Принцип действия демульгаторов и их применение

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано sdos34 2 июня 2016 года в 11:59. Принцип действия демульгаторов и их применение. Демульгаторы – это вещества, которые помогают разрушать эмульсии. Поскольку некоторые твердые вещества плохо растворяются в воде, при наличии большого количества таких веществ в водном растворе они могут находиться в эмульсированном состоянии под действием гидравлических или внешних сил, образуя тем самым турбидность. Теоретически такая система является нестабильной, но при наличии определенных поверхностно-активных веществ (частиц почвы и т. д.), которые способствуют сильному эмульгированию, разделение двух фаз становится затруднительным. Наиболее типичными примерами являются смеси масла и воды при их разделении, а также смеси воды и масла при обработке сточных вод. В этих случаях формируются относительно стабильные структуры типа «масло в воде» или «вода в масле». Теоретической основой для этого служит концепция «двойного электрического слоя». В таких случаях вводятся определенные вещества для нарушения стабильной структуры диэлектрического слоя, а также для подрыва стабильности эмульсионной системы, тем самым достигается разделение двух фаз. Реагенты, используемые для нарушения процесса эмульгирования, называются демульгаторами. Основное назначение: демульгатор представляет собой поверхностно-активное вещество, которое способствует разрушению структуры эмульсии, тем самым позволяя компонентам эмульсии разделиться друг от друга. Демульгирование сырой нефти — это процесс, при котором с помощью химических веществ-демульгаторов разделяют масло и воду в эмульсионной смеси, тем самым достигая цели удаления воды из сырой нефти и обеспечивая соответствие стандартам содержания воды при её транспортировке. Для эффективного разделения органической и водной фаз самым простым способом является использование демульгаторов, которые устраняют образование эмульсионной границы с определенной прочностью, тем самым обеспечивая разделение двух фаз. Однако различные демульгаторы обладают разной способностью к демульгированию органической фазы, и характеристики демульгатора напрямую влияют на эффективность разделения фаз. В процессе производства пенициллина важной стадией является экстракция пенициллина из ферментативного раствора с помощью органических растворителей (например, бутирата уксусного). Поскольку ферментативный раствор содержит белки, сахара, мицелий и другие сложные вещества, на границе между органической и водной фазами образуется зона эмульсии определенной интенсивности. Это сильно влияет на выход готового продукта. Для этого необходимо использовать демульгатор для разрушения эмульсии, устранения явления эмульгирования и обеспечения быстрого и эффективного разделения двух фаз. Распространенные демульгаторы. В настоящее время в нефтяных полях чаще всего используются следующие типы неионных демульгаторов: 1. Демульгаторы типа SP. Основным компонентом демульгаторов типа SP является эфир полиоксиэтилена и полиоксипропилена с октадецилолом; теоретическая структурная формула такова: R(PO)x(EO)y(PO)zH, где EO – полиоксиэтилен ； PO-полиоксипропилен ； R-жирные спирты ； x, y, z — степень полимеризации. Демульгатор типа SP представляет собой светло-желтую пастообразную массу; значение HLB составляет 10–12; растворяется в воде. Неионные демульгаторы типа SP обеспечивают хороший эффект демульгирования для нефти на парафиновой основе. Ее гидрофобная часть состоит из углеводородных цепей с 12–18 атомами углерода; гидрофильная группа обеспечивает гидрофильность за счет образования водородных связей с водой посредством гидроксильных групп (-OH) и эфирных групп (-O-) в молекуле. Поскольку гидроксильные и эфирные группы обладают слабой гидрофильностью, одной-двух таких групп недостаточно для того, чтобы гидрофобный углеводородный цепочки с 12–18 атомами углерода растворились в воде. Для достижения этой цели необходимо наличие множества подобных гидрофильных групп. Чем больше молекулярная масса неионного демульгатора, чем длиннее его молекулярная цепь и чем больше в нем гидроксильных и эфирных групп, тем выше его сила притяжения, а значит, тем лучше его способность разрушать эмульсии сырой нефти. Еще одной причиной, по которой демульгаторы типа SP подходят для нефти на основе парафина, является то, что в такой нефти практически нет или совсем мало гумуса и асфальтенов; кроме того, в ней мало липофильных поверхностно-активных веществ, а относительная плотность невелика. Для сырой нефти с высоким содержанием гумуса и асфальтенов (или с содержанием воды более 20%) способность демульгаторов типа SP к демульгированию ослаблена из-за простой молекулярной структуры, отсутствия боковых цепей и ароматических структур. 2. Демульгатор типа AP. Демульгатор типа AP представляет собой полиэтиленоксид-полипропиленоксидный эфир, в качестве инициатора для его синтеза используется полиэтиленполиамин. Это многоветвящийся неионный поверхностно-активный вещество. Его молекулярная формула: D(PO)x(EO)y(PO)z H, где EO – полиэтиленоксид ； PO-полиоксипропилен ； R-жирные спирты ； D-полиэтиленамин: степень полимеризации x, y, z. Демульгаторы типа AP используются для разрушения эмульсий парафинового сырья, причем их эффективность выше, чем у демульгаторов типа SP. Они более подходят для разрушения эмульсий при содержании воды в сырье свыше 20%, а также позволяют достичь быстрого разрушения эмульсии при низких температурах. Если демульгатор типа SP способен к демульгированию при температуре 55–60°C в течение 2 часов, то демульгатор типа AP требует лишь температуры 45–50°C и времени в 1,5 часа для достижения такого же эффекта. Это обусловлено структурными особенностями молекул демульгатора типа АП. Инициатор поливинилполиамин определяет структуру молекулы: длина молекулярной цепи велика, а количество боковых ветвей много, что придает ей более высокую гидрофильность по сравнению с демульгаторами типа SP с более простой молекулярной структурой. Благодаря своей многоветвистой структуре демульгаторы типа AP обладают высокими свойствами смачивания и проникновения. При разрушении эмульсии нефти молекулы демульгаторов типа AP способны быстро проникать в мембрану, находящуюся на границе между нефтью и водой. Благодаря этому они занимают большую площадь поверхности по сравнению с молекулами демульгаторов типа SP, которые образуют однослойную мембрану. В результате требуется меньшее количество демульгатора для достижения эффективного результата. В настоящее время такие демульгаторы являются наиболее эффективными неионными демульгаторами, используемыми на нефтяном месторождении Дачин. 3. Демульгатор типа AE. Демульгатор типа AE представляет собой полиэтиленоксид-полипропиленоксидный эфир, в качестве инициатора для синтеза которого используется полиэтиленполиамин. Это многоветвящийся неионный поверхностно-активный вещество. В отличие от демульгаторов типа AP, демульгаторы типа AE представляют собой двухчастные полимеры с маленькими молекулами и короткими ветвями. Молекулярная формула: D(PO)x(EO)yH, где: EO — полиоксиэтилен; PO — полиоксипропилен; D — поливинилполиамин ； x, y — степень полимеризации. Хотя молекулы демульгаторов типа AE и типа AP сильно отличаются по своей структуре, их состав остается одинаковым; различия заключаются лишь в количестве используемых мономеров и порядке полимеризации. (1) При проектировании и синтезе двух типов неионных демульгаторов количество используемых компонентов в их начальной и конечной частях различается, что в свою очередь влияет на длину полимерных молекул. (2) Молекулы демульгаторов типа AP имеют двухчастную структуру; при использовании поливинилполиамина в качестве инициатора они полимеризуются с полиэтиленгликолем и полиопропиленгликолем, образуя блочные кополимеры. Молекулы демульгаторов типа AE также имеют двухчастную структуру, но при этом поливинилполиамин служит инициатором для полимеризации с полиэтиленгликолем и полиопропиленгликолем с образованием двухчастных кополимеров. Следовательно, молекулы демульгаторов типа AP должны быть длиннее, чем молекулы демульгаторов типа AE. Тип AE — это демульгатор с двухфазной многоструйной структурой, подходящий также для демульгирования эмульсий нефти с асфальтеновым составом. Чем выше содержание липофильных поверхностно-активных веществ в нефти на основе асфальта, тем выше её вязкость; при этом разница в плотности между нефтью и водой снижается, что затрудняет процесс демикширования. Кроме того, демульгатор типа AE обеспечивает быструю демульгацию; при этом он также является эффективным средством против образования воска и снижения вязкости. Благодаря многораменной структуре молекул легко образуются крошечные сети, в которые попадают уже сформировавшиеся кристаллы парафина. Это препятствует свободному движению кристаллов парафина, мешает им соединяться друг с другом, что способствует формированию сетчатой структуры парафина. В результате снижается вязкость и температура затвердевания сырой нефти, а также предотвращается объединение кристаллов парафина, что позволяет достичь цели защиты от парафина. 4. Демульгатор типа AR. Демульгатор типа AR представляет собой новый вид неионного маслорастворимого демульгатора, получаемого путем смешивания алкилфенолформальдегидной смолы (смолы AR) с полиэтиленгликолем и полиопренином. Значение показателя HLB составляет примерно 4–8; температура демульгирования может быть на уровне 35–45°C. Формула молекулярной структуры: AR(PO)x(EO)y H, где EO – полиэтиленгликоль ； PO-полиоксипропилен ； Смола AR ； x, y, z — степень полимеризации. При синтезе демульгаторов смола AR выполняет роль инициатора, а также входит в молекулу демульгатора в качестве липофильной группы. Особенности демульгаторов типа AR заключаются в следующем: их молекулы невелики, поэтому при температуре затвердевания сырой нефти, превышающей 5°C, они обеспечивают хорошие эффекты растворения, диффузии и проникновения. Это способствует флокуляции и объединению эмульгированных капель воды. При температуре ниже 45°C за 45 минут можно удалить более 80% воды из сырой нефти, содержащей от 50% до 70% воды. Это превосходит возможности демульгаторов типов SP и AP.