Особенности нефтяных дисперсных систем
Дисперсная система – это система, образования из двух и более тел (фаз), которые практически не реагируют с друг другом и не смешиваются.
Дисперсная система состоит из неполярных и полярных соединений, которые взаимодействуют с надмолекулярными структурами, в результате такого взаимодействия вокруг надмолекулярной структурой образуются сальватные оболочки, что способствует формированию сложной структурной единицы.
Надмолекулярная структура – это структура, которая может возникнуть в результате укладки макромолекул.
Все структурные единица нефтяной дисперсной системы являются сложной, что обусловлено следующими причинами:
- Сложное строение, причиной которого являются геометрическая форма и природа макромолекул высокомолекулярных соединений.
- Поверхностные силы, которые возникают между макромолекулами.
- Взаимодействие дисперсной системы с дисперсионной средой.
Нефтяные дисперсные системы характеризуются структурно-механической прочностью, под которой подразумевается ее способность сопротивляться внешнему воздействию. Структурно-механическая прочность нефтяной дисперсной системы в первую очередь зависит от толщины сальватной оболочки, которая образовывается вокруг надмолекулярной структуры. Чем меньше ее толщина, тем выше структурно-механическая прочность.
Изменение температуры воздействует на структурно-механическую прочность. С ее повышением она снижается и может полностью исчезнуть, при переходе нефтяной дисперсной системы в состояние молекулярного раствора. Изменение температуры также может оказывать влияние на устойчивость всей дисперсной системы к расслоению. Под устойчивостью нефтяной дисперсной системы подразумевается способность дисперсной фазы сохранять равномерное распределение сложной структурной единицы в дисперсионной среде. Неустойчивость нефтяной дисперсной системы оказывает влияние на такие процессы нефтяной промышленности как хранение, транспортировка и добыча нефти, что становится причиной проведения ряда мероприятий по защите от расслоения. Неустойчивость нефтяной дисперсной системы проявляется укрупнением частиц дисперсной фазы из-за их слипания. Во время этого процесса теряется кинетическая устойчивость и происходит коагуляция (разделение фаз). Данный процесс состоит из двух этапов скрытого (укрупнение частиц) и явного (выпадение частиц в осадок).
Классификация нефтяных дисперсных систем
Нефтяные дисперсные системы могу классифицироваться:
- По агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.
- По степени устойчивости нефтяной дисперсной системы.
- По дисперсности.
- По форме образующих частиц.
- По степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой.
В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы выделяют несколько типов дисперсной системы. Например, если среда и фаза являются твердыми, то такая нефтяная дисперсная система относится к твердым структурам (нефтяной углерод), если фаза является жидкой, а среда твердой, то такая система относится к твердым эмульсиям (гач, церезин). Также, в зависимости от агрегатного состояния среды и фазы система может относиться к твердым пенам, суспензиям (гелям, золям), жидкостным эмульсиям, газовым эмульсиям, аэрозолям.
По степени устойчивости нефтяные дисперсные системы могут быть необратимыми или обратимыми. Необратимые представляют собой систему, образовавшуюся в результате химических превращений, сопровождающихся появлением дисперсной фазы, которую нельзя вернуть в первоначальное состояние с помощью внешнего воздействия. Обратимые нефтяные дисперсные системы образуются в результате физических превращений (образование кристаллов парафина, образование пузырьков газа при кипении, образование ассоциатов и асфальтенов. Такие системы можно вернуть в первоначальное состояние с помощью внешнего воздействия (изменение температуры, добавление растворителя и т.п.).
По дисперсности нефтяные дисперсные системы можно разделить на грубодисперсные и высокодисперсные. К высокодисперсным система относятся нефтяные системы, которые содержат частицы размерами от нескольких нанометров до долей микрона, при этом их межфазная поверхность может быть тысячи квадратных метров на один грамм дисперсной фазы. Частицы грубодисперсной системы характеризуются размером частиц от одного микрона, а их поверхность составляет не менее одного квадратного метра на один грамм дисперсной фазы.
По степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой нефтяные системы бывают лиофобные и лиофильные. Лиофобные системы неустойчивы к влиянию температуры и образуются за счет энергии извне. Лиофильные системы устойчивы к воздействию температуры и образуются самопроизвольно.
