Дисперсные и коллоидные свойства нефтей.
Вследствие различной склонности углеводородов к межмолекулярным взаимодействиям в нефтяных системах, формируются дисперсные системы групп жидкостей, нерастворимых друг в друге – эмульсий. Одна из жидкостей диспергирована в другую в виде капель (капля – глобула).
Диспергированная жидкость является внутренней или дисперсной фазой. Жидкость, в которой находится дисперсная фаза, называется дисперсной средой.
Свойства эмульсий близки к свойствам коллоидных растворов. От последних эмульсии отличаются более крупными размерами глобул.
Размер частиц капель.
I - истинные растворы (молекулярные размеры)
II – коллоидные растворы
III – микрогетерогенная (эмульсия)
IV – грубодисперсные системы
Для осуществления эмульгирования необходимо затратить работу, которая представляется как поверхностное межфазное натяжение. Глобулы дисперсной фазы имеют сферическую форму, так как такая форма имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию для данного объёма.
Высокодиспергированные
эмульсии являются термодинамически
устойчивыми системами, их называют
лиофильные. Значение межфазной
поверхностной энергии для них меньше
граничного значения
.
Предельным случаем являются истинные
растворы, где
=0.
Лиофобные системы – термодинамически неустойчивые системы с высоким межфазным поверхностным натяжением.
Различают эмульсии 2-х типов:
– прямого типа- эмульсии неполярной жидкости в полярной Н/В (нефть – вода).
– второго (обратного) типа – эмульсии полярной жидкости в неполярной В/Н.
Лиофобные эмульсии, образующиеся при добыче нефти как правило относятся к эмульсиям II-го типа. Тип эмульсии устанавливают при определении свойств её дисперсионной среды. Эмульсии В/Н смешиваются с маслом, нефтью; смачивают гидрофобную поверхность и не обладают заметной электропроводностью. Эмульсии Н/В смешиваются с водой, они обладают высокой электропроводностью и смачивают гидрофобную поверхность. Тип эмульсии можно определить по их способности к окрашиванию: эмульсии В/Н окрашиваются маслорастворимыми красителями (Судан III), эмульсии Н/В окрашиваются водорастворимыми красителями (метиленовый голубой).
Усилить устойчивость эмульсии можно введением эмульгаторов, которые изменяют поверхностное напряжение . Они могут приводить к обращению фаз, т.е. превращению эмульсий Н/В в В/Н и наоборот. По концентрации дисперсные фазы эмульсии делят на:
– разбавленные,
которые содержат до 0.1% дисперсной фазы.
Диаметр глобул в основном
см.
Они агрегативно устойчивы без введения
эмульгаторов;
– концентрированные, содержащие до 74% дисперсной фазы (монодисперсной). Диаметр капель ≈ 0.1 микрон. При добыче и обессоливании нефтей образуются в основном дисперсии этого типа.
– высококонцентрированные эмульсии – содержание дисперсной фазы более 74%, вследствие плотной упаковки глобул, они не способны к седиментации (осаждению). К таким дисперсиям относят консистентные смазки. Устойчивость эмульсии измеряется временем их существования.
Стабилизацию нефтяных эмульсий обеспечивают:
1)введением сильных ПАВ, например нафтеновых и жирных кислот, низших смол.
2) введением слабых ПАВ (асфальтены, высшие смолы).
3) введением твёрдых веществ минерального и органического характера. Они, благодаря их избирательному смачиванию, прилипают к дисперсным каплям и образуют прочные бронированные слои. Частицы твёрдых эмульгаторов должны быть меньше капель глобул.
В нефтях присутствуют природные эмульгаторы. Неорганическая часть их состоит из глины, песка, горных пород в высокодисперсном состоянии.