2.Мұнай эмульсияларының түрі мен оларды ыдырату әдістері.

Мұнай эмульсия түрлері. Су мен мұнай өте қиын бөлінетін эмульсияны жиі түзеді. Эмульсия деп бір біінде ерімейтін немесе қиын еритұғын екі сұйқтықтан тұратын, біреуі екіншісінде өте көп микроскопиялық тамшы (глобул) күйнде, оның мөлшері эмульсияның бір литрінде тараған сұйықтығын дисперс ортасы, ал дисперс ортадағы тараған екінші сұйықтықты – дисперс фазасы деп атайды. Шайырлы қосылыстары бар, эмульсия түзуге өте бейімдеу келеді. Эмульсияның түзілуіне мұнайды өндіруде оны сумен өте қатты араластыру әсер етеді.

Мұнай эмульсиялары ашық сары түстен қою-қоңыр түске дейін кездеседі. Көп жағдайларда олар судың мұнайдағы эмульсиясы, дисперс орта есебінде мұнай, ал дисперс фазасы – су түрінде қалқын жүреді, ал бенизнде немесе басқа еріткіштерде біркелкі тарайды. Мұндайдың судағы эмульсия түрі, дисперс орта күйнде су болатын өте сирек кездеседі. Мұндай эмульсиялар гидрофильді келеді: олар суда біркелкі тарайды да бензинде шөгеді.

Эмульсияның түзілуі беттік құбылыстармен байланысты. Сұйықтықтың беттік қабаты ауамен немесе басқа сұйықтықпен шекарада белгілі беттік кернеумен, яғни өзінің бетінің өсуіне кедергі жасайтын сұйықтыұ күшімен сипатталады. Мұнайдың және мұнай өнімдерінің беттік кернеуі 0,02-0,05 н/м аралығында болады. Таза мұнай өнімдеріне кейбір заттарды қосу олардың сумен шекарадағы беттік кернеуінің төмендеуіне алып келіпр соғады. Бұл құбылыс жалпы сипатты.

Кейбір кездерде заттар тіптен өте аз концентрацияда ерігеннің өзінде сұйықтықтың беттік кернеуін едауір төмендетеді. Беттік кернеуді төмендететін заттарды беттік-активті заттар дейді. Бұл заттардың ерекшелігі, оларың құрамына, әдетте көмірсутекті радикалы (молекуланың гидрофобты бөлігі) және полярлы топты бөлік (молекуланың гидрофилді бөлігі) кіреді. Екі фазалы сұйық жүйеде фаза аралық шекте полярлы заттардың әсерінен беттік кернеудің төмендеуін қосылған заттың жүйе компонентінде оған еріткіш болатын бір келкі тарамаумен түсіндіріледі. Шекара фазадағы оның концентрациясы еріткіштің барлық көлемдегісінен жоғары болады. Басқаша айтқанда, қосылған полярлы зат еріткіштің беттік қабаты мен ассорбцияланады да оның беттік энергиясын төмендетеді. Осының нәтижесінде фаза бөлу шекарасына адсорбцияланушы қабат түзіледі, еріткіш бетінегі беттік активті затын молекуласы қабаты деп қарауға болады.

Әртүрлі эмульсия, оның ішіне мұнай эмульсиясы да егер бір біріне ерімейтін екі сұйықтыққа механикалық әсер дисперстенуге яғни сұйықтықтыың өте кішкентай бөлшектерге бөлуіне алып кеп соқанда, түзілуі мүмкін. Сұйықтықтардың беттік кернеуі аз болған сайын тамшының түзілуі жеңіл жүреді, яғни сұйықтықтың жалпы беті өшеді, себебі ол аз күш жұмысауды қажет етеді. Бірақ екі фаза бір бірінде ерімейтін сұйықтықтарды араластырудан кейін алынған эмульсия тұрақтылығы жоғары болмайды. Ауырлау сұйықтықтық түбіне отырады, дисперс фазасының тамшылары бір бірімен соқтығысып үлкейеді. Бұл екі процессте эмульсияның екі қабатқа бөлінуіне алып кеп соғады. Тек қана дисперстігі өте жоғары дәрежеде, дисперс фазасының тамшысының диаметрі микрометрден ондық бөлшегімен ( м) өлшенгенде және молекулалық күшті гравитациялық күштер теңестіргенде эмульсияны бұзу қиындайды.

Егер екі бір біріне ерімейтін сұйықтықтар қоспасы дисперстенуге қаблетті жағдайда болса және онда адсорбция қабатын түзу арқылы беттік кернеуді төмендететін беттік-активті зат болса, жағдай басқаша болады. Біріншіден, бұл тамшының бөлінуіне жағдай туады, екіншіден, (бұл өте шешуші рөл атқарады), тамшы дисперс ортаның молекуласымен емес, ол күшті адсорбциялық қабатымен қапталады. Мұндай жағдайда тұрақты, қиын бөлінетін эмульсия түзіледі, себебі дисперс фазасының тамшысы - өзіндік өте тұрақты қабатымен қапталғандықтан, олар бір бірімен қосыла алмайды. Кейбір кездерде адсорбция қабатының қалыңдығы микроскоппен байқауға болатындай дәрежеде болады.

Эмульсияның түзілуімен тұрақтануына жәрдемдесетін заттарды эмульгаторлар дейді. Оларға мұнайдың шайырлары, асфальтендері, асфальтоген қышқылдары және олардың ангидридтері, нафтен қышқылының тұздары, тағы да әртүрлі анорганикалық қоспалар жатады.

Тұрақты мұнай эмульсиясының түзілуіне әртұрлі қатты көмірсутектері – парафиндер, церезиндер және қоспа алкан, сақиналкан көмірсутектерінің микрокристалдары қатысады, олар эмульсия глобуласының бетіне адсорбцияланады., тұрақты қабат түзеді. Шикі мұнайда эмульгатор болып көбінесе шайырлар саналады. Олар мұнайда жақсы ериді және суда ерімейді. Шайырлар мұнай-су шекарасындағы бетке адсорбцияланып, мұнай жағынан беттік қабатқа түседі де су бөлшегінің айналасында тұрақты қабат түзеді.

Мұнай қышқылының алюминий, калций, магний және темір сабынтүздары мұнайдың және оның дитиляттарында жақсы ериді және сондықтан олар гидрофобты эмульсиялар түзуге көмектеседі. Керісінше мұнай қышқылдарының натри сабын түзы суда және көмірсутектерінде жақсы ериді. Сондықтан олар су фазасы жағындағы беттік қабатқа, мұнай тамшыларын қоршап, адсорбцияланады да, мұнайдың судағы гидрофилді эмульсиясының түзуіне жәрдемдеседі. Эмулгаторлардың екі тұрі де болған жағдайда эмульсиялардың айналуы, яғни бір түрінен екінші тұріне өтуі мүмкін. Осы құбылысты кейбір кездерде эмульсияларды бұзуға пайдаланады.

Мұнай эмульсиясының қасиеттері. Мұнай эмульсиясына мынадай физика-химиялық қасиеттер тән: дисперстік, тұтқырлық, тығыздық, электр қасиеті, тұрақтылық. Дисперстік деп дисперс фазасының дисперс ортадағы бөлуін атайды. Дисперс фазасының эмульсиялардағы мөлшері 0,1-нан 100 мкм дейін өзгереді. Мұнай эмульсиясының тұтқырылғы сумен мұнай тұтқырлығынан жоғары. Эмулсилардың электр тоғының өткізгіштігі судың эмульсия дисперстігінен, тағы суда еріген тұздармен қышқылдар мөлшеріне байланысты.

Мұнай эмульсияларының тұрақтылығына, яғни белгілі уақытта мұнаймен суға бөлінбейтін, дисперстік, араластрушы сұйықтар температурасы, эмульсия құрамында эмульгаторлар болау әсер етеді.

Мұнай эмульсияларын бұзу әдістері. Мұнай эмулсияларын бұзу тетігі бірнеше сатыдан тұрады: 1) су глобуларының қақтығысуы; 2) глобулдардың үлкендеу тамшыларға бірігуі; 3) тамшылардың тұнуы.

Эмульсияны бұзу үшін өндірісті тәжірибеде мынадай әдістер қолданылады: 1) механикалық; 2) термиялық; 3) химиялық; 4) электр тоғының әсер ету.

Механикалық әдістерге тұндырыу, центрифугирлеу және сүзу жатады. Тұндыру процесін мұнайды кен орнын жинау жүйесінде шикі зат резервуарларында судың негізгі бөлігін бөлу үшін пайдаланады. Сүзу және центрифугирлеу әдістері іс жүзінде қолдану таппады.

Термиялық әдіс жылу пайдалануға негізделген. Эмульсияны қыздырғанда эмульгаторлардың жұқа қабығы кеңейеді де жарылады, ал сұйықтық тамшылары бір-бірімен бірігеді.

Эмульсияларды бұзу үшін химиялық әдіс – эмульгаторлармен әрекеттеу – су тамшыларының қабаттарының құрылымдық механикалық тұрақтылығын әлсірететін қаптау – көп қолдану табуда. Деэмульгатор есебінде әртүрлі беттік-активті заттар қолданылады, бірақ олардың эмульсияға әсері өте күрделі және аз зерттеледі. Деэмульгаторлардың судағы ерітіндісінің әрекетіне қарап, оларды ион-активті және ионсызактивті деп бөледі. Ионактивтілер ерітіндіде катиондар мен аниондарға диссоциацияланады, ал ионсыз деэмульгаторлар иондар түзбейді. Ең жақсы деэмульгаторлы әсер қазіргі кезде кен орнында және МӨЗ қолданатын ионсыз деэмульгатор – проксамин, диссолтван, прогалит, оксиэтилденген май қышқылдары.

Электр тоғмен эмульсияларды бұзу су глобуласының электр өрісінің әсерімен соқтығысып іріленуіне негізделген. Мұнай эмульсиясы айнымалы электр өрісіне түскенде, теріс зариадталған су бөлігі тамшы ішінде қозғала бастайды да, нәк тәрізді пішін алып үшкір жағымен оң зарядты электродпен бағытталады. Электродтардың полярлығын ауыстырғанда тамшы конфигурациясы өзгереді. Кейбір тамшылар электр өрісінде оң электрод бағытында, бір-бірімен соқтығысып қозғала бастайды, бірігіп іріленеді де бөлінің төмен түседі.

Өндіріс тәжірибесінде мұнайдан су мен тұзді бөлу үшін эмульсияларды бұзудың қосарланған әдістерін – термохимиялық, электртермоимиялық және басқа қолданады.

Мұнайды кен орындарында судан және тұздан айыру. Кен орындарында эмульсияны құбыр ішінде және термохимиялық бұзу әдістері ең көп тараған.

Эмульсияны құбыр ішіде бұзу мынаған негізделген.

Ұңғының құбыр аралық аумағында немесе мұнайды жинау коллекторының кіре берісіне 1т шикі мұнайға есептегенде 15-20г эмульгатор беріледі, ол эмульсияны кенжардан мұнайды дайындау қондырғысына дейінгі қозғалу процесінде бұзады. Процес тиімді мына факторларға – эмульсияның деэмульгатормен араластыруды жеделдету мен жүргізу уақытына, ағым температурасына, эмульсиядағы судың мөлшеріне байланысты. Эмульсияны құбыр ішінде бүзу әдісін қолдану мұнайды дайындау қондырғыларының қуатын арттырады, дайындау сапасын жақсартады.

Елдегі өндірілетін мұнайдың 80% кен орындарында судан айыруды термохимиялық қондырғыларда жүргізеді. Жай термохимиялық судан айыру қондырғылары атмосфералық қысымда істейді. Мұнайға деэмульгатор қосады, одан кейін ол жылытылады да тұндыру резервуарына түседі. Мұнайды былай әрекеттегенде тығыз жабылмайтұғын резервуарларда жеңіл мұнай фракцияларының жоғалуы мүмкін.

Мұндай кемістіктер қысыммен жүргізілетін термохимиялық тұндыруда жойылады. Газдан айырылған шикі мұнай 2 сораппен 1 ыдыстан алынып, 3 жылуалмастырғыш пен 4 буқыздырғыш арқылы 5 термотұндырғышқа итеріп жіберіледі. Мұнайға сорапқа түсер алдында деэмульгатор қосылады. Термотұндырғышта мұнай 1,5 МПа қысыммен 1-3 сағаттай болады. Судан айырылған мұнай 3 жылуалмастырғыш арқылы 6 резервуаға жәберіледі. Резервуарда мұнай қосымша судан бөлінеді. Су 5 және 6 ыдыстардан 10 мұнайұстағышқа, одан кейін 7 ұңғыға жіберіледі. Ағын судың бір бөлігі 8 сораппен шикі зат ілеспе судағы деэмульгатордың қайта пайдалнуға береді. Мұнай 11 сораппен ұстағыштан қайтадан судан айыруға беріледі.

1,13-сыйымдылықтар: 2,8,9,11,12-сорантар; 3-жылуалмастырғыш; 4-буқыздырғыш; 5-термотұндырғыш; 6-резервуар; 7-ұңғы; 10-мұнайұстғыш; I - шикі мұнай; II - судан айырылған мұнай; III - су; IV - деэмульатор.

1.3 сурет - Қысыммен істейтін мұнайды судан айыру қондырғысының жүйесі

13-билет