Статьи +7 (495) 223-18-03

г. Москва
 
   Главная | Выставки | Статьи | Каталоги | Склад | Новости | Партнеры | Карта сайта | Контакты

Лабораторное оборудование
Промышленное оборудование
Распродажа оборудования
Галерея реакторов и фильтров


mistakes


Стабильность эмульсий и дозирование деэмульгатора

T.Sobisch, A.Uhl (LUM GmbH)

Будучи продуктом природного происхождения сырая нефть различается по качеству, а именно по содержанию воды и скорости расслоения. Для исследования стабильности нефтяной эмульсии были взяты нефти различных областей. Кроме того оценивалось влияние промышленных деэмульгаторов на отделение воды для наиболее стабильной нефтяной эмульсии. Анализ по сепарации воды во времени сравнивался с ускоренным анализом под воздействием центробежных сил в анализаторе осаждения дисперсий LUMiReader.

В большинстве случаев при добыче нефти получается эмульсия вода-масло, стабилизированная природными асфальтенами, восками и взвешенными частичками. На практике после добычи следует этап сепарирования воды, для которого желательно разрушить нефтяную эмульсию для более эффективного отделения воды. Обычно для этих целей используют ПАВ и термическую обработку, что приводит к коалесценции капель воды.

Нефть - очень сложная смесь, состав и свойства которой варьируются в широких пределах в зависимости от происхождения. Содержание воды, солей и минеральных компонентов различно для разных областей. Эти различия сказываются не только на микроскопических характеристиках (вязкости, плотности и т.п.), но и на типе и оптимальном количестве добавок для разрушения эмульсии.

При разработке деэмульгатора, а также для подбора подходящего деэмульгатора к системе необходимо протестировать множество различных составов. Оптимальную концентрацию необходимо подобрать не только исходя из технических, но также и из экономических причин. Таким образом, желательно ускорить метод количественного анализа процесса расслоения относительно классического метода расслоения, что можно сделать с помощью анализатора осаждения дисперсий LUMiReader.


Постановка эксперимента

Были исследованы две нефтяные эмульсии (обе черные гомогенные жидкости), полученные с двух разных месторождений и маркированные НЭ1 и НЭ2. Обе эмульсии исследовались в исходной концентрации с промышленным деэмульгатором. Кроме того, на базе образца НЭ2 (15 мл) были приготовлены тестовые растворы с деэмульгатором в количестве 4 мкл (0,027% об.), 8 мкл (0,054% об.), 12 мкл (0,08% об.) и 18 мкл (0,12% об.). Колбы с тестовыми растворами перемешивались в течение 30 мин на лабораторном шейкере при 150 об/мин: из-за высокой вязкости образцы плохо смешивались. После этого колбы со смесями наклонили и перевернули 10 раз. Перед наполнением тестовых ячеек колбы встряхивали в течение 1 минуты руками. Процедура подготовки образца была основана на методах, опробованных на производстве.

В тестовые ячейки из полиамида с оптической длиной волны 10 мм налили по 2.5 г образца исходной эмульсии и тестовых растворов с деэмульгатором. Общая высота наполнения составила 37 мм. Перед измерением образцы поместили в водяную баню с температурой 80°С на 30 мин.


Анализ расслоения эмульсий под действием гравитации
Принцип действия анализатора LUMiReader

Анализатор дисперсий LUMiReader LUMiReader измеря-ет интенсивность света, прошедшего через образец, как функцию от времени и положения относительно общей высоты образца. Профиль прохождения света во времени (см.ниже) содержит информацию о стабильности эмульсии (дисперсии) и кинетике процесса расслоения. Таким образом можно оценить процесс осаждения. Одновременно на LUMiReader можно проанализировать 3 различных образца. Кроме того, может быть установлена дополнительная опция - изменение угла наклона, что позволяет ускорить процесс осаждения.

Анализ нефтяных эмульсий проводился на анализаторе дисперсий LUMiReader 413-3 в инфракрасном свете при 60°С. Профили прохождения света записывались каждые 250 сек. Хотя уже через 1-2 часа измерений была видна разница между образцами, эксперимент был продолжен и в сумме составил 17 ч.

На рисунках показаны профили расслоения через 10 сек (красная линия) и через 17 ч (зеленая линия) для нефтяных эмульсий НЭ1 и НЭ2, а также на НЭ2 с деэмульгатором (0,12%).

Профили расслоения эмульсии 1 через 10 сек (красная линия) и через 17 ч (зеленая линия) Профили расслоения эмульсии 2 через 10 сек (красная линия) и через 17 ч (зеленая линия) Профили расслоения эмульсии 2 с деэмульгатором через 10 сек (красная линия) и через 17 ч (зеленая линия)

На приведенных профилях прохождения света процент низкий (порядка 5%), т.к. концентрация нефти высокая, и свет почти не проходит сквозь образец. Чем выше концентрация воды, тем она сильнее оседает со временем, ее больше у основания кюветы, что приводит к смещению зеленой линии относительно красной. Из графиков видно, что нефть с месторождения 2 без деэмульгатора очень мало меняется со временем, т.е. она очень стабильна. Нефтяная эмульсия через 17 ч осаждения расслоилась, что видно и по графику (зеленая линия) и визуально по изображению кюветы. Под графиками показаны кюветы с образцами через 17 часов отстаивания при 60°С, этим кюветам соответствует зеленая линия на графике.

Кривая просветления для определения теоретического максимума просветления

Для данного эксперимента был выбран участок кюветы 42-47 мм от дна, на базе которого была построена кривая просветления для определения теоретического максимума просветления.
Без деэмульгатора наблюдаются небольшие изменения в образцах, только через 1-2 часа после начала исследования можно было заметить значительные отличия.
Через 17 часов оседания с помощью программы для LUMiReader было рассчитано соотношение "высота чистой фазы / общая высота" при 10% пропускании света:

- НЭ1 = 8.2%
- НЭ2 = не наблюдается
- НЭ2 + 0,12% ДЭ = 9.8%


Технология STEP

С помощью анализатора размера частиц LUMiSizer процесс рас-слоения дисперсий можно ускорить:
- за счет центробежных сил (ускорение частиц и капель больше, чем при свободном падении)
- за счет температуры (улучшается диффузия, снижается вязкость)
В анализаторе LUMiSizer используется технология STEP, которая позволяет непрерывно измерять интенсивность прошедшего света как функцию от времени и расстояния относительно центра вращения. Одновременно можно исследовать до 12 образцов.

Для каждой ячейки определенное положение соответствует конкретному объему образца, на базе чего определяется объем разделенных фаз и рассчитывается плотность упаковки. График профиля прохождения света содержит информации о стабильности и кинетике процесса расслоения дисперсии.

Ускоренный анализ расслоения проводился на LUMiSizer 611 (NIR) при 60°С. Фактор ускорения = 2300g (скорость вращения ротора 4000 об/мин). Профиль прохождения записывался каждые 30 сек. Уже после 5-10 мин было ясно влияние деэмульгаторов на различные нефти.

Полнее профили пропускания света через образцы для нефтяных эмульсий НЭ1 и НЭ2, а также на НЭ2 с деэмульгатором (0,12%) показаны ниже (красные линии - первый и последующие профили каждые 10 сек, зеленая линия - последний профиль через 20 мин от начала эксперимента).

Профили пропускания света для эмульсии НЭ1 Профили пропускания света для эмульсии НЭ2 Профили пропускания света для эмульсии НЭ2 с 0,12% деэмульгатора

Результаты, полученные при ускоренном методе исследования расслоения эмульсий, дали ту же картину расслоения эмульсий, что и анализ под действием гравитации, но только за более короткое время.

Для нефтяной эмульсии НЭ2 было также проанализировано влияние концентрации деэмульгатора на стабильность эмульсии. Профили расслоения приведены ниже, с указанием только первой красной линии (через 10 сек) и последней зеленой линии (через 20 мин).

Профили пропускания света для эмульсии НЭ2 без деэмульгатора Профили пропускания света для эмульсии НЭ2 с 0,027% деэмульгатора Расслоение эмульсий через 20 минут анализа на LUMiSizer
Профили пропускания света для эмульсии НЭ2 с 0,054% деэмульгатора Профили пропускания света для эмульсии НЭ2 с 0,08% деэмульгатора
Профили пропускания света для эмульсии НЭ2 с 0,12% деэмульгатора  

Как видно из приведенных графиков, значительное расслоение (через 10 сек) наблюдается только при концентрации деэмульгатора 0.054% и выше, однако даже небольшое добавление деэмульгатора (0.027%) приводит к выделению воды. Увеличение концентрации деэмульгатора в эмульсии с 0.054% до 0.12% приводит к незначительному увеличению расслоения; это видно и на фотографиях реальных образцов через 20 мин.

Через 20 минут расслоения с помощью программы для LUMiSizer было рассчитано соотношение "высота чистой фазы / общая высота" при 10% пропускании света:

- НЭ1 = 28.4% - НЭ2 = 8,7%
- НЭ2 + 0,027% ДЭ = 14,1%
- НЭ2 + 0,054% ДЭ = 16,0%
- НЭ2 + 0,080% ДЭ = 15,4%
- НЭ2 + 0,120% ДЭ = 15,6%
Анализ кинетики и распределения воды в образце был сделан в программе режиме Front Tracking

Детальный анализ кинетики и распределения воды в образце был сделан в программе режиме "Front Tracking". Перемещение границы нефть/вода отслеживалось при 10% пропускании света: исходное положение 129.8 мм = дно кюветы.
Из эксперимента видно, что НЭ1 сильнее расслаивается под действием центробежных сил, чем НЭ2, но расслоение можно еще увеличить, добавив деэмульгатор, однако не стоит добавлять его более 0.05%.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ расслоения нефтяных эмульсий под действием сил гравитации (в LUMiReader) и под действием центробежных сил (в LUMiSizer), позволяет получить качественную и количественную характеристику эмульсии, а также оценить эффективность действия деэмульгатора. Различия между нефтями без деэмульгатора можно оценить через 1-2 часа в режиме реального времени при 60°С с помощью анализатора стабильности дисперсий LUMiReader (одновременно можно тестировать до 3 образцов). Однако с помощью анализатора размера частиц LUMiSizer можно получить подобные результаты всего за 5-10 минут. Кроме того, прибор позволяет работать сразу с 12 образцами, что дает возможность оптимизировать концентрацию деэмульгатора за один эксперимент.

 Создание сайта — Вячеслав Курашенко
© 2008 Tirit.org - ООО Портал EquipTorg.ru - промышленное оборудование, спецтехника, инструмент Яндекс.Метрика
Яндекс.Метрика Rambler's Top100