Нефтяные дисперсные системы

Коллоидная химия
Коллоидная система – это микрогетерогенная система, состоящая из двух и более фаз.
Дисперсионная среда- не раздробленная часть Д.С
Дисперсная фаза- раздробленная часть Д.С
Дисперсность (D) – раздробленность частиц
а – диаметр частиц
Свободная поверхностная энергия – избыточная энергия
поверхностного слоя
– поверхностное натяжение
S – площадь поверхности

Классификация коллоидных систем
1. По размеру
2. По межфазному взаимодействию
Лиофильные системы – сильное взаимодействие между
средой и фазой
Лиофобные системы – отсутствуют взаимодействия между
средой и фазой

высокодисперсные
нефтяные системы, содержащие частицы с размерами от нескольких нанометров до долей микрона, удельная межфазная поверхность составляет десятки, сотни, а иногда и тысячи квадратных метров на один грамм дисперсной фазы
грубодисперсные
частицы грубодисперсных НДС имеют размеры от микрона и более, удельная поверхность таких НДС менее 1 м2/г

3. По агрегатному состоянию

Нефтяные системы
Многокомпонентные жидкие смеси переменного состава, которые широкой области P-V-T-условий могут считаться молекулярными растворами. Однако ассоциативное строение приближает их к высокодисперсным системам.

По дисперсности разбавленные свободно-дисперсные нефтяные системы подразделяют на:
ультрамикрогетерогенные НДС (1–100 нм)
микрогетерогенные НДС (100–10000 нм)
грубодисперсные НДС (размеры частиц превышают 10000 нм)
По форме образующих НДС частиц бывают:
частицы волокнистой формы
частицы сферической формы и др.

Классификация П. А. Ребиндера
по степени межфазного взаимодействия
при н.у. для частиц радиусом ≈ 10-8
σ > σm лиофобные НДС
σ < σm лиофильные НДС
где
r – средний размер частиц
T – температура, К
К – универсальная газовая постоянная

Водно-нефтяные эмульсии
Эмульсия – это дисперсная система, состоящая по меньшей мере из двух взаимно мало- или нерастворимых жидкостей, одна из которых диспергирована в виде мельчайших капель (глобул) и называется дисперсной фазой, а другая – дисперсионной средой (жидкость, в которой глобулы распределены)
Нефть в воде (Н/В) – гидрофильная
Вода в нефти (В/Н) – гидрофобная

В реальных условиях в нефти содержатся:
Пластовая вода
Неорганические, органические соли и кислоты
Механические примеси
Синтетические эмульгаторы
Асфальтены
Смолы

В процессе образования эмульсий при дроблении крупных капель воды на более мелкие существенную роль играет не суммарная поверхность капель, а их удельная поверхность Sуд, определяемая из выражения
Таким образом, увеличение удельной поверхности капель сопровождается затратой определенной силы, которая концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной энергии.
Свободная поверхностная энергия единицы площади на границе жидкость –жидкость называется поверхностным, или межфазным, натяжение (σ), которое может измеряться или в единицах энергии на единицу площади (Дж/м2), или в единицах силы на единицу длины (Н/м)

Образование водно-нефтяных эмульсий
Молекула ПАВ
Прямой и обратный тип
эмульсии

Устойчивость НДС
Агрегативная устойчивость- способность системы сохранять межфазную поверхность и соответственно поверхностную энергию границ раздела частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой
Кинетическая (седиментационная) устойчивость способность системы сохранять в течение определенного времени одинаковое в каждой точке распределение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде

Термодинамика и кинетика фазовых переходов в НДС
Дисперсное состояние в нефтяной системе может формироваться двумя путями:
1) диспергированием макроскопических фаз (без изменения агрегатного состояния веществ дисперсной фазы);
2) конденсацией из молекулярных растворов (с изменением как агрегатного, так и химического состава дисперсной фазы).

Сложные структурные единицы
1 – ядро
2 - сольватная оболочка
3 - промежуточный слой

Термодинамика и кинетика фазовых переходов в НДС
– объемная составляющая потенциала Гиббса
– поверхностная составляющая потенциала Гиббса
r – радиус частицы
– поверхностное натяжение на границе дисперсная частица–дисперсионная среда

Термодинамические условия возможности образования нефтяных дисперсных систем

Термодинамика фазовых равновесий
многокомпонентных смесей
Условие равновесия между фазами в гетерогенной системе
– число молей i-го компонента
В равновесных условиях

Основные термодинамические принципы

Основные характерные свойство ассоциативных и агрегативных колебиаций
Вариации состава путём вымачивания либо исключения определённых фрагментов
Изменение поверхностной, сорбционной активности за счёт конденсации отдельных фрагментов
Способность всаливания высаливания компонентов окружающей среды в меж частичное пространство
Симметрия структурных оборудований НДС определяющиеся симметрией составляющих эти оборудования элементов
Различия
Обратимые низкотемпературные комбинации УИИ(ароматические УВ; смолы; альдегид)
Среднетемпературные агрегатные комбинации
Высокотемпературные агрегатные комбинации
Кристалиты и кокс(твёрдая пена)