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破乳剂的原理及其作用

返回列表 来源: 广州希洁环保 发布日期: 2021.04.07

破乳剂的原理及其作用

破乳剂的原理

由于一些固体难溶于水,当这些固体一种或几种大量存在于水溶液中,在水力或者外在动力的搅动下,这些固体可以以乳化的状态存在于水中,形成乳浊液。理论上讲这种体系是不稳定的,但如果存在一些表面活性剂(土壤颗粒等)的情况下,使得乳化状态很严重,甚至两相难于分离,典型的是在油水分离中的油水混合物以及在污水处理中的水油混合物,在此两相中形成比较稳定的油包水或者水包油结构,其理论基础是“双电层结构”。

在此情况下,投入一些药剂,以破坏稳定的双电层结构,以及稳定乳化体系,从而达到两相分离的目的。使用的这些为了达到破坏乳化作用的药剂称之为破乳剂。


主要作用

破乳剂是一种表面活性物质,它能使乳化状的液体结构破坏,以达到乳化液中各相分离开来的目的。原油破乳是指利用破乳剂的化学作用将乳化状的油水混合液中油和水分离开来,使之达到原油脱水的目的,以保证原油外输含水标准。

有机相与水相的有效分离,一种简单的有效方法是采用破乳剂,消除乳化形成具有一定强度的乳化界面,达到两相分离。然而不同的破乳剂对有机相破乳能力是不同的 ,破乳剂的性能直接影响两相分离效果。青霉素生产过程中,一个重要程序是用有机溶剂(如醋酸丁酯)从青霉素发酵液中萃取青霉素,由于发酵液中含有蛋白质、糖类、菌丝体等的复杂物,萃取时有机相与水相的界面不清,呈一定强度的 乳化区,对成品得率影响很大。为此须使用破乳剂破乳,消除乳化现象,达到两相快速有效分离。


常见破乳剂——目前油田中常用的非离子型破乳剂主要有以下几种:

1. SP型破乳剂

SP型破乳剂的主要组分为聚氧乙烯聚氧丙烯十八醇醚,理论结构式为R(PO)x(EO)y(PO)zH,式中:EO-聚氧乙烯;PO-聚氧丙烯;R-脂肪醇;x、y、z-聚合度。SP型破乳剂外观呈淡黄色膏状物质,HLB值为10~12,溶于水。SP型非离子型破乳剂对石蜡基原油具有较好的破乳效果。其疏水部分由碳12~18烃链组成,其亲水基是通过分子中的羟基(-OH)、醚基(-O-)与水作用形成氢键而达到亲水的目的。由于羟基、醚基亲水性较弱,所以只靠一两个羟基或醚基不能把碳12~18烃链疏水基拉入水中,须有多个这样的亲水基,才能达到水溶的目的。非离子型破乳剂的分子量越大,分子链越长,所含的羟基和醚基越多,它的拉力越大,对原油乳状液的破乳能力越强。SP型破乳剂适应于石蜡基原油的另一个原因是石蜡基原油不含或极少含胶质和沥青质,亲油性表面活性剂物质较少,相对密度较小。对含胶质和沥青质较高(或含水大于20%)的原油,SP型破乳剂的破乳能力较弱,原因是分子结构单一,无支链结构和芳香结构。

2. AP型破乳剂

AP型破乳剂是以多乙烯多胺为引发剂的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚,是一种多枝型的非离子型表面活性剂分子结构式为:D(PO)x(EO)y(PO)z H,式中: EO-聚氧乙烯;PO-聚氧丙烯;R-脂肪醇;D-多乙烯胺:x、y、z-聚合度。

AP型结构的破乳剂用于石蜡基原油乳状液的破乳,效果好于SP型破乳剂,它更适合于原油含水率高于20%的原油破乳,并能在低温条件下达到快速破乳的效果。如SP型破乳剂在55~60℃、2h内沉降破乳的话,AP型破乳剂只需在45~50℃、1.5h内沉降破乳。这是由于AP型破乳剂分子的结构特点所致。引发剂多乙烯多胺决定了分子的结构形式:分子链长且支链多,亲水能力高于分子结构单一的SP型破乳剂。多支链的特点决定了AP型破乳剂具有较高的润湿性能和渗透性能,当原油乳状液破乳时,AP型破乳剂的分子能迅速的渗透到油水界面膜上,比SP型破乳剂分子的直立式单分子膜排列占有更多的表面积,因而用量少,破乳效果明显。目前该类破乳剂是大庆油田使用较好的非离子型破乳剂。

3. AE型破乳剂

AE型破乳剂是以多乙烯多胺为引发剂的聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚,是一种多枝型的非离子型表面活性剂。与AP型破乳剂相比,所不同的是AE型破乳剂是一种二段型的聚合物,其分子小,支链短。分子结构式为:D(PO)x(EO)yH,式中:EO-聚氧乙烯:PO-聚氧丙烯:D-多乙烯多胺;x、y -聚合度。 虽然AE型破乳剂和AP型破乳剂的分子相貌存在很大的差异,但分子成分是相同的,只是在单体用量和聚合顺序上有所差别。

(1)两种非离子型破乳剂在设计合成时,其头、尾的用料量不同,产生聚合分子的长短也不同。

(2)AP型破乳剂的分子为二段式的,以多乙烯多胺为引发剂,与聚氧乙烯、聚氧丙烯聚合形成嵌段共聚物:AE型破乳剂的分子为二段式的,以多乙烯多胺为引发剂,与聚氧乙烯、聚氧丙烯聚合形成两段共聚物,因此,设计出的AP型破乳剂的分子应比AE型破乳剂的分子长。

AE型是两段多支结构的原油破乳剂,同样适应于沥青质原油乳状液的破乳。沥青基原油中亲油的表面活性剂含量越多,粘滞力越强,油水密度差小,不易破乳。而采用AE型破乳剂破乳速度快,同时,AE型破乳剂又是较好的防蜡降粘剂。由于其分子的多支结构,极易形成微小的网络,使原油中已形成的石蜡单晶落入这些网络,阻碍石蜡单晶体自由运动,不能相互连接,形成石蜡的网状结构,降低原油的粘度和凝固点,防止蜡晶聚结,从而达到防蜡的目的。

4. AR型破乳剂

AR型破乳剂由烷基酚醛树脂(AR树脂)与聚氧乙烯、聚氧丙烯聚和而成的新型油溶性的非离子型破乳剂,HLB值在4~8左右,破乳温度低达35~45℃。分子结构式为:AR(PO)x(EO)y 

H,式中:EO-聚氧乙烯;PO-聚氧丙烯;AR-树脂;x、y、z-聚合度。 

AR树脂在合成破乳剂的过程中,既起引发剂的作用,又进入破乳剂的分子中成为亲油基。AR型破乳剂的特点是:分子不大,在原油凝固点高于5℃的情况下有较好的溶解、扩散、渗透效应,促使乳化水滴絮凝、聚结,能在45℃以下,45 min内把含水率在50 %~70 %的原油中的水脱出80 %以上,这是SP型、AP型破乳剂所不能比的。


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