Закономерности влияния магнитного и ультразвукового полей на процесс разделения водонефтяных эмульсий

М.А. Такаева, Н.Н. Пивоварова, М.А. Мусаева, Х.Х. Ахмадова
Грозненский государственный нефтяной технический университет,
г. Грозный,
Астраханский государственный технический университет,
г. Астрахань

Как известно, вода и нефть являются взаимонерастворимыми и при интенсивном перемешивании образуют водонефтяную дисперсную смесь (эмульсию «вода в нефти»), разделение которой в обычных отстойниках не происходит из-за малого размера частиц диспергированной воды.

Образуется такая эмульсия за счет турбулизации водонефтяной смеси при движении ее по стволу скважины, через задвижки штуцеров и по трубопрово­дам от скважины до узла подготовки нефти.

Структура водонефтяной эмульсии представляет из себя следующее: нефть (дисперсионная среда), в которой находятся капли (глобулы) воды, покрытые сольватной оболочкой - концентратом высокомолекулярных полярных веществ нефти, называемых эмульгаторами. Наличие этого сольватного слоя создает как бы защитную «скорлупу» вокруг каждой глобулы воды, препятствующую слиянию глобул даже при самопроизвольном столкновении.

Количество глобул в одном литре 1 %-ной водонефтяной высокодисперсной эмульсии исчисляется триллионами, а общая площадь поверхности- десятками квадратных метров. Капли воды в нефти, окружены оболочками, содержащими эмульгаторы: высокомолекулярные парафины и конденсированную гетероциклическую ароматику. Эта «броня» препятствует объединению глобул воды, удерживая их во взвешенном состоянии [1,2].

Цель первичной подготовки нефти – обезвоживания и обессоливания и заключается в разрушении этих бронирующих оболочек.

При комбинированном термохимическом и волновом воздействии происходит изменение структуры нефтяной дисперсной системы по двум направлениям: перестраивается дисперсионная углеводородная среда, ослабляются связи между молекулами, составляющими бронирующие оболочки.

Эффект воздействия ультразвука на НДС заключается в разрушении внешних оболочек надмолекулярных структур – дисперсных частиц [3,4]. При этом углеводороды, их формирующие, переходят в дисперсионную среду. Однако ближе к ядру плотность переходного слоя увеличивается, потенциал парного взаимодействия с ядром возрастает и энергии ультразвука недостаточно для его разрушения.

Ультразвуковая обработка может воздействовать на углеводороды и на молекулярном уровне, вызывая разрушение молекул смол – наиболее неустойчивых соединений нефтяных систем [5,6]. Образующиеся при этом свободные радикалы могут стать ядром новых дисперсных частиц меньшего размера, более легких и мобильных, а также вступать в реакции с другими свободными радикалами того же происхождения. В обоих случаях масса новых молекул или дисперсных частиц будет меньше исходных, а, следовательно, вероятность их перехода в дистилляты возрастает. Соотношение компонентов условной дисперсной частицы и переходного слоя изменяется, так же как плотность упаковки и прочность надмолекулярных структур.

Обработка магнитным полем воздействует на смолы подобным образом. Но основная роль постоянного магнитного поля в случае совместной обработки с ультразвуком проявляется в ориентации спинов в направлении вектора поля. В отсутствии внешнего ориентирующего фактора надмолекулярные образования с парамагнитными частицами в ядре находятся в хаотическом состоянии. Наложение внешнего постоянного магнитного поля вызывает ориентацию спинов в направлении вектора магнитного поля. При этом изменяется взаимное расположение молекул и надмолекулярных образований, что приводит к искажению их геометрии и освобождению иммобилизированной части слоев, окружающих ядро. Кроме того, воздействие постоянного магнитного поля «фиксирует» новую структуру НДС [7].

Таким образом, в результате обработки ультразвуком происходит частичное разрушение надмолекулярных структур, приводящее к уменьшению размера частиц дисперсной фазы нефтяной системы. А магнитное поле способствует упорядочению дисперсной фазы содержащей свободные радикалы, в направлении вектора магнитного поля. Вследствие этого гомогенность нефтяной системы возрастает, а некоторая часть углеводородов переходит в дисперсионную среду, что приводит к снижению вязкости нефтяной дисперсной системы и способствует объединению глобул воды

Ультразвуковое и магнитное поле воздействуют на поверхностно активные вещества, составляющие бронирующие оболочки глобул воды. Зарядовые ПАВ ориентируются в постоянном магнитном поле согласно силе Лоренца, а парамагнитные частицы – согласно силам обменного взаимодействия. В результате оболочка глобул деформируется, «раскачивается» и разрывается, освобождая капельки воды, которые коагулируют и осаждаются.

Список литературы

1. Сафиева Р.З. Физикохимия нефти / Р.З. Сафиева.- М.: Химия, 1998.- 448с.

2. Сюняев З.И. Нефтяные дисперсные системы / З.И. Сюняев, Р.З. Сафиева, Р.З. Сюняев.- М.: Химия, 1990.- 226с.

3. Хафизов Ф.Ш. Разработка технологических процессов при использовании волновых воздействий. Автореф. дис. д.т.н.- Уфа, 1996.- 45с.

4. Гончарук В.В. Использование ультразвука при очистке воды / В.В.Гончарук, В.В.Маляренко, Яременко В.А.// Химия и технология воды.- 2008, т. 30, №3.- С.253 – 277.

5. Унгер Ф.Г. Фундаментальные аспекты химии нефти / Ф.Г.Унгер, Л.Н.Андреева // Природа смол и асфальтенов.- Новосибирск.: Наука, 1995. - 192 с.

6. Лихтерова Н.М. Феноменологическая модель квазимицеллярного строения светлых погонов нефти и моторных топлив. / Н.М. Лихтерова, И.М. Агаянц.- НТУ, 2000, №4.- С. 24 – 37.

7. Пивоварова Н.А. Природа влияния постоянного магнитного поля на нефтяные дисперсные системы/ Н.А.Пивоварова // Нефтепереработка и нефтехимия.- 2004, №10.- С. 20-26. 

Назад к списку