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辽河稠油组分间相互作用对油水界面张力的影响[1]

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辽河 组分 相互作用 油水 界面 张力 影响
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2008年第32卷 第4期 中国石油大学学报(自然科学版) 2 008 文章编号:1673008)04河稠油组分问相互作用对油水界面张力的影响 范维玉 ,白金美 ,任崇桂 ,张铜耀 ,南国枝 ,李水平 (1.中国石油大学重质油国家重点实验室,山东东营257061;2.枣庄学 化学化工系,山东枣庄277160) 摘要:考察了辽河稠油脱沥青质油、胶质、沥青质及胶质与沥青质混合物对水包稠油乳状液油水界面张力的影响。 结果表明:在不同的水包稠油乳状液体系中,辽河脱沥青质油中饱和分、芳香分的存在能够促进胶质与乳化剂的相 互作用,降低体系的油水界面张力;辽河胶质与沥青质两者之间相互作用较弱,对油水界面张力影响很小;沥青质的 界面活性高于胶质和脱沥青质油,在水包稠油乳状液的形成过程中,沥青质起主要稳定作用;具有高芳碳率、低烷基 碳率、高芳香环缩合程度的组分在水包稠油乳状液中界面活性较高。 关键词:胶质;沥青质;脱沥青质油;乳化剂;相互作用;结构参数 中图分类号:O 648.2 文献标识码:A of on of ei—in—uo.1.57061,2.77160,he of on he in in—of in of O is he of is of t O is of in in—or of to of 油乳状液的稳定性与胶质、沥青质的界面性 质有密切关系 。研究发现,胶质可以使沥青质稳 定的原油乳状液脱稳 引,胶质也可以是沥青质稳定 的原油乳状液的稳定剂_6 J,而为,胶 质对沥青质形成的乳状液有脱稳和稳定两种作用, 胶质分子间相互作用是决定胶质分子能否阻止沥青 质胶粒聚并的主要因素,弱的胶质分子间相互作用 有利于沥青质的稳定。为了能从更深层次研究水包 稠油乳状液的形成和稳定机理,有必要进一步研究 组分之间的相互作用以及组分与乳化剂间相互作用 对乳状液稳定性的影响。笔者通过测定辽河稠油组 分模拟油与不同水相的油水界面张力,考察辽河稠油 组分间相互作用以及组分与乳化剂间相互作用。 1 实验方法 稠油极性四组分分离及其基本性质的测定方 法、分析方法见文献[9]; H.00超导核磁共振波谱仪(司)测定;界面张力采用仪(北京盛维基业科技有限公司)在50℃恒温条 收稿日期:2008—02—12 基 项目:中国海洋石油总公司科技攻关项目(200802) 作者简介:范维玉(1957一),男(汉族),山东菖县人,教授,博士,博士生导师,主要从事石油精细化工方面的研究。 维普资讯 ·124· 中国石油大学学报(自然科学版) 2008年8月 件下用旋转滴法测定;选用的阴离子乳化剂是十二 烷基苯磺酸钠(非离子乳化剂是0,均为 分析纯试剂。 2实验结果分析 2.1辽河稠油基本性质 实验用油为辽河杜.84稠油,其密度(20℃)为 1.000 1 g·121"11一,粘度(8O℃)为4.898 9 Pa·s,凝点 为21.7℃,酸值为9.05,碱氮值为8.11。由此可知, 辽河杜·84稠油是高凝点、高酸值、高碱氮值的超稠 油。 2.2稠油各组分对油水界面性质的影响 以分离辽河稠油得到的极性四组分为溶质,m (甲苯):m(正十二烷)=1:制溶质质量 分数为0.5%~5%的模拟油。分别测定它们与去离 子水的油水界面张力,比较辽河稠油四组分的界面活 性,结果如图1所示。 空白模拟油与去离子水的界面张力为41.45 mN/m,根据图1中界面张力的下降幅度,可知辽河稠 油各组分模拟油与去离子水的界面张力从小到大顺 序是:沥青质、胶质、芳香分、饱和分,对应的界面活性 从大N/是:沥青质、胶质、芳香分、饱和分,且饱 和分和芳香分基本没有界面活性,胶质的界面活性也 较弱。 _ 主 、、 m{: 图1辽河稠油四组分模拟油与蒸馏水的 油水界面张力(实验温度50℃) 将稠油中的沥青质分离出来,得到脱沥青质油, 通过与胶质模拟体系界面性质的对比,考察基本没 有界面活性的饱和分和芳香分在水包稠油乳状液形 成过程中是否起到稳定作用。脱沥青质油与胶质组 分不同含量条件下,油水体系的界面压如表1所示。 界面压为无界面活性物质时与有界面活性物质时油 水界面张力的差值,即 7r 1— 2· 式中,7为未加稠油组分时油水界面 张力; 为有稠油组分时的油水界面张力。界面压 可以更清楚地表现出各组分界面活性强弱,模拟油 中组分质量分数相同的情况下,油水界面张力降低 幅度越大,即界面压越大,组分的界面活性就越强。 表1脱沥青质油与胶质组分对体系界面压的影n~(50 从表1中可以看出,蒸馏水体系中加入脱沥青 质油,界面张力降低的幅度大于加入胶质者。界面 压越大表明加入组分的界面活性越强,说明单独存 在时基本没有界面活性的饱和分、芳香分能使胶质 界面活性增强,即饱和分和芳香分与胶质之问有较 强的相互作用。 在阴离子乳化剂存在体系中,脱沥青质油加入 导致体系界面压大于零;在非离子乳化剂存在体系: 中,脱沥青质油加入使体系界面压小于零。脱沥青 质油与阴离子乳化剂问存在正的协同作用,与非离 子乳化剂间存在负的协同作用。 在阴离子乳化剂存在条件下,与胶质相比,脱沥 青质油的加入使得体系有较大的界面压,表明脱沥 青质油与阴离子乳化剂的相互作用程度强于胶质; 在非离子乳化剂存在条件下,与胶质相比,加入脱沥 青质油体系的界面压较大,表明脱沥青质油与非离 子乳化剂的相互作用较强。 饱和分、芳香分的存在使得胶质的界面活性增 强,与阴离子乳化剂和非离子乳化剂的相互作用都 有所增强。 由上述研究可知,单独存在时基本没有界面活 性的饱和分和芳香分与胶质能发生相互作用,使胶 质界面活性增强,为了证实在水包稠油乳状液形成 过程中沥青质是否仍发挥最重要的作用,对比考察 维普资讯 ,等:辽河稠油组分间相互作用对油水界面张力的影响 ‘125· 了脱沥青质油、沥青质对水包稠油乳状液油水界面 的油水界面压如表2所示。 性质的影响。加入组分前后模拟油体系与不同水相 表2脱沥青质油与沥青质组分对体系界面压的影响(5O℃) 从表2中可以看出,不同条件下加入沥青质体 系的界面压大于加入脱沥青质油体系的,即辽河沥 青质的界面活性强于辽河脱沥青质油的界面活性。 在阴离子乳化剂存在条件下,与脱沥青质油相 比,沥青质的加入使得体系有较大的界面压,表明沥 青质与阴离子乳化剂的相互作用较强。在非离子乳 化剂存在条件下,界面活性高的辽河沥青质与非离 子乳化剂发生正的协同作用,使体系的油水界面张 力降低。脱沥青质油与非离子乳化剂间存在负的协 同作用,使体系的油水界面张力升高。因此,在水包 稠油乳状液形成过程中,沥青质起主要稳定作用。 2.3胶质与沥青质问相互作用对油水界面性质的 影响 研究发现 。 ,胶质对沥青质具有溶解作用,胶 质和沥青质相互作用情况见图2。 极性基团 芳香核 /环烷环及烷基链 \! 沥青质“分子 极性基团 ‘ 胶质“分子 胶质溶解的沥青质胶柬 图2胶质和沥青质相互作用示意图 胶质和沥青质的相互作用对水包稠油乳状液的 界面性质有重要影响,为此研究了不同含量的胶质、 沥青质共存时,不同乳化剂形成的水包稠油乳状液 的油水界面张力,体系中组分总质量分数为0。5%, 乳化剂质量分数为0.1%,结果如表3所示。 表3胶质、沥青质组分共存体系的界面张力(5O℃) 注: , 分别为胶质和沥青质的质量分数。 从表3的数据可知,辽河胶质、沥青质组分自身 界面活性相差较大。在去离子水和阴离子乳化剂溶 液中,随着混合模拟油中沥青质含量的增大,体系的 油水界面张力呈下降趋势,胶质与沥青质问的相互 作用较弱;在含非离子乳化剂的乳状液中,辽河稠油 在加 /w =1时,油水界面张力最低,说明在该比例 的含非离子乳化剂的乳状液中胶质与沥青质之间的 相互作用最强。 2.4结构参数对组分与乳化剂问相互作用的影响 稠油及其极性组分在水包稠油乳状液中表现出 不同的界面活性,在油水界面上与乳化剂的相互作 用程度不同,它们的结构差异是造成界面活性不同 的内在原因,将其结构与其界面活性进行关联有利 于认识极性组分与乳化剂相互作用的规律性。 表4为辽河稠油极性组分的氢碳比与 H.础数据。 表4辽河稠油胶质与沥青质的氢碳比 与 : , 分别代表芳环氢、与芳环相连的 ,p, 位 取代氢,化学位移值分别为6~9,2~4,1~2,0.5~1。 采用经验公式 叫对辽河稠油胶质与沥青质组 维普资讯 ·中国石油大学学报(自然科学版) 2008年8月 分的结构参数进行计算,结果如表5所示。由表5 可知,与胶质相比,辽河沥青质芳香碳率高、烷基碳 率低、芳香环的缩合程度高,这些结构上的差异导致 胶质、沥青质的界面活性不同。 表5辽河稠油胶质与沥青质的结构参数 注 一芳香碳率 一环烷碳率 一烷基碳率;度;日 一 芳碳相连的平均氢原子数占总氯比例。 辽河沥青质的界面活性高于胶质,与阴离子乳 化剂和非离子乳化剂的相互作用强度也大于胶质 (表6)。综上所述,具有高芳碳率、低烷基碳率、高 芳香环缩合程度的沥青质组分在水包稠油乳状液中 界面活性较高。 表6辽河胶质与沥青质在不同水包稠油乳状液中的 油7拟体系 墨叵堡 ! : :: 辽河胶质 辽河沥青质 3 结 论 (1)在脱沥青质油中,单独存在时基本没有界 面活性的饱和分和芳香分与胶质能发生相互作用, 使胶质的界面活性增强,与阴离子乳化剂和非离子 乳化剂的相互作用都有所增强。 (2)在不同的水包稠油乳状液体系中,沥青质 的界面活性高于胶质和脱沥青质油。在水包稠油乳 状液的形成过程中,沥青质起主要稳定作用。辽河 胶质与沥青质的界面活性相差较大,在不同水包稠 油乳状液体系中,两者之问的相互作用较弱。 (3)具有高芳碳率、低烷基碳率、高芳香环缩合程 度的辽河沥青质在水包稠油乳状液中界面活参考文献: [2] 张荣明,仇念海,贾辉,等.胶质、沥青质对模拟原油乳 状液破乳影响的探索性研究[J].大庆石油学院学报, 1995,19(1):55ui,et x— of of on of f J}.995,19(1):55—57. 范维玉,陈树坤,杨孟龙,等.水包稠油乳状液稳定性 研究Ⅲ:稠油官能团组分与极性组分的油一水界面张 力考察[J].石油学报:石油加工,2001,17(5):1ei—hu—et on of in 1I:].2001,17(5):1[3] M.of on of in ].997,189:242—253. [4] 杨小莉,陆婉珍,李明远,等.辽河原油沥青质及胶质 油水界面化学性质初探[J].石油学报:石油加工, 1999,15(4):1U I et on of i— ].1999,15(4):1[5]徐梅清,杨萍华,孙在春.胶质、沥青质对水一苯乳状液 稳定性的影响[J].石油学报:石油加工,2000,16(6): 4144. ei—ai—he of on of ].2000,16(6):4144. [6],,,et of on a ].002,1 8 (13):5106—5112. [7] S,,.of on of in J].999,13(2):309—314. [8] et of ].2007,21(3):1 317.1 321. [9] 张铜耀,范维玉,南国枝,等.水包稠油乳状液中稠油 极性组分与乳化剂的相互作用研究[J].中国石油大 学学报:自然科学版,2006,30(5):101—105. ei—uo—et on of J].2006,30(5):101—105. [10] 梁文杰.重质油化学[M].东营:石油大学出版社, 2001:69(编辑刘为清) 维普资讯
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