1. Сырая нефть; II- деэмульгатор; III- сброс воды; IV- подача щелочной воды; V- обессоленная и обезвоженная нефть

3.1. Нефтяные эмульсии

Условия образования эмульсий. Эмульсией называется такая система двух взаимно нерастворимых или не вполне растворимых жидкостей, в которых одна содержится в другой во взвешенном состоянии в виде огромного количества микроскопических капель (глобул), исчисляемых триллионами на литр эмульсии. Жидкость, в которой распределены глобулы, называется дисперсионной средой, а вторая жидкость, распределенная в дисперсионной среде, - дисперсной фазой.

Нефтяные эмульсии имеют цвет от светло-желтого до темно-коричневого. В большинстве случаев они являются эмульсиями типа вода в нефти, в которых дисперсионный средой является нефть, а дисперсной фазой – вода. Такие эмульсии гидрофобные: в воде они всплывают, а в бензине или других растворителях равномерно распределяются. Реже встречаются эмульсии типа нефть в воде, в которых дисперсионный средой служит вода. Такие эмульсии гидрофильны: в воде они равномерно распределяются, а в бензине тонут.

Вязкая эмульсия, в том числе и нефтяная, может образоваться только тогда, когда механическое воздействие на смесь двух взаимно нерастворимых жидкостей будет вызывать диспергирование, т.е. дробление жидкости на очень мелкие частицы.

Иначе обстоит дело, если смесь двух нерастворимых жидкостей находится в условиях, способствующих диспергированию, и в ней присутствует какое-либо поверхостно-активное вещество, понижающее поверхностное натяжение за счет образования адсорбционного слоя.

Вещества, способствующие образованию и стабилизации эмульсий, называются эмульгаторами. Ими являются такие полярные вещества нефти, как смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, соли нафтеновых кислот, а также различные неорганические примеси.

В образовании стойких нефтяных эмульсий принимают участие твердые углеводороды – микрокристаллы парафинов, церезинов и смешанных алкано-циклоалкановых углеводородов, которые, адсорбируясь на поверхности эмульсионных глобул, образуют своеобразную броню. Эмульгаторами в сырой нефти чаще всего являются смолы. Они хорошо растворяются в нефти и не растворяются в воде. Смолы, адсорбируясь на поверхности раздела нефть – вода, попадают в поверхностный слой со стороны нефти и создают прочную оболочку вокруг частиц воды.

Алюминиевые, кальциевые, магниевые и железные мыла нефтяных кислот хорошо растворимы в нефти и ее дистиллятах, поэтому они также способствуют образованию гидрофобных эмульсий. Наоборот, натриевые мыла нефтяных кислот хорошо растворимы в воде и хуже в углеводородах. Поэтому они адсорбируются в поверхностном слое со стороны водной фазы, обволакивают капельки нефти и так способствуют образованию гидрофильной эмульсии типа нефть в воде.

При наличии эмульгаторов обоих типов возможно обращение эмульсий, т.е. переход их из одного типа в другой. Этим явлением пользуются иногда при разрушении эмульсий.

Свойства нефтяных эмульсий. Нефтяные эмульсии характеризуются следующими физико-химическими свойствами: дисперсностью, вязкостью, плотностью, электрическими свойствами, устойчивостью.

Под дисперсностью понимают степень раздробленности дисперсной фазы в дисперсионной среде. Размеры капелек дисперсной фазы в эмульсиях изменяются от 0,1 до 100 мкм. Вязкость нефтяных эмульсий выше, чем вязкость воды и нефти. Электрическая проводимость эмульсий зависит от содержания воды, дисперсности эмульсии, а также от количества растворенных в воде солей и кислот.

На устойчивость нефтяных эмульсий, т.е. способность в течение определенного времени не разрушаться и не разделяться на нефть и воду, влияют дисперсность, температура смешивающихся жидкостей, наличие в составе эмульсий эмульгаторов.

Способы разрушения нефтяных эмульсий. Механизм разрушения нефтяных эмульсий состоит из нескольких стадий: 1) столкновение глобул (частиц) воды; 2) слияние глобул в более крупные капли; 3) выпадение капель.

Для того чтобы разрушить эмульсии, в промышленной практике применяются следующие методы: механические; термический; химический; электрический.

К механическим методам относятся отстаивание, центрифугирование и фильтрование. Процесс отстаивания применяется для отделения основной массы воды в сырьевых резервуарах промысловых систем сбора нефти. Фильтрование и центрифугирование пока не нашли практического применения.

Термический способ основан на применении теплоты. При нагревании эмульсии пленка эмульгатора расширяется и лопается, а капельки жидкости сливаются друг с другом.

Широко используется для разрушения эмульсий химический метод – обработка деэмульгаторами – веществами, которые ослабляют структурно-механическую прочность слоев, обволакивающих капли воды. В качестве деэмульгаторов применяются различные поверхностьно-активные вещества, однако механизм их действия на эмульсии весьма сложен и мало изучен. По характеру поведения в водных растворах деэмульгаторы делятся на ионо-активные и неионогенные. Первые в растворах диссоциируют на катионы и анионы, вторые ионов не образуют. Наилучшим деэмульгирующим действием обладают применяемые в настоящее время на промыслах и НПЗ неионогенные деэмульгаторы - проксамин, диссольван, прогалит, ОЖК (оксиэтилированные жирные кислоты).

Электрический способ разрушения эмульсий основан на том, что благодаря воздействию электрического поля создаются благоприятные условия для увеличения вероятности столкновения глобул воды. При попадании нефтяной эмульсии в переменное электрическое поле, заряженные отрицательно частицы воды начинают передвигаться внутри капли, которая приобретает грушевидную форму, обращенную острым концом к положительно заряженному электроду. При перемене полярности электродов происходит изменение конфигурации капли. Отдельные капли стремятся передвигаться в электрическом поле по направлению к положительному электроду, сталкиваются друг с другом, сливаются в более крупные капли и осаждаются.

В промышленной практике для удаления воды и солей из нефти широко применяются комбинированные методы разрушения эмульсий – термохимический, электротермохимический и др.