Нефтяные эмульсии и способы их разрушения

Эмульсии представляют собой дисперсные системы из двух жид­костей, не растворимых или малорастворимых друг в друге, одна из которых диспергирована в другой в виде мелких капелек (глобул). Нефтяные эмульсии бывают двух типов: «нефть в воде» (гид­рофильная) и «вода в нефти» (гидрофобная). Цвет эмульсии — отжелтого до темно-коричневого, консистенция — от сметано- до мазеподобной. Вязкость нефтяных эмульсий возрастает с увеличени­ем содержания воды (до 60—80%), а затем падает.

Стойкость эмульсии зависит от наличия в ней эмульгаторов — веществ, растворимых в одной из жидкостей и образующих как бы пленку, обволакивающую капельки и препятствующую их слиянию. Эмульгаторы бывают гидрофильные и гидрофобные. К гидрофиль­ным эмульгаторам, хорошо растворимым в воде и не растворимым в нефти, относятся натриевые соли нафтеновых кислот, сульфокислоты и др.; к гидрофобным эмульгаторам, хорошо растворимым в нефти и не растворимым в воде, — нафтенаты, тонкоизмельченные частицы глины, окислы металлов (особенно Са, Mg, Fe, A1), смолисто-асфальтеновые вещества и др. Наличие эмульгаторов спо­собствует образованию эмульсии, отвечающей по типу названию эмульгатора. Другая причина стойкости эмульсии — накопление за­рядов статического электричества на каплях воды и твердых час­тицах. Под влиянием этих зарядов происходит взаимное отталки­вание частиц воды.

Тип эмульсии определяют двумя способами. Первый — раство­рение ее в воде и бензине. Гидрофильная эмульсия («нефть в во­де») растворяется в воде и опускается на дно в бензине, обратное явление наблюдается для гидрофобной эмульсии («вода в нефти»). Второй способ основан на определении проводимости электриче­ского тока: его проводят только гидрофильные эмульсии.

Перерабатывать нефть с эмульсией нельзя, поэтому ее предва­рительно разрушают — деэмульгируют. Деэмульгирование нефти нуж­но проводить возможно раньше (свежие эмульсии разрушаются легче) с использованием высокоэффективных деэмульгаторов. На НПЗ их расход в зависимости от подготовки нефти на промыслах составляет 20—50 г/т нефти (0, 002—0, 005%). Существуют различ­ные способы удаления воды из нефти и разрушения эмульсий: ме­ханический, термический, химический, термохимический и электри­ческий.

Механический способ разрушения эмульсий основан на приме­нении отстаивания, центрифугирования и фильтрования. Процесс отстаивания в большинстве случаев является первой стадией раз­рушения эмульсий. Центрифугирование и фильтрование применя­ют в лабораторных условиях для определения содержания воды в нефти. В промышленности центрифугиро­вание из-за малой производительности центрифуг и большого рас­хода электроэнергии не нашло применения. Практически не при­меняют и фильтрование, так как оно требует частой смены фильт­ров, что связано с большими трудовыми затратами.

Термический способ разрушения нефтяных эмульсий основан на применении тепла. При нагревании эмульсии пленка эмульгатора расширяется и разрушается, а капельки жидкости сливаются друг с другом. Внизу отстаивается вода, наверху — нефть. Обычно от­стаивают и нагревают нефть в резервуарах-отстойниках при тем­пературе до 70°С. Но встречаются эмульсии, которые не разруша­ются даже при 120°С. В этом случае прибегают к другим методам разрушения эмульсии или проводят процесс при более высоких температурах и с большей герметизацией во избежание потерь лег­ких фракций.

Химический способ разрушения эмульсий применяют сейчас все чаще. Используемые для этого вещества — деэмульгаторы вытес­няют действующий эмульгатор, либо растворяют его, благодаря чему эмульсия разрушается. В последнее время наиболее широко применяют деэмульгаторы типа неионогенных поверхностно-ак­тивных веществ (на основе окисей этилена и пропилена), которые способствуют образованию эмульсий, противоположных по типу разрушаемым. При соприкосновении таких эмульсий их эмульгирующая способность парализуется, и эмульсия расслаивается.

Термохимический способ заключается во введении в подогре­тую нефть деэмульгатора. Он эффективен при использовании вы­сококачественных деэмульгаторов. Более совершенный термохими­ческий способ — обезвоживание нефти в герметизированной аппа­ратуре, где в присутствии деэмульгатора под давлением до 0, 9 МПа (9 кгс/см²) нефть, предварительно нагретая в теплообменниках или печах до 150—155°С, отстаивается от воды. Этот способ применя­ют при разрушении стойких эмульсий тяжелых нефтей.

Электрический способ нашел применение на промыслах и осо­бенно на нефтеперерабатывающих заводах. Сущность его заклю­чается в том, что под действием на эмульсию электрического поля, созданного высоким напряжением переменного тока, пленка раз­рывается и эмульсия разрушается.

Контрольные вопросы

1. Эмульсии каких типов встречаются при нефтедобыче?

2. Объясните принцип действия эмульгаторов. Соединения каких классов к ним относятся?

3. Перечислите основные способы деэмульгирования.

4. Приведите основные методы механического и термического способов разрушения эмульсий.

5. Что лежит в основе химического и термохимического способов деэмульгирования нефтяных эмульсий?

6. В чём заключается электрический способ разрушения эмульсий?