Абсорбция

Кіріспе

 

Тақырыптың өзектілігі: Ұңғымадан алынған мұнай – қара-қоңыр түсті, өткір иісті, тез оталатын май тәрізді сұйықтық. Әдетте, жер қойнауынан өндірілген мұнайдың құрамында: серіктес газдар, қаттық (жер қыртысы) сулары, минералды тұздар, әр түрлі механикалық қоспалар (құм, топырақ, т.б.). Мұнайдың құрамындағы газ, судың және қоспалардың болуы оның тасымалдануын және өңдеуін айтарлықтай қиындатады. Мұнайда судың болуы олардың тотығуға бейімділігін күшейтіп, технологиялық құрал-жабдықтардың коррозиясын туғызады және тұрақты су-мұнай эмульсиясын түзуге әсерін тигізеді. Мұнайды өндіру және тасымалдау кезінде 100⁰С-қа дейін қайнайтын жеңіл фракциялар (метан, этан, пропан және т.б. бензин фракциясымен бірге) біраз шығынға ұшырайды – шамамен фракцияның 5%-і. Сондықтан мұнайды тасымалдау және өңдемес бұрын алдын-ала өңдеу – оны даярлау жұмыстары жүргізіледі.

Курстық жұмыстың мақсаты: Мұнай және мұнай өнімдерінің құрамындағы суды анықтау.

Қойылған мақсатқа жету үшін келесідей міндеттер қойылады:

1 Мұнайды даярлау туралы жалпы түсінік беру;

2 Мұнай және мұнай өнімдері құрамында түзілетін мұнай эмульсияларын сипаттау;

3 Мұнай және мұнай өнімдері  құрамындағы суды анықтау әдістерімен танысу;

4 Мұнай және мұнай өнімдері құрамындағы суды тәжірибе жүзінде зерттеу.

Тірек сөздер:, тұрақтандыру (стабилизация), сепарация, сусыздандыру, тұндырғыш, тоңазытқыш, конденсат, коррозия, эмульсия, дисперстік орта, дисперстік фаза, электродегидратор, массалық үлес, ұңғы, анион, катион, жалпы минерализация, су қаттылығы, рН концентрация көрсеткіші, Боме градусы, бейтарап су, тығыздық, жылусыйымдылық, эмульсия дисперстігі, инверсия, коагуляция, коалесценция, беріктік қасиеттері, фракция, Фишер реактиві, Клиффорд тәсілі, титрлеу, диэолькометрлік тәсіл, ИК-спектрофотометрлік әдіс, кондуктометрлік әдіс, колориметрлікәдіс.

Қысқартылған сөздер:

ГӨЗ – газ өңдейтін зауыт;

МӨЗ – мұнай өңдеу зауыт;

ЭТҚ – электртермохимиялық қондырғы;

ЭДГ – электродегидратор;

М/С – судағы мұнай;

С/М – мұнайдағы су;

ρ_қс – қабат суының тығыздығы;

μ _қс - қабат суының тұтқырлығы.

 

Курстық жұмыс  құрылымы: 4 бөлімнен, 3 кестеден, 6 суреттен, 25 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен, 28 беттен, қосымшадан тұрады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мұнайды даярлау

 

1. Мұнайды тұрақтандыру

Ұңғымадан алынған мұнай  – қара-қоңыр түсті, өткір иісті, тез оталатын май тәрізді сұйықтық. Мұнай ірі резервуарларда сақталады, өңдеу заводтарында танкерлер немесе құбырлар арқылы жеткізіледі.

Әдетте, жер қойнауынан өндірілген мұнайдың құрамында:

• серіктес газдар;
• қаттық (жер қыртысы) сулары;
• минералды тұздар;
• әр түрлі механикалық қоспалар (құм, топырақ, т.б.).

Мұнайдың құрамындағы  газ, судың және қоспалардың болуы  оның тасымалдануын және өңдеуін  айтарлықтай қиындатады. Механикалық  қоспалар мұнай құбырларының ішкі бетінде  эрозияның пайда болуын күшейтеді. Олар өңдеу барысында жылуалмастырғыштардың  және пештердің құбырларында шөгіп, оларды жиі тазалау қажеттілігін туғызады, яғни артық энергия жұмсауға және өнімділігін азайтады [1].

Мұнайда судың болуыолардың тотығуға бейімділігін күшейтіп, технологиялық құрал-жабдықтардың коррозиясын туғызады және тұрақты су-мұнай эмульсиясын түзуге әсерін тигізеді. Мұнайды өндіру және тасымалдау кезінде 100⁰С-қа дейін қайнайтын жеңіл фракциялар (метан, этан, пропан және т.б. бензин фракциясымен бірге) біраз шығынға ұшырайды – шамамен фракцияның 5%-і. Сондықтан мұнайды тасымалдау және өңдемес бұрын алдын-ала өңдеу – оны даярлау жұмыстары жүргізіледі. Даярлау мынадай сатылардан тұрады:

• мұнайдан газды сепарация және тұрақтандыру арқылы бөлу;
• механикалық қоспалардан тазалау;
• сусыздандыру және жартылай тұзсыздандыру.

Тасымалдау алдында мұнай  мен мұнай өнімдерінің сапасына қойылатын ГОСТ-тың талабы мынандай:

• судың массалық үлесі, W_су < 0,5%;
• тұздың массалық үлесі Р_тұз< 20% мг/л.

Мұнайды ректификациялау  алдында қойылатын келесі талап мынандай:

• судың массалық үлесі, W_су < 0,05%;
• тұздың массалық үлесі Р_тұз< 20% мг/л.

Соңғы өнімге өте қатаң  талап қойылатындықтан кейде  қосымша айдау жүргізіледі. Мұнайдың құрамындағы тұздарды толық еріту  үшін, шикі мұнайға таза су қосып 2-3 сатымен сусыздандырады [11].

Өндірілетін мұнайдың әр тоннасына  – 50-100 м³ серіктес газдар, құрамында еріген тұздар бар 200-300 кг су, 1,5 масс. %-ке дейін ерімеген қатты қоспалар сәйкес келеді. Кейбір көп мезгіл жұмыс істеп жатқан ұңғымаларда қаттарының аса суландыру нәтижесінде суларының мөлшері – 90%-ке дейін жетеді, ал талап бойынша өңдеуге жіберілетін мұнайдың құрамында судың үлесі 0,3%-тен төмен болу керек.

Мұнайды өңдеуде шығынды  азайту үшін оны арнайы өңдеуден өткізеді. Мұнайдағы газды бөлу үшін сепарациялаужәне тұрақтандыру процестері жүргізіледі. Мұнайдағы механикалық қоспалар мен суларды тұзсыздандыру және сусыздандыру процестері арқылы кетіреді [7].

Мұнай қаттарында жоғары қысымның әсерінен газдар мұнай құрамында  ериді. Мұнайды жер бетіне бұрғылау арқылы шығарған кезде қысым күрт төмендейді де нәтижесінде құрамындағы еріген газдар бөлініп шығады. Осы сәтте бөлінген газды ұстап қалу маңызды.

Әдетте, ұңғымадан газ-мұнай қоспасы жеке газды ажыратқыш қондырғыға – сеператорға келіп түседі. Сеператорда газ бөлініп қоспа дегаздаланады. Қазіргі кезде құрылысы және тиімділігі бойынша түрлі сепараторларды қолданады. Дегаздау процестің негізгі мақсаты – газ-мұнай қоспадан мүмкіндігінше серіктес газдарды толығымен бөліп алу. Сонымен қатар газбен бірге мұнай тамшыларын алып кету процесін төмендету үшін сепарацияны әдетте бірнеше сатыда өткізеді.

Сепараторлар негізінде газбен бірге мұнай тамшылары ұшып кетуін болдырмайтын жабдықпен қамтамасыз етілген ыдыстан (трапа) және өлшегіштен тұрады. Сепарацияның көпсатылығы газ-мұнай қоспаның тізбекті сепаратор-траптары арқылы жіберіліп қысымның біртінді төмендеуінде. Қысым төмендегенде серіктес газдар мұнайдан ажыратылады. Газды бөліп алғаннан кейін арнайы газ қабылдағыштардан газ өңдеу зауыттарына жөнелтеді.

Газдан тазартылған мұнай  тұндырғыштарға құйылады, бұл жерде  шикі мұнайды қоспалардан және судан  бөледі. Осындай көпсатылы сепарацияға  қарамастан мұнайда көмірсутектер (С₁ – С₅) әлі де болса қалады. Сақтау мен тасымалдау кезінде бұл газдар ұшып кетуі мүмкін. Бұл газдармен бірге бағалы жеңіл бензин фракциялары да жоғалуы мүмкін. Мұның бәрі экологияға әсерін тигізеді. Сондықтан келесі процесс – тұрақтандыру (стабилизация) болып табылады. Стабилизация – физикалық процесс, мұнайдан С₁ – С₅ көмірсутектерді бөлу және күкіртсутектен тазалау. Бұл процесс мұнай өңдейтін жерден алыс емес жерде, арнайы қондырғыларда жүргізіледі.

Мұнайды тұрақтандыру қондырғысы 1-суретте келтірілген.

 

І – тұрақсыз мұнай; ІІ –  тұрақты мұнай; ІІІ – конденсацияланбаған  газ; ІV –газ конденсаты. Т – жылутасымалдағыш, П – пеш, Е – тұндырғыш, К  – коллонна.

Сурет1. Мұнайды тұрақтандыру қондырғысы.

 

Құрамында 1,5% масс. көп газы бар мұнайды тұрақтандыру үшін екі  колонналы қондырғы пайдаланылады. Екінші колонна газды бензинді тұрақтандыру үшін қолданылады. Шикізат тұрақтандырылған мұнаймен бірге Т-1 жылу алмастырғышта  жылытылып, бу жылытқышқа Т-2 жіберіледі. Ары қарай ректификацияның колоннаға  – яғни стабилизаторға К-1 түседі. К-1-де қысымды 0,2 –ден 0,4 МПа дейін ұстап  тұрады. Бұл бензин буының жақсы  конденсациялануына жағдай туғызады. Колоннаның К-1 төменгі жағындағы  температураны П-пеште қыздырылған  тұрақтандырылған мұнай реттеп отырады.

Жеңіл көмірсутектер С₁-ден С₅- ке дейін ХК-1 конденсатор-тоңазытқышта (салқындату) конденсацияланып, Е-1 тұндырғышқа жіберіледі. Конденсацияланбаған көмірсутектер тұндырғышта (отстойник) газ бен сұйыққа бөлінеді.

Газ Е-1-ден ары қарай  өңдеу үшін ГӨЗ-ға (газ өңдейтін зауытқа) жіберіледі. Сұйық өнім – газ конденсаты – мұнай химиясы өндірісіне жіберіледі.

Тұрақтандырылған мұнай  колоннаның төменгі жағы арқылы жылуын Т-1 жылуалмастырғышқа береді және салқындатқышта суытылады. Тұрақтандырылған мұнайда  газды көмірсутектердің мөлшері 1,5%-ке дейін болады [1].

 

2. Мұнайды сусыздандыру

 

Мұнайда әрқашанда қаттық (қыртыс) сулар болады. Әдетте қаттық судың құрамында 30-35% шамасында еріген тұздар – натрий, кальций, магний хлоридтері мен бикарбонаттары, ал карбонаттары мен сульфаттары сирек кездеседі. Оның ішінде хлоридтер өте зиянды. Суда еритін және ерімейтін тұздар жылуалмастырғыштар мен пештер құбырларының қабырғаларына отырады да, соның  нәтижесінде олардың жылубергіш коэффициентінің шамасы кемиді. Суда еритін хлоридтер (NaCl, КСІ) гидролизденбейді, олар электрохимиялық коррозияның ұйытқысы болып саналады. Керісінше, СаСІ₂-ның 10%-ті, ал МgСІ₂-ның 90%-ті гидролизге ұшырайды:

 

МgСІ₂ + Н₂О = МgОНСІ + НСІ.

 

Мұнай өңдейтін зауытқа түсетін мұнай құрамындағы тұздың мөлшері 50мл/л, судың мөлшері 1% шамасында болуға тиіс. Бірінші өңдеуге түсетін мұнайдың құрамындағы тұздың мөлшері 5 мл/л аспауға, ал судың мөлшері 0,3 масс. % аспауға тиіс [2].

Қаттық судың көбісі ерімейтін  қатты қоспалар мен бірге мұнайдан үлкен резервуарларда тұндыру арқылы бөлінеді. Соңғы сусыздандыру және тұзсыздандыру процесі арнайы қондырғыларда  жүргізіледі. Осы екі процестің  мәні – мұнай эмульсиясын бұзу болып табылады.

Эмульсия деп өзара  ерімейтін сұйықтарды немесе ерітінділерді  араластырғанда түзілетін жүйелерді  айтады. Эмульсияларда бір сұйық (ерітінді) екіншісінде ұсақ тамшылар (коллоидтық бөлшектер) түрінде таралған [4].

Мұнайдың құрамындағы  су мен тұздарды бөліп алу сусыздандыру және тұзсыздандыру деп аталады. Екі процесс те мұнай эмульсияларын бұзуға негізделген. Алайда сусыздандыру барысында мұнайды бұрғылау ерітіндісімен шапшаң түрде араластырғанда түзілген табиғи эмульсиялар бұзылады.

Тұзсыздандыру кезінде сусыздандырылған мұнайды тұщы сумен араластырады да, тағы эмульсия алады. Содан соң ол эмульсияны қайтадан бұзады. Мұнайды шапшаң түрде сумен араластырғанда тұрақты эмуьсиялар түзіледі [6].

Өндірісте мұнайдан су мен  тұзды бөлу үшін эмульсияларды бұзудың қосарланған әдістерін – термохимиялық, электрхимиялық және басқа да тәсілдері қолданылады.

Мұнайдан су мен тұздарды бөлудің электртермохимиялық қондырғысын  электртұзсыздандыру қондырғыларымен  біріктіріліп тұрғызылады да олардың бір бөлігін құрайды.

Қондырғының ең негізгі аппараты электродегидратор − электродтармен жабдықталған сыйымдылық, оларға жоғары кернеулі айнымалы ток

қосылады. МӨЗ-да 3 түрлі конструкциялы  ЭТҚ электродегидраторлары қолданылады:

1. ЭДГ шар тәрізді                              V = 600 м³Р = 6/7 атм;
2. ЭДГ цилиндрлі вертикальді          V = 30 м³Р = 16 атм;
3. ЭДГ цилиндрлі горизонтальды  V = 160 м³Р = 16 атм.

 

Тік цилиндр тәрізді электрогидраторлардың  қуаты көп емес (25 м³/сағ. дейін) және сондықтан оларды барлық жерлерде жаңа конструкциялы аппараттармен ауыстыруда.

Шар тәрізді электрогидраторлардағы есепті қысым – 1,0 МПа. Шар тәрізді  электрогидраторлар өте үлкен және оларды жаса көп металл шығымын талап  етеді.

Горизонтальды электродегидраторлар экономикалық жағынан тиімді, сондықтан ЭТҚ қазір барлығы тегіс осындай электрогидраторларды пайдалануда.

Горизонтальды электрогидраторлардың  жақсы жағы – мұнайдың жүру жолы ұзындау, аппараттардағы мұнайдың болу уақыты көптеу, себебі, шикі затты өндіретін жер басқа конструкциялы жабдықтарға қарағанда төмен орналасқан. Одан бөлек горизонтальды электрогидраторларда мұнайда тұнған тұз ерітіндісінің қабатынатөменгі электрод астына бергенде, мұнайдың осы ерітіндімен әрекеттесуі болады және судың үлкен бөлшектері, мұнай электродтар арасындағы электр кеңістігіне түспей жатып, тұнып бөліне бастайды.

Нәтижесінде қондырғыдан  шыққан тұзсызданған мұнайдың құрамында: су мөлшері W_су < 0,05%, ал тұз мөлшері Р_тұз< 20% мг/л болады.

Мұнай эмульсиясын бөлу әдісі  мұнайдағы дисперсті судың концентрациясына байланысты болады. Сондықтан судың мөлшеріне байланысты:

• терең тұзсыздандыру;
• өте терең тұзсыздандыру;
• су мөлшері өте жоғары мұнайды тұзсыздандыру жүргізіледі.

Мұнай өнімдерін терең  тұзсыздандыру деп судың бастапқы концентрациясының W_су≥ 0,1% соңғы концентрациясы W_су≤ 0,05% болатын өзгерісті айтады [5].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Мұнай кен орындарындағы қабат сулары мен мұнай эмульсиялары

 

1. Қабат сулары

 

Мұнай кен орындарының  қабат сулары ұңғы өнімінің ажырамас құрам бөлігі болып саналады және кәсіпшілікте мұнайды жинау және дайындау кезінде едәуір қиыншылық туғызады. Әртүрлі кен орындарындағы ұңғыдан мұнаймен бірге өндірілетін қабат суларын, әдетте, олардың құрамында еріген минералды тұздардың концентрациясына, газдар менмикроорганизмдердің болуына байланысты ажыратады. Қабат суларын негізгі екі топқа бөледі:

1. Қатты – хлоркальцилі және хлормагнилі;
2. Сілтілі – гидрокарбонатнатрилі.

Көбінесе қабат суларының  негізгі басты құрамына: хлорлы натрий NaCl, хлорлы кальций CaCl₂, хлорлы магний MgCl₂жатады.

Қабат суларында аниондар мен катиондарға ыдырырайтын көптеген тұздар еріген.

Аниондарға жататын иондар: ОН^-, СІ^-, SО₄^-, НСО₃^-, СО₃^2-.

Катиондарға жататын иондар: Н⁺, К⁺, Nа⁺, NН₄⁺, Мg²⁺, Са²⁺, Fе³⁺, Ва²⁺, Lі⁺.

Қабат суларының құрамында  коллоидтар болуы мүмкін: кремнийдің қос тотығы SіО₂, алюминий тотығы АІ₂О₃, темір тотығы Fе₂О₃, сондай-ақ газдар: көмірқышқыл газы, күкіртсутек, азот, сутек, инерт ті газдар, көмірсутектері де кездеседі. Олардың арасындағы сандық (мөлшерлік) қатынас қабат суларының түрін және қасиетін анықтайды.

Бірлік көлемге келтірілген  қабат суында еріген заттың мөлшерін жалпы минерализация деп атайды.

Қабат cуының минерализациясы 1 кг/м³-тен 200 кг/м³-ке дейінгі аралықта болады, көбінесе қабат cуының минерализациясы г/л өлшенеді, бұнымен қатар кәсіпшілік практикасында минерализацияны Боме градусымен (^оВе) белгілеу қолданылады.

^оВе = 144,3 – 144,3/ρ.

В.И. Вернадский табиғи суларды құрамындағы тұздардың массалық үлесі (%) бойынша былай бөледі:

1) құрамында 0,001 – 0,1% тұз болса – тұщы су;

2) құрамында 0,1 - 5% тұз болса – минералды су;

3) құрамында 5 - 35% тұз болса – ащы су.

Судың қаттылығы оның құрамындағы  кальций Са²⁺ мен Мg²⁺ катиондарының жалпы мөлшерімен анықталады және килограмға (ерітінді литріне) мольмен көрсетіледі.

Қабат суларының ең маңызды  сипаттамасының бірі бұл сулы ерітіндінің  қышқылдық немесе сілтілік ортада екендігін  көрсететін сутегі иондарының рН концентрациялық көрсеткіші.

Су молекуласының бір бөлігі иондарға ыдырайды (диссоциацияланады):

Н₂О = Н⁺ + ОН^-.

Берілген температура  кезіндегі тепе-теңдік күйі (жағдай) константамен сипатталады:

К = (С_Н+ + С_ОН-) / С_н2о,

Мұндағы, С_Н+ және  С_ОН- - судағы сәйкесті Н⁺ және ОН^- иондарының концентрациясы, моль/л. С_н2о - Н₂О концентрациясы, моль/л. Су концентрациясы тұрақты және 55,56 моль/л. Демек:

К_с = 55,56К =С_Н+ + С_ОН-,

Мұндағы, К_с – температураға байланысты судың иондық туындысы.

Бейтарап реакция кезінде  сутегі иондарының концентрациясы мен  гидрооксидтік топтар тең болады:

С_Н+ + С_ОН- = (С_Н+ )²;

Су температурасы 22⁰С кезінде иондық туындысы К_с = 1*10^-14 болса, онда

С_Н+ = 10^-7 моль/л.

Сутегі иондарының концентрациялық  логарифмінің оң мәні рН деп белгіленеді, яғни:

-Іg С_Н+ = рН

Немесе

С_Н+ = 10^-рН.

22⁰С температура кезіндегі химиялық таза су үшін рН=7 тең болса, онда мұндай суды бейтарап су деп атайды.

Практикада суды рН шамасы бойынша бес топқа жіктейді:

1. 3-ке дейін – қышқылды;
2. 4-6 – әлсізқышқылды;
3. 7 – бейтарап;
4. 8-10 – әлсізсілтілі;
5. 11-14 – сілтілі.

 

рН шамасы және суда еріген оттегінің болуы жабдықтардың коррозиясына едәуір әсер етед і. Қабат суындағы еріген тұздар металл коррозиясын үдетеді. Сонымен қатар қабат суларында  күкіртсутек пен көмірқышқыл  газының болуы оның коррозиялық  қабілетін арттыра түседі. Қабат суыныңжоғары температурасы да оның коррозиялыққажеттілігін арттырады [4].

Құрамындағы тұзға байланысты қабат мына формула бойынша есептелуі мүмкін:

ρ_қс = ρ_с + 0,764S,

Мұндағы, ρ_с – 20⁰С кезіндегі тазартылған судың тығыздығы, кг/м³; S – судағы тұздың концентрациясы, кг/м³.

(t) – температурасы кезіндегі  минералданған судың тығыздығын, 20⁰С кезіндегі қабат суының белгілі тығыздығы бойынша жуықтап анықтауға болады:

ρ_қс(t) = ρ _қс(20) – 0,0714(t – 20).

Судың тұтқырлығы құрамындағы  тұздарға және температураға байланысты және осының әсерінен тығыздыққа байланысты ол мына түрде жуықтап есептелінуі мүмкін:

μ_қс = μ_с (t) 10^0,0008831 ∆ρ,

Мұндағы, μ_қс – (t) температурасы кезіндегі қабат суыныңтұтқырлығы, мПа*с;

μ_с (t) − (t) температурасы кезіндегі тазартылған судың тұтқырлығы, ол мына формуламен анықталады:

μ_с (t) = 1353 (t + 50)^-1,6928,

∆ρ – 20⁰С кезіндегі минералданған және тазартылған су тығыздықтарының арасындағы айырмашылық, кг/м³;

∆ρ = ρ _қс– 998,3.

Тұщы судың жылусыйымдылығы – 4,19 кДж/кг*К, кристалды NаСІ – 0,88 кДж/кг*К, сондықтан минерализацияны ұлғайтқан кезде оның жылусыйымдылығы төмендейді.

Қабат суларының жылусыйымдылық коэффициенті 0,54 – 0,65 Вт/м*К аралығында болады [2].

2. Мұнайдың сулы эмульсиялары және олардың түзілуі

Мұнай эмульсиясы деп бір-бірінде  ерімейтін және ұсақ дисперсті бытыраңқы  күйде болатын мұнай мен қабат  суларының механикалық қоспасын айтады.

Қабатта және ұңғы түбінде  эмульсия түзілмейді. Олар ұңғы оқпанында  түзіледі, сол себепті эмульсияның  түзілу қарқынына ұңғыны пайдалану тәсілі әсер етеді.

Фонтанды ұңғыларда, егер ұңғы өнімінде су болса, онда қысымның төмендеуі әсерінен бөлінетін газды  көбіктер есебінен сұйықтардың қарқынды араласуы байқалады, яғни неғұрлым тұрақты  эмульсиялардың түзілуіне жағдай жасайды.

Бұл процесс әсіресе, штуцер арқылы су аралас мұнай өткен кезде  қатты жүреді.

Газлифтілі ұңғыларда  эмульсиялардың түзілу жағдайы фантанды ұңғылардыкіне ұқсас, бірақ та эрлифтіні (ауаны) қолданған кезде неғұрлым тұрақты (яғни, берік) эмульсиялар түзіледі, бұл эмульгатор болып табылатын  нафтенді қышқылдың тотықтануымен  түсіндіріледі (нафтенді қышқылдар  а у а оттегісімен тотығып эмульгаторлар түзеді).

Эмульсиялардың түзілуіне сондай-ақ парафиндер де әсер етеді, өйткені, олар құбырлардың өту қимасын тарылтып және ағын жылдамдығын арттырады, осыған байланысты сұйықтардың араласуы күшейеді.

Осылайща, мынадай қорытынды  жасауға болады, яғни мұнай эмульсиясы келесі түрде көрінетін энергиялар әсерінен пайда болады:

1. Механикалық энергия;
2. Газдың ұлғаю энергиясы;
3. Ауырлық күші әсерінен пайда болған энергия.

Мұнай эмульсиясындағы су тамшыларының өлшемі жұмсалған энергия  мөлшеріне кері пропорционал. Ұңғы өнімінің сулануы 40-60%-ке жеткен кезде  эмульсияның түзілу процесі қарқынды жүреді, яғни жүйе жоғары тұтқырлық  және тиксотроптық қасиеттер әсерінен ағымдылығын жоғалтады. Бұл жағдайларда  жүйеге ертерек реагент – деэмульгатор енгізу ұсынылады [8].

 

2.2.1 Мұнай эмульсиясының  жіктелуі

 

Эмульсияларды екі фазаға бөледі: ішкі және сыртқы. Құрамында  басқа сұйықтардың ұсақ тамшылары  бар сұйықты дисперсті орта (сыртқы, жалпы фаза) деп, ал дисперсті ортада ұсақ тамшылар түрінде орналасатын  сұйықты дисперсті фаза (ішкі, бөлінген фаза) деп атайды.

Дисперсті орта мен дисперсті  фазаның сипаты бойынша эмульсияларды екі түрге бөледі:

1. Тура түрдегі (судағы мұнай), оларды (М/С) деп белгілейді.
2. Кері түрдегі (мұнайдағы су), оларды (С/М) деп белгілейді.

(М/С) – эмульсиясында  сыртқы фаза ролін су атқарады, сондықтан олар кез-келген арақатынастағы сумен жақсы араласады және жоғары электрөткізгіштікке ие болады, ал (С/М) эмульсиясы тек қана көмірсутекті сұйықтармен араласады және электрөткізгіштік қасиеті болмайды.

Түзілетін эмульсия түрі мұнай  мен су көлемдерінің арақатынасына  байланысты және қай сұйықтың көлемі көп болса, сол сыртқы орта болып  табылады.

Бірақта, эмульгаторлардың (яғни асфальтендер, нафтендер, шайырлар, парафиндер, тұздар және механикалық  қоспалар) қатыстырылуымен мұнай  мен судың араласуы кезінде түзілетін  эмульсия түрлері өзгереді. Өйткені, гидрофобтық қасиеттері бар эмульгаторлар (яғни, суда ерімейтін, ал мұнайда еритін) С/М – (мұнайдағы су) түріндегі  эмульсияны түзсе, ал гидрофильді қасиетке ие эмульгаторлар (суда еритін) (М/С) (судағы мұнай) түріндегі эмульсияны түзеді.

Кәсіпшілік жағдайында, эмульсиядағы судың мөлшерін, әдетте, олардың түсі бойынша шамалайды:

1. құрамында 10%-ке дейін суы бар эмульсияның түсі мұнайдан ерекшеленбейді;
2. 15-20% дейін c у ы бар эмульсияның түсі қоңырдан сарыға дейін өзгереді;
3. 25% - астам су болса – сары түске ие болады [4].

 

2.2.2 Мұнай эмульсиясының  физикалық – химиялық қасиеттері

 

Мұнай эмульсиясы келесідей  қасиеттерімен сипатталады: дисперстілігі, тұтқырлығы, тығыздығы және электрлік қасиетімен.

Эмульсияның дисперстігі – бұл дисперсті ортада дисперсті фазаның бұзылу дәрежесі. Көбінесе эмульсияның дисперстігі эмульсиялардың басқа да қасиеттерін анықтайды.

Эмульсияның дисперстігі әдетте үш шамамен сипатталады:

1. тамшылар диаметрімен d
2. дисперстілік коэффициентімен D=1/d
3. меншікті бетімен S_мен (бөлшектің жалпы бетінің олардың жалпы көлеміне қатынасы).

Тамшылар өлшемі кең аралықта 0,1 – 100 мкм өзгереді.

Диаметрі бірдей тамшылардан  тұратын дисперсті жүйені монодисперсті  деп атайды, ал диаметрі әр түрлі  тамшылардан тұратын дисперсті  жүйені полидисперсті деп атайды. Мұнай эмульсиялары полидисперсті жүйеге жатады. Егерде дисперсті фазаның тамшылары микроскоп арқылы көрінбейтін болса, онда мұндай жүйені ультрамикрогетерогенді деп, ал көрінетін болса – микрогетерогенді деп атайды.

Әрбір дисперсті жүйенің меншікті беті – S_мен сол жүйенің жалпы бетін – S сол жүйенің жалпы көлеміне – V бөлгенге тең. Дисперсті фазадағы d – диаметрлі сфералы бөлшекті эмульсиялардың меншікті бетін мына формула бойынша анықтауға болады:

 

S_мен = S/V = πd²/πd³/6 = 6/d,

 

Яғни, меншікті бет бөлшектер өлшеміне кері пропорционал.

Дисперсті фазаның бөлшектерінің  өлшемі бойынша келесі жүйелерді  2-суретте қарастырады.

 

І – молекулярлы дисперсті, ІІ – коллоидті, ІІІ – микрогетерогенді,ІV – ірі дисперсті (мұнайлы).

Сурет2. Меншікті бет пен бөлшек өлшемдері арасындағы тәуелділік.

 

Эмульсияның тұтқырлығын  мұнай мен судың жалпы тұтқырлығы ретінде қарастыруға болмайды, яғни ол мұнайдың тұтқырлығына, эмульсияның  түзілу температурасына, судың мөлшеріне, дисперсті ортадағы дисперсті фазаның  тамшылар диаметріне байланысты болады.

Мұнай эмульсиясының тұтқырлығы парафинді мұнайлардың тұтқырлығы сияқты Ньютон заңына бағынбайды да, жылдамдық  градиентіне – dw/dx байланысты өзгереді және мүмкін тұтқырлық μ деп аталады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эмульсия тұтқырлығының  аномалдылығының негізгі себептері  болып кернеу ұлғайғанда ұсақталған (дисперленген) бөлшектердің деформациясы болып табылады. Берілген күш өскен  сайын тамшылап ұзарады, яғни шарикті  түрден эллипсоидты түрге айналады.

Мұнай эмульсиясындағы су құрамының көбеюі мүмкін тұтқырлықтың инверсия нүктесіне дейін ұлғаюына  әкеледі, яғни эмульсияның бір түрден екінші түрге өтуі.

Эйнштейн эмульсияның  тұтқырлығын анықтау үшін келесі формуланы ұсынды:

η₀ = η (1 + 2,5 φ),

 

Мұндағы, η₀ – дисперсті жүйенің тұтқырлығы; η – дисперсті ортаның тұтқырлығы; φ – ұсақталған (дисперленген) зат көлемінің жүйенің жалпы көлеміне қатынасы (мұнайдағы су (С/М) түріндегі эмульсия үшін бұл сулану пайызын көрсетеді). Тәжірибеде мұнай эмульсиясының тұтқырлығын вискозиметрдің көмегі арқылы анықтауға болады [4].

Эмульсияның тығыздығын сұйықтар үшін қабылданған әдістер арқылы мұнайдағы судың пайыздық құрамын  ескере отырып, олардың белгілі тығыздықтары бойынша келесі формула арқылы анықтайды:

 

ρ_э = 1/ (0,01q/ρ_с + (1 – 0,01q)/ρ_м),

 

Мұндағы, ρ_э , ρ_с, ρ_м – эмульсияның, мұнайдың, судың сәйкесті тығыздықтары; q – эмульсиядағы судың және еріген тұздардың массалық үлесінің құрамы, ол мына формула бойынша анықталады:

 

q = q₀ / (1-0,01х),

 

Мұндағы, q₀ – эмульсиядағы таза судың құрамы; х – судағы тұздардың пайыздық құрамы [4].