原油乳状液的稳定与破乳_丁德磐

第15卷第1期油田化学1998年第82-86,96页Oilfield　Chemistry3月25日

原油乳状液的稳定与破乳

丁德磐　孙在春　杨国华　徐梅清

(石油大学(华东)炼制系)

摘　要　本文综述了4个问题:①原油乳状液中的界面膜,沥青质、胶质、固体颗粒、石蜡对原油乳状液稳定性的影响;②乳化剂对原油乳状液破乳的阻碍作用;③原油乳状液稳定与破乳的几种模型;④有关破乳剂使用的几个问题(水溶性和油溶性破乳剂,破乳剂用量,线型和体型结构的破乳剂)。

主题词:原油乳状液　W/O型乳状液　稳定性　破乳　界面膜　破乳剂　综述

大部分原油是以油包水乳状液形式开采出来的。含水原油在外输之前要进行破乳脱水[1]。研究原油乳状液的稳定性和破乳可以为原油的破乳脱水提供理论指导。

1　原油乳状液中的界面膜

原油乳状液的稳定性主要决定于油水界面膜。原油中的天然乳化剂吸附在油水界面,形成具有一定强度的粘弹性膜[2-6],给乳滴聚结造成了动力学障碍,使原油乳状液具有了稳定性。原油中的成膜物质主要有[7,8]沥青质、胶质、石蜡、石油酸皂及微量的粒土颗粒。这类物质含量越高,原油乳状液就越稳定,尤其是胶质、沥青质、石油酸皂等界面活性物含量高的原油,乳化后形成的界面膜耐热,机械强度高,乳状液的稳定性好,如中间基及环烷基原油便是如此。

油水界面膜可按照受压缩时的流动性分为三类[2]。(1)固体刚性膜:为相对不溶性膜,界面粘度较高,在酸性条件下强度高,中性条件下强度中等,碱性条件下强度弱或转变为流动膜。刚性膜是由沥青质构成的,沥青质是分子量高的两性物质,在酸性和中性条件下显现类似胺的碱性性质,在碱性条件下显弱酸性质。(2)液体流动膜:受压易扭曲变形,压力消除后很快复原,界面粘度较低,在碱性条件下强度高,酸性条件下强度弱。流动膜是由胶质构成的,胶质分子量比沥青质小,为弱的有机酸,只显酸的性质。(3)过渡膜:不会扭曲变形,界面粘度低,在界面张力较低时出现。

Jones[3]将界面膜分为不可压缩非松弛膜、可压缩松弛膜和不可压缩松弛膜三类。界面膜

收稿日期:1996-10-07;修改日期:1997-01-16;1997-06-19。

第一作者:男,1968年10月生,1988年毕业于安徽巢湖师专,1997年毕业于石油大学(华东)炼制系,获硕士学位,现在海南省三亚市38296部队工作。

第二作者、通讯联系人:男,1947年2月生,1973年毕业于山东大学化学系,1981年毕业于石油大学(华东)应用化学专业,获硕士学位,炼制系物理化学教研室主任,副教授,通讯地址:257062山东省东营市石油大学炼制系。

尤其是不可压缩非松弛膜给乳滴聚结造成了不同程度的动力学障碍,膜松弛动力学决定乳状液的稳定性。在乳状液形成几小时后,由于天然表面活性剂在油水界面发生吸附、重排和缔合,松弛膜就会转变为非松弛膜。不可压缩性非松弛膜受热时可以发生松弛,使压缩阻力下降。

就界面膜的强度而论[4],沥青质膜大于胶质膜。沥青质形成的界面膜强度大,可承受高压。含有适量胶质的沥青质膜,由于胶质、沥青质之间的相互作用,变得较致密,强度增大,崩塌压力不受明显影响;在胶质含量继续增大时膜强度逐渐下降。沥青质膜可以承受高压的部分原因,在于沥青质中的芳香环是平躺在界面上的。胶质分子的芳香度较低,对沥青质的缔合、聚结有阻碍作用,在高芳香度的沥青质与脂肪族体相之间构成了平稳的过渡区。

固体颗粒是使原油乳状液稳定的一个重要因素[9-11],但只有吸附了表面活性剂的固体颗粒才有乳化作用。固体颗粒在油水界面的分布依赖于固水、水油和固油之间的界面张力γsw 、γwo 和γso ,如γwo >(γsw +γso )或γsw 、γwo 、γso 中的任一个小于其它两个之和,固体颗粒将集中于界面处。当γsw >γso 时,固体颗粒大部分浸没于油相中,被水相浸润的面积小,形成的原油乳状液(W /O 型乳状液)乳滴界面面积小,稳定性高。因此,水润湿固体颗粒可以稳定O /W 型乳状液,而油润湿固体颗粒可以稳定W /O 型乳状液。固体颗粒浓度增加时水滴平均体积减小,乳状液界面总面积增大,停留于界面的固体颗粒数增多,使乳状液的稳定性增大。在固体颗粒对乳状液的稳定作用中有一个最小需要浓度(最小表面复盖率),高于这一浓度时固体颗粒在乳滴周围界面膜上的分布已较密,颗粒之间已有较强的相互作用,界面膜强度较大。

石蜡是原油乳状液稳定的另一个因素[12]。在温度降低时原油中的石蜡可形成细小的蜡晶和蜡网结构,使原油粘度上升,一些蜡晶滞留在水滴之间,阻碍油膜排泄,或在水滴表面形成具有一定强度的蜡晶网,将水滴包围分隔,阻碍水滴絮凝、聚并、沉降,使乳状液变得十分稳定。在这种情况下,温度越低则蜡网的强度越大,原油乳状液越稳定。

但由石蜡构成的界面膜与胶质膜、沥青质膜相比[12]

强度较低,在原油乳状液的稳定作用中并不重要。这是由于石蜡的基本组成是非极性的直链烷烃以及一些支链烷烃,分子间相互作用不强。2　天然乳化剂对原油乳状液破乳的阻碍作用

破乳过程一般分为三个步骤[13]:乳滴聚集,界面膜排液,界面膜破裂和乳滴聚结。吸附于界面的天然乳化剂(表面活性剂)主要通过阻碍界面膜排液而影响原油乳状液的破乳。这种对排液的阻碍产生于以下四个方面的作用[14],参见图1。①静电斥力:吸附于油水界面的离子型表面活性剂同种电荷之间产生静电斥力,阻碍两个水滴周围的界面膜相互接近。②空间阻碍:表面活性剂的亲油基团造成的空间障碍,特别是沥青质的侧链远远伸入油相而产生的空间斥力,使水滴周围的界面之间保持一定距离,从而有效地抑制水滴相互聚结。③电粘作用:天然表面活性剂电离后阳离子吸附于界面的水相一侧,亲油性阴离子位于油相一侧,产生一个静电场。水滴之间界面膜排液引起电荷转移,电场力则趋向于使离子返回原来位置,反抗界面膜排液。④界面粘度:吸附在界面的表面活性剂分子的侧向相互作用及亲油基团对油的亲合力使界面膜的刚性增大,界面粘度升高,水滴间油相的表观粘度升高,对界面膜排液产生了阻碍作用。

83　第15卷第1期丁德磐等:原油乳状液的稳定与破乳