ИХ ДЕЭМУЛЬГИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ

Ключевые слова: нефть, эмульсия, деэмульгирование, реагент.

В работе исследованы поверхностные свойства промышленных реагентов-деэмульгаторов и ионогенных добавок тензиометрическим и сталагмометрическим методами. Отмечено, что поверхностная активность деэмульгаторов на границе раздела фаз нефть-вода является важным, но недостаточным показателем для адекватного прогнозирования эффективности реагентов в процессе обезвоживания нефти.

Keywords: oil, emulsion, demulsification, reagent.

In work are investigated superficial of properties industrial reagents-demulsifiers and ionic additives tensometric and stalagmometric methods. It is noted that the surface activity of the demulsifiers at the interface oil-water is an essential parameter, but it is not sufficient to make prediction about reagent efficiency during the oil dehydratation process.

Введение

В настоящее время основная масса нефти добывается с применением методов заводнения продуктивных пластов. Отсюда, по мере разработки пласта возрастает его обводненность и на поверхность Земли нефть поступает в виде водонефтяной эмульсии. Устойчивости эмульсии, в первую очередь, способствует наличие в нефти природных эмульгаторов, таких как асфальтены, смолы, соли нафтеновых кислот, парафины, которые создают на границе раздела фаз вода (дисперсная фаза) - нефть (дисперсионная среда) прочные адсорбционные слои [1-3]. Это приводит к тому, что без использования специальных методов обезвоживания нефтяная эмульсия практически не разрушается.

На сегодняшний день известно множество технологических приёмов и технических устройств, позволяющих с помощью определённых воздействий на эмульсию или их комбинаций вызвать её полное разрушение. При этом, самым эффективным считается термохимический метод, заключающий воздействие температуры и специальных деэмульга-торов [2]. Со временем по мере разработки нефтяного месторождения состав и свойства добываемых эмульсий меняются, поэтому возникает необходимость обновления ассортимента путем разработки новых более эффективных деэмульгаторов.

Деэмульгаторы должны обладать рядом свойств, способствующих процессу разрушения во-донефтяных эмульсий. Это, в первую очередь, высокая поверхностная активность реагентов и создаваемое ими низкое межфазное натяжение, которые способствуют быстрой адсорбции деэмульгаторов на межфазную границу, вытеснению природных эмульгаторов с границы раздела фаз и слипанию глобул дисперсной фазы. Поэтому возникает необходимость исследования поведения реагентов-деэмульгаторов или их композиций на границе раздела вода-нефть. Следует сразу сказать, что использование нефти в качестве неполярной фазы нецелесообразно, так как нефти с разных месторождений различны по составу, что препятствует объективной оценке поверхностно-активных свойств испытуемых веществ в этой системе. Поэтому такие иссле-

дования обычно проводят на системах, моделирующих нефтяную эмульсию, например: вода-бензол, вода-толуол или вода-октан.

Поверхностное и межфазное натяжение измеряют с помощью тензиометров и сталагмометров. Если исследуемая система находится в термодинамическом равновесии (параметры системы не изменяются во времени), то определяют статическое поверхностное/межфазное натяжение.

Экспериментальная часть

Определение поверхностно-активных

свойств ПАВ мы проводили на границе фаз толуол-вода и воздух- вода. Для сравнения были исследованы наиболее распространенные промышленные реа-генты-деэмульгаторы. Определение межфазного натяжения проводили методом отрыва кольца тен-зиометра в системе вода-ПАВ-толуол, и сталагмо-метрическим методом в системе вода-ПАВ-воздух.

Метод отрыва кольца на тензиометре

Это метод для определения поверхностного/межфазного натяжения, который основан на измерении максимального усилия (Б) для отрыва кольца с известной геометрией (длиной смачивания, Ь), сделанного из хорошо смачиваемого материала (угол смачивания = 0), как показано на рис.1. При подъёме кольца жидкость стремится стечь с него, что приводит к постепенному утончению плёнки жидкости и отрыву кольца.

Рис. 1 - Отрыв кольца на тензиометре

Метод счета или взвешивания капель (сталагмометрический)

Сталагмометрический метод определения поверхностного натяжения жидкости прибором, называемым сталагмометром, основан на установлении массы капли жидкости, медленно образующейся и отрывающейся с конца капилляра, как показано на рис. 2.

Рис. 2 - Отрыв капли на сталагмометре

Практически удобнее определять не массу капли, а ее объем или число капель в резервуаре с известным объемом. Число капель подсчитывают при вытекании жидкости через капилляр. Применяют сравнительный метод для определения поверхностного натяжения жидкости. Он заключается в том, что подсчитывают число капель п0 эталонной жидкости, поверхностное натяжение о0 которой известно, и число капель пх испытуемой жидкости с поверхностным натяжением ох. Поверхностное натяжение испытуемой жидкости вычисляют по уравнению (1):

^ поРх „ 7275п0рX

—0о- или ОХ = /2,/5-, (1)

ПхРо пх Р о

где р0 и рх - плотность эталонной жидкости и испытуемой жидкости соответственно; 72,75 - поверхностное натяжение воды при 20 °С, дин/см [4].

Результаты исследования поверхностных свойств реагентов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Сводная таблица результатов измерения поверхностного натяжения тензиометри-ческим и сталагмометрическим методами

Название испытуемого реагента Поверхностное натяжение водного раствора реагента ( мН/м ) при концентрации реагента в воде, % мас

0,002 0,005 0,01 0,02 0,03

на границе фаз вода-воздух, мН/м

Лапрол 6003 - - 74,9 65,3 52,7

Лапрол 4202 - - 48,3 45 42

Реапон-4В 67,5 65,3 55,7 45,3 44,3

Д-157 53 52,9 52,9 52,6 52,2

а - олефин-сульфонат - 75 70,5 60,5 52,3

Алкил-сульфат натрия - 76 71,7 61,7 53,5

ДФ-1 - 73,2 71,4 63,4 50,8

Ф-3761 - 79,7 69,3 59,5 48,5

на границе фаз вода-толуол, мН/м

Лапрол 6003 17,03 16,2 15,5 15,4 14,6

Лапрол 4202 14,1 13,3 12,3 11,3 10,6

Реапон-4В 12,2 10,5 8,3 5,85 2

Д-157 12,8 11,7 11,2 10,6 10,2

а - олефин-сульфонат 21,8 19,06 16,2 13,7 9,8

Алкил-сульфат натрия 19,9 17,4 13,2 9,6 7,7

ДФ-1 - 18,3 15,3 8,03 4,2

Ф-3761 - 2,5 1,6 1,5 1

Классически считается, что большей де-эмульгирующей активности реагентов соответствует большая их поверхностная активность на границе раздела различных фаз, например, воздуха - воды и толуола - воды. Однако, опыт показывает, что подобная прямая взаимосвязь прослеживается весьма нерегулярно [5].

На рисунке 3 показано снижение поверхностного натяжения реагентами в системе вода-толуол и вода-воздух относительно чистых фаз.

■ гол у ол-вода ■ вода-воздух

Рис. 3 - Сводные данные поверхностного натяжения реагентов - деэмульгаторов тензиометриче-ским и сталагмометрическим методами в % соотношении

В таблице 2 приведены результаты обезвоживания разных нефтей испытуемыми реагентами.

Из таблицы 2 видно, что лучшая динамика и глубина обезвоживания нефти №1 характерна для Лапрола 4202 и Реапона-4В, что соотносится с данными по поверхностной активности в системе вода-воздух (но не подтверждается на примере Ф-3761). Однако на границе вода-толуол поверхностное натяжение у Реапона-4В существенно ниже, чем у Ла-прола 4202. Это, в свою очередь, находит отклик в

результатах обезвоживания нефти №2, где Реапон-4В, единственный из реагентов, отделил некоторое количество воды.

Таблица 2 - Оценка эффективности реагентов по глубине обезвоживания

Название реагента Нефть №1 Нефть №2

22 °С 45°С 22 °С 70 °С

Лапрол 6003 12 84 0 0

Лапрол 4202 51 84 0 0

Реапон-4В 54 78 0 36

Д-157 0 84,5 0 следы

и-олефинсульфонат 0 90 0 0

Aлкилсульфатнатрия 0 0 0 следы

ДФ-1 6 93 0 0

Ф-3761 48 96 0 следы

В целом можно видеть, что результаты по снижению поверхностного натяжения в системе вода-воздух соотносимы лишь с глубиной обезвоживания при холодном отстое (220С), но не отражают ситуацию по обезвоживанию при повышенных температурах.

Неоднозначна ситуация и в интерпретации результатов на системе толуол-вода. Наибольшее снижение поверхностного натяжения наблюдается у Реапона-4В и Ф-3761 и, действительно, на той или иной нефти можно отметить их преимущества, особенно в случае Реапона-4В на нефти №2. Но в случае остальных реагентов не представляется возмож-

ным выразить какие-либо пропорциональные взаимосвязи между натяжением и деэмульгирующей активностью.

По-видимому, поверхностные свойства де-эмульгаторов, как прогнозирующий фактор, могут быть использованы в математическом аппарате только в тесной взаимосвязи с другими свойствами ПAB и используемых нефтей. И, безусловно, не следует отказываться от измерения поверхностного натяжения в системе вода-воздух в пользу системы вода-толуол, так как даже в рамках приведенных результатов, каждая система способна дать некоторые намеки на механизмы происходящих процессов при обезвоживании нефти реагентами-деэмульгаторами.

Литература

1. Морданенко Б.П., Беньковский В.Г. О методике выделения и исследования природных эмульгаторов воды и нефти // Химия и технология тонлив и масел. 1965. № 7. С. 41-45

2. Познышев Г.В. Стабилизация и разрушение нефтяных эмульсий. М.: Недра. 1982. 221 с.

3. Gamal M. E., Mohamed A.-M.O., Zekri A.Y. Effect of asphaltene, carbonate, and clay mineral contents on water cut determination in water - oil emulsions // J. Petrol. Sci. Eng. 2005. P. 109-224.

4. Плохова С.Е., Саттарова Э.Д., Елнидинский A.A. Изучение влияния анионных и катионных ПЛВ на деэмуль-гирующую эффективность неионогенных ПЛВ [Текст]/ С.Е. Плохова, Э.Д. Саттарова, A.A. Елнидинский // Вестник Казанского технологического университета.-2012.- № 16.- С. 39-40

5. Плохова С.Е., Саттарова Э.Д., Елнидинский A.A. Изучение поверхностных свойств композиционных реагентов [Текст]/ С.Е. Плохова, Э.Д. Саттарова, A.A. Елни-динский // Вестник Казанского технологического университета.- 2013.- № 2.- С. 167-169

© С. Е. Плохова - магистрант каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, svets888@mail.ru; Э. Д. Саттарова - аспирант каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ elvira0019@mail.ru; А. А. Елпидинский -канд. техн. наук, доцент той же кафедры, sinant@yandex.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.