Кинетические и термодинамические параметры взаимодействия водных растворов поверхностно-активных веществ с нефтяными пленками
Аннотация
Проведено исследование взаимодействия водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) с нефтяными пленками по кинетике их отмыва с поверхности твердого тела в диапазоне температур 25–75 °C. Подтверждена корректность рассмотрения моющего действия водных растворов ПАВ по отношению к нефтяным пленкам в рамках явления переноса и уточнено аналитическое уравнение для кинетики данного процесса. Продемонстрирована аналогия температурной зависимости параметров данного процесса и вязкости нефтей. Выявлена некорректность описания этих двух процессов переноса только по энергии активации и впервые разработана методика расчета всех их термодинамических параметров. Показано их хорошее соответствие экспериментальным данным, полученным принципиально различными методами. Установлено, что потенциал Гиббса моющего действия растворов ПАВ по отношению к нефтяным пленкам меняет знак при T = T*, где T* – температура фазового перехода в нефти. В результате при T < T* моющее действие определяется энтальпией (энергией активации), а при T > T* – энтропией данного процесса.
Предложен механизм моющего действия ПАВ, основанный на обнаружении, что максимальной моющей способностью обладают ПАВ с величиной ГЛБ = 10 ± 2, которому соответствует максимальная солюбилизирующая способность ПАВ. Полагается, что энергия активации моющего действия E определяется потенциальным барьером, который должна преодолеть прямая мицелла ПАВ для внедрения в межфазный слой на поверхности нефтяной пленки. Вследствие произошедшей при этом деструктуризации межфазного слоя возрастает вероятность внедрения в него других мицелл. В результате в данном месте поверхности нефтяной пленки из-за способности прямых мицелл солюбилизировать нефть образуется микроуглубление, которое со временем увеличивается как по глубине, так и по площади, обеспечивая прорыв нефтяной пленки.
Таким образом, процесс переноса, которым определяется моющее действие ПАВ, обусловлен перемещением прямых мицелл вслед за смещающимся межфазным слоем нефть – вода из-за появления в пленке микроуглублений вследствие солюбилизации частиц нефти мицеллами.Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Стандарт СТ-07.1-00-00-02. Порядок проведения лабораторных и опытнопромысловых испытаний химических реагентов для применения в процессах добычи и подготовки нефти и газа. Утверждено распоряжением от 13.02.2013 г. № 53р ОАО АНК «Башнефть». – 83 c.
Разработка нефтяных месторождений с применением поверхностно активных веществ / Г.А. Бабалян, Б.И. Леви, А.Б. Тумасян, Э.М. Халимов. – М.: Недра, 1983. – 216 с.
Ревизский, Ю.В. Исследование и обоснование механизма нефтеотдачи пластов с применением физических методов / Ю.В. Ревизский, В.П. Дыбленко. – М.: Недра, 2002. – 317 с.
Семихина, Л.П. Исследование пригодности реагентов для химических методов заводнения по их способности отмывать пленки нефти / Л.П. Семихина, С.В. Штыков, Е.А. Карелин // Нефтегазовое дело. – 2015. – № 5. – С. 236–256. – http://ogbus.ru/issues/5_2015/ ogbus_5_2015_ p236-256_Semihina LP_ru.pdf/news/2015_5/ (дата обращения: 23.11.2017).
Влияние температуры на способность водных растворов реагентов отмывать нефть с поверхности твердого тела / Л.П. Семихина, С.В. Штыков, Е.А. Карелин, А.М. Пашнина // Вестник ТюмГУ. – 2015. – Т. 1, № 3. – С. 39–51.
Френкель, Я.И. Кинетическая теория жидкостей / Я.И. Френкель. – Л.: Наука, 1975. – 502 с.
Якимчук, О.Д. Исследование моющего действия композиций на основе алкилбензолсульфоната натрия: автореф. дис. … хим. наук / О.Д. Якимчук. – СПб.: Изд-во СПбГТИ, 2004. – 159 с.
Влияние температуры и напряжения сдвига на реологические свойства нефтяных дисперсных систем / Л.П. Семихина, А.М. Пашнина, И.В. Ковалева, Д.В. Семихин // Вестник ТюмГУ. Серия «Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика». – 2018. – Т. 4, № 3. – С. 36–52.
Кирсанов, Е.А. Неньютоновское поведение структурированных систем / Е.А. Кирсанов, В.Н. Матвеенко. – М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. – 384 с.
Malkin, A.Ya. Rheology: Concepts, Methods and Applications / Ya.A. Malkin. – Toronto: ChemTec, 2012. – P. 510.
Uriev, N.B. Technology of Dispersed Systems and Materials: Physicochemical Dynamics of Structure Formation and Rheology / N.B. Uriev. – Germany: Wiley-VCH, 2016. – P. 192. DOI: 10.1002/9783527806195
Рогачев, М.К. Реология нефти и нефтепродуктов: учебное пособие / М.К. Рогачев, Н.К. Кондрашева. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2000. – 89 с.
Задымова, Н.М. Тяжелая нефть как эмульсия: состав, структура, реологические свойства / Н.М. Задымова, З.Н. Скворцова, В.Ю. Траскин // Коллоидный журнал. – 2016. – Т. 78, № 6. – С. 675–687.
Евдокимов, И.Н. Особенности вязкого течения жидких углеводородных сред с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ / И.Н. Евдокимов, Н.Ю. Елисеев // Хи-мия и технология топлив и масел. – 1999. – № 6. – С. 32–34.
Glasstone, S. The theory of rate process / S. Glasstone, K.J. Laidler, H. Eyring // New York and London. Princeton University. – 1941. – P. 584.
Кондрашева, Н.К. Исследование квазитермодинамических параметров активации вязкого течения многокомпонентных углеводородных систем / Н.К. Кондрашева, А.А. Бойцова // Успехи в химии и химической технологии. – 2017. – Т. 31, № 4. – С. 16–18.
Кондрашева, Н.К. Анализ и сравнение структурно-механических свойств и термодинамических характеристик активации вязкого течения нефтяных дисперсных систем различной природы / Н.К. Кондрашева, А.А. Бойцова // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института. – 2018. – № 44(70). – С. 128.
Кондрашева, Н.К. Сравнительная оценка структурно-механических свойств тяжелых нефтей Тимано-Печорской провинции / Н.К. Кондрашева, Ф.Д. Байталов, А.А. Бойцова // Записки Горного института. – 2017. – Т. 225. – С. 320–329.
Ганеева, Ю.М. Асфальтеновые наноагрегаты: структура, фазовые превращения, влияние на свойства нефтяных систем / Ю.М. Ганеева, Т.Н. Юсупова, Г.В. Романов // Успехи химии. – 2011. – Т. 80, № 10. – С. 1034–1050.
Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, анализ и применение / К. Роберт Ланге; пер. с англ. Л.П. Зайченко. – СПб.: Изд-во «Профессия», 2005. – 240 с.
DOI: http://dx.doi.org/10.14529/chem190101
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.