7.2.6. Разрушение эмульсий
Разрушение эмульсий происходит в результате нарушения строения адсорбционных слоев стабилизатора или при снижении их стабилизирующей способности. Часто разрушение эмульсии происходит в результате недостаточной кинетической устойчивости, связанной с размером капелек. В последнем случае разрушение происходит в два этапа.
На первом этапе эмульсия разделяется на две – концентрированную и разбавленную. Концентрированная эмульсия (сливки) всплывает или осаждается в зависимости от плотности дисперсной фазы, если размер капель достаточно велик, чтобы преодолеть броуновское движение.
На втором этапе крупные капли при сближении проявляют ван-дер-ваальсово притяжение, часто преодолевающее структурно-механический барьер стабилизирующего слоя. В результате этого происходит коалесценция. Таков механизм самопроизвольного разрушения эмульсий.
Преднамеренное разрушение эмульсий связано, как правило, с разрушением адсорбционных слоев стабилизатора, в результате чего исчезает препятствие, сдерживающее коагуляцию (коалесценцию).
На практике используют следующие методы:
1. Деэмульгирование. В эмульсию вводят такое вещество, которое обладает высокой поверхностной активностью и вытесняет молекулы стабилизатора с поверхности раздела фаз, но неспособное к образованию механически прочного гелеобразного слоя. В результате при столкновении капель происходит разрушение такого слоя и слияние капель. К деэмульгаторам относят вещества с неразвитым углеводородным радикалом и маленькой полярной частью — например, низшие спирты или их эфиры с окисью этилена. Этот метод часто используют для удаления воды из нефти.
2. Химическое разрушение связано с химическим изменением стабилизатора, например, при введении кислот. Образующийся продукт не способен служить стабилизатором и поэтому эмульсия становится неустойчивой.
3. Тепловое разрушение эмульсии основано на понижении адсорбционной способности стабилизатора и прочности тиксотропной структуры адсорбционного слоя при повышении температуры.
4. Электрофорез. Если капли эмульсии стабилизированы за счет образования двойного ионного слоя, то такую эмульсию можно разрушить с помощью электрического тока. Происходит электрофорез, капли разряжаются на соответствующем электроде, что приводит к их коалесценции.
5. Механическое воздействие – сепарация, центрифугирование, ультразвук – связано с механическим удалением адсорбционного стабилизирующего слоя и коалесценции лишенных защиты капель или с приданием каплям такой кинетической энергии, которая превышает потенциальный барьер коалесценции.
6. Разрушение эмульсий с помощью фильтров, хорошо смачивающихся дисперсионной средой, но не смачивающихся внутренней – дисперсной фазой, остающейся на фильтре.
7. Инверсия фаз. Введение веществ, изменяющих растворимость стабилизатора, способствует переходу его молекул с поверхности раздела в объем фаз. Например, добавлением солей щелочноземельных металлов к эмульсиям прямого типа, стабилизированным солями жирных кислот щелочных металлов, можно изменить устойчивость эмульсии. При этом увеличивается растворимость стабилизатора в углеводородной жидкости и происходит разрушение эмульсии. Однако если добавить значительное количество ионов щелочноземельных металлов, то может произойти переход от эмульсии прямого типа к эмульсии типа «вода в масле». Это явление, так же, как и в случае изменения типа эмульсии при повышении температуры, если эмульсия стабилизирована неионогенным стабилизатором, носит название инверсии фаз и может наблюдаться по электропроводимости или по вязкости.
Источник
Методы разрушения эмульсий.
Способы разрушения эмульсий, условно делятся на следующие группы: химические, механические, термические и электрические.
Термические методы – деэмульгирования нефти ускоряется при ее подогреве. С повышением температуры возрастают Ван – Дер. Ваальсовые силы, усиливается броуновское движение, вероятно, увеличивается скорость химической адсорбции и уменьшается вязкость эмульсии. Следовательно, уменьшается прочность бронирующего слоя и ускоряет процесс деэмульгирования. Если парафины являются основными стабилизаторами эмульсий, то нагревание нефти до температуры, превышающей температуру плавления парафинов (50-65 0 С) приводит к полному разрушению эмульсии. Высокие издержки, потери легких фракций нефти в результате их испарения являются очень серьезными недостатками термического способа деэмульгирования нефти. Испарение легких нефтяных фракций приводит к тому, что растворимость асфальтенов снижается и повышается вероятность отложения твердых осадков на внутри корпусных устройствах нефтеперерабатывающих установок и стенках печных труб, а также повышается риск их коррозии.
Физические методы – к данной группе методов относятся отстаивание воды в гравитационных сепараторах (отстойниках), фильтрация эмульсии через слой волокнистого или гранулированного фильтрующего материала, центрифугирование, замораживание, пневматическая флотация и многое другое.
Фильтрация – нестойкие эмульсии успешно расслаиваются при пропускании их через фильтрующий слой, который может быть из гравия, битого стекла, древесины, металлических стружек, стекловаты и других материалов. Здесь деэмульсация нефтей основана на явлении селективного смачивания. Смачивание жидкостью поверхности твердого тела можно рассматривать как результат действия сил поверхностного натяжения, т.е. жидкость тем лучше смачивает твердое тело, чем меньше взаимодействие между ее молекулами.
Фильтрующее твердое вещество должно удовлетворять основным требованиям:
— иметь хорошую смачиваемость водой, чтобы произошло сцепление глобул воды с фильтрующим веществом, разрыв межфазных пленок, и произошла коалесценции (слияние) капель воды;
— быть достаточно прочным, чтобы обеспечить длительную эксплуатацию.
Данный метод не находит широкого применения из – за громоздкого оборудования, малой производительности, необходимости часто менять фильтры.
Электрические методы – между дисперсионной средой и поверхностью диспергированных в ней частиц существует разность потенциалов. При воздействии на эмульсию электрического поля диспергированные капли воды поляризуются и стремятся расположиться вдоль силовых линий поля, при этом капли вытягиваются, а противоположные заряды в капле смещаются к ее краям, возникают силы взаимного притяжения, в результате чего частицы дисперсной фазы соударяются друг с другом и сливаются в более крупные. Обработка эмульсии в электрическом поле не способствует полному ее расслоению, поэтому данный способ, как правило, применяют в сочетании с термохимическими методами разрушения эмульсий.
Химические методы – нашли наиболее широкое применение в промышленности. Химическое деэмульгирование – самый дешевый, быстрый и простой в осуществлении – способ разрушения эмульсий. Его сущность заключается в устранении энергетического барьера (в виде стабилизирующего действия эмульгаторов в бронирующей оболочке), препятствующего расслоению эмульсий. Как правило, для обработки определенного сорта нефти применяют смесь реагентов, каждый из которых выполняет определенную функцию.
Дата добавления: 2015-04-03 ; просмотров: 3744 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Таблица 12 .1 — Классификация методов воздействия на нефтяные эмульсии
Характеристика стадии процесса
Разрушение бронирующих оболочек
· Применение электростатических полей и полей промышленной частоты
· Применение высокочастотных и сверхвысокочастотных колебаний
· Применение коалес-цирующих насадок
· Промывка в слое пресной воды
· Применение акустических волн
Основными методами разрушения нефтяных эмульсий типа В/Н в настоящее время являются: гравитационное холодное разделение (отстой без подогрева), внутритрубная деэмульсация, центрифугирование, фильтрация, термохимическое воздействие, электрическое воздействие, а также сочетания этих методов.
Для разрушения нефтяных эмульсий, а также для предотвращения их образования широко применяются деэмульгаторы — поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие гораздо большей активностью, чем эмульгаторы.
Основное назначение деэмульгаторов — вытеснить с поверхностного слоя капель воды эмульгаторы — естественные поверхностно-активные вещества, содержащиеся в нефти (асфальтены, нафтены, смолы, парафин и мехпримеси) и в воде (соли, кислоты).
Вытеснив с поверхностного слоя капель воды природные эмульгирующие вещества, деэмульгатор образует гидрофильный адсорбционный слой, в результате чего капельки воды при столкновении коалесцируют (сливаются) в более крупные капли и оседают. Чем деэмульгатор эффективнее, тем больше он снижает прочность «бронированного» слоя и способствует более интенсивному разрушению эмульсий.
Для более успешного разрушения эмульсий и прекращения их «старения» деэмульгаторы следует подавать на забой скважин и осуществлять «внутрискважинную» деэмульсацию. При подаче деэмульгаторов на забой скважин обычно происходит инверсия эмульсии, т.е. эмульсия типа В/Н превращается в эмульсию типа Н/В, вязкость которой равна 1 мПа × С, так как внешней ее фазой является вода, что существенно снижает потери давления на трение.
Теоретически деэмульгатор является эффективным только для какой- то одной эмульсии, имеющей определенное соотношение фаз и степень дисперсности, а также количество и состав эмульгатора, образующего адсорбционный слой на каплях воды. Следовательно, теоретически, деэмульгаторы в процессе разработки месторождения должны заменяться по мере изменения состава эмульсий и их физических свойств, что практически осуществляется крайне редко.
Под эффективностью деэмульгатора понимают его деэмульсационную способность, которая характеризуется расходом деэмульгатора, качеством подготовленной нефти, минимальной температурой и продолжительностью отстоя нефти. Эффективность определяется по формуле
, (12.1)
где N — степень обезвоживания, % масс.; Wисх и Wост — содержание воды в исходной эмульсии и остаточное содержание воды в отстоявшейся нефти, % масс. Количество воды в нефти определяют при помощи аппарата Дина — Старка.
Внутритрубная (путевая) деэмульсация получила широкое распространение в связи с появлением высокоэффективных деэмульгаторов и применяется в сочетании с другими методами подготовки нефти. Она предусматривает ввод деэмульгатора дозировочным насосом в поток водонефтяной смеси в затрубное пространство на устье скважины или на ГЗУ в начало сборного коллектора (в количестве 15- 20 г на тонну нефтяной эмульсии). В процессе движения водонефтяной эмульсии в подъемных трубах, в выкидных линиях и в сборных коллекторах происходит интенсивное перемешивание, вызывающее ее разрушение на пути следования до УПН.
Внутритрубная деэмульсация позволяет организовать предварительный сброс воды (на ГЗУ, ДНС), что весьма целесообразно при содержании воды в продукции скважин более 30%.
Гравитационное холодное разделение (холодный отстой) осуществляется, как правило, в сырьевых резервуарах в том случае, когда содержание пластовой воды в нефти достигает примерно 60% , в нефти отсутствуют эмульгаторы и эмульсия не является стойкой. Гравитационный отстой осуществляется за счет разностей плотностей пластовой воды и нефти. Гравитационное разделение может осуществляться как с введением деэмульгаторов, так и без них. Расслоение нефти в резервуарах без подогрева происходит в течение нескольких часов. Эмульсия должна подаваться в резервуары равномерно по всей площади через распределительное устройство, расположенное под уровнем пластовой воды, что увеличивает поверхность эмульсии, контактирующей с водяной подушкой, и интенсифицирует процесс расслоения эмульсии.
Отстойники предназначаются для отделения воды от нефти при подаче в них частично или полностью разрушенной эмульсии. Отстойники могут использоваться для предварительного сброса воды при сильно обводненной нефти или для окончательного обезвоживания нефти после нагрева нефтяных эмульсий в блочных или стационарных печах при этом отстойники должны обеспечить на выходе из аппарата содержание воды и солей в пределах, обусловленных стандартами на качество товарной нефти. Последние обычно устанавливаются после каплеобразователей, способствующие эффективному разделению воды и нефти, и увеличивающих тем самым пропускную способность отстойников.
В настоящее время наиболее часто применяют герметизированные отстойники цилиндрической формы непрерывного и полунепрерывного действия. В отстойниках процесс разделения эмульсий совершается либо в условиях статики, либо в условиях ламинарного режима (Re =1 ¸ 2).
Параллельное соединение отстойников на УПН часто приводит к неравномерной их загрузке нефтью и водой, в результате чего нарушается технологический режим работы УПН и снижает эффективность их работы.
Центрифугирование производят в специальных устройствах (центрифугах) используя возникающую в них силу инерции для разделения нефти и воды, как жидкостей, имеющей различные плотности. Разделение водонефтяных эмульсий в центрифугах — исключительно эффективный метод, который пока еще не нашел практического применения.
Фильтрация применяется для расслаивания нестойких эмульсий при пропускании их через фильтрующий (коалесцирующий) слой, выполненный из гравия, битого стекла, древесных и металлических стружек, стекловаты и других материалов.
Деэмульсация нефтей при помощи фильтров основана на принципе селективного (избирательного) смачивания.
Конструктивно фильтры представляют собой колонные аппараты, с коалесцирующим заполнением, размеры которых зависят от объема прокачиваемой эмульсии. Нагретая эмульсия вводится в нижней части колонны, нефть отводится через верх колонны, а вода сбрасывается снизу. Как самостоятельный процесс фильтрация не применяется, а используется в сочетании с теплохимическими методами.
1. Какие существуют способы деэмульгирования нефтей?
2. Охарактеризуйте три основные стадии деэмульсации.
3. Перечислите основные виды деэмульгаторов.
Источник
Методы разрушения эмульсий
Способы разрушения эмульсий, условно делятся на следующие группы: химические, механические, термические и электрические.
Термические методы – деэмульгирования нефти ускоряется при ее подогреве. С повышением температуры возрастают Ван – Дер. Ваальсовые силы, усиливается броуновское движение, вероятно, увеличивается скорость химической адсорбции и уменьшается вязкость эмульсии. Следовательно, уменьшается прочность бронирующего слоя и ускоряет процесс деэмульгирования. Если парафины являются основными стабилизаторами эмульсий, то нагревание нефти до температуры, превышающей температуру плавления парафинов (50-65 0 С) приводит к полному разрушению эмульсии. Высокие издержки, потери легких фракций нефти в результате их испарения являются очень серьезными недостатками термического способа деэмульгирования нефти. Испарение легких нефтяных фракций приводит к тому, что растворимость асфальтенов снижается и повышается вероятность отложения твердых осадков на внутри корпусных устройствах нефтеперерабатывающих установок и стенках печных труб, а также повышается риск их коррозии.
Физические методы – к данной группе методов относятся отстаивание воды в гравитационных сепараторах (отстойниках), фильтрация эмульсии через слой волокнистого или гранулированного фильтрующего материала, центрифугирование, замораживание, пневматическая флотация и многое другое.
Фильтрация – нестойкие эмульсии успешно расслаиваются при пропускании их через фильтрующий слой, который может быть из гравия, битого стекла, древесины, металлических стружек, стекловаты и других материалов. Здесь деэмульсация нефтей основана на явлении селективного смачивания. Смачивание жидкостью поверхности твердого тела можно рассматривать как результат действия сил поверхностного натяжения, т.е. жидкость тем лучше смачивает твердое тело, чем меньше взаимодействие между ее молекулами.
Фильтрующее твердое вещество должно удовлетворять основным требованиям:
— иметь хорошую смачиваемость водой, чтобы произошло сцепление глобул воды с фильтрующим веществом, разрыв межфазных пленок, и произошла коалесценции (слияние) капель воды;
— быть достаточно прочным, чтобы обеспечить длительную эксплуатацию.
Данный метод не находит широкого применения из – за громоздкого оборудования, малой производительности, необходимости часто менять фильтры.
Электрические методы – между дисперсионной средой и поверхностью диспергированных в ней частиц существует разность потенциалов. При воздействии на эмульсию электрического поля диспергированные капли воды поляризуются и стремятся расположиться вдоль силовых линий поля, при этом капли вытягиваются, а противоположные заряды в капле смещаются к ее краям, возникают силы взаимного притяжения, в результате чего частицы дисперсной фазы соударяются друг с другом и сливаются в более крупные. Обработка эмульсии в электрическом поле не способствует полному ее расслоению, поэтому данный способ, как правило, применяют в сочетании с термохимическими методами разрушения эмульсий.
Химические методы – нашли наиболее широкое применение в промышленности. Химическое деэмульгирование – самый дешевый, быстрый и простой в осуществлении – способ разрушения эмульсий. Его сущность заключается в устранении энергетического барьера (в виде стабилизирующего действия эмульгаторов в бронирующей оболочке), препятствующего расслоению эмульсий. Как правило, для обработки определенного сорта нефти применяют смесь реагентов, каждый из которых выполняет определенную функцию.
Источник
