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稠油组分及乳化剂对油水界面性质影响的研究

白金美  
【摘要】: 本文采用吸附色谱法对孤岛稠油和辽河稠油进行了极性四组分分离,并以核磁共振为基础,结合红外光谱、元素组成及平均分子量等数据,用改进的Brown-Ladner法对稠油及其组分进行结构分析,通过考察组分模拟油的油水界面张力和zeta电势,探求了稠油组分之间、乳化剂与稠油组分之间相互作用,以及稠油组分的组成结构与其界面化学性质之间的关系。 实验选用的孤岛稠油和辽河稠油都具有密度大、粘度大、凝点高、酸值高、碱氮值高等特点。两种稠油的胶质和沥青质总含量均超过40%,胶质、沥青质的酸值、碱氮值比较高,杂原子含量较高,环状结构较多,稠油中的极性物质主要集中在胶质、沥青质组分中,两种稠油的极性物质在各组分中的分布差别较大。 稠油及其组分组成结构的差异决定了稠油组分界面活性的不同。饱和分是界面惰性物质,芳香分基本没有界面活性,胶质、沥青质能降低空白模拟油的界面张力,是稠油中的主要界面活性物质。稠油极性组分的氢碳原子比越小,杂原子含量越高,酸值、碱氮值越高,其模拟油的油水界面张力越低,即组分的界面活性越强。对于辽河稠油和孤岛稠油的同一类极性组分,分子量越大,酸值、碱氮值越高,组分模拟油的油水界面张力越低,即组分界面活性越强。对于同种稠油的不同极性组分,芳香碳率、芳香环缩合程度越大,烷基支化度越小,界面活性越高。稠油及其极性组分在碱性条件下表现出较强的界面活性,即各极性组分中的酸性基团占有优势;水相NaCl浓度对稠油及其组分模拟油的油水界面张力影响较小,说明稠油中的界面活性组分绝大部分为油溶性物质。 当水相为去离子水时,稠油及其组分模拟乳状液的zeta电势为负值。随着稠油组分极性增大,zeta电势绝对值升高。在强酸强碱条件下,pH值对zeta电势的影响比在中性条件附近强烈,其绝对值降低幅度大。其中,强酸环境导致体系油水界面zeta电势绝对值的降幅达到60mV。水相中盐含量的增加导致zeta电势绝对值变小。 胶质、沥青质与饱和分、芳香分之间的相互作用强度不同。饱和分与胶质之间无明显的相互作用;饱和分的烷基支化度大,使饱和分-沥青质双组分模拟油中沥青质的溶解度降低,即饱和分和沥青质之间存在负的协同作用。芳香分的芳香度较高,对胶质、沥青质的溶解作用强;其烷基支化度小,分子体积小,易进入胶质、沥青质片状分子之间,部分拆散平面堆砌而成的聚集体,使胶质、沥青质结构单元数增多,即芳香分与胶质、沥青质都存在正的协同作用;胶质、沥青质分子之间由于分子间氢键的形成而存在协同作用。 在乳化过程中,乳化剂与稠油组分相互作用的强弱取决于稠油组分自身的界面活性,组分界面活性越高,乳化剂降低组分模拟油界面张力的能力越强。两种稠油的饱和分、芳香分基本没有界面活性,很难吸附在界面上与乳化剂发生相互作用。稠油、胶质、沥青质与阴离子乳化剂LAS之间存在正的协同作用;稠油、胶质、沥青质与非离子乳化剂OP-10之间存在负的协同作用。在中性及弱酸弱碱环境中阴离子乳化剂LAS与稠油极性组分间表现出较强的协同作用,使油水界面张力降低至2mN·m~(-1),zeta电势绝对值升高至120mV以上;一定浓度的NaCl能够促进乳化剂与稠油组分之间的相互作用,增强乳状液的稳定性。


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