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稠油组分及乳化剂对油水界面性质影响的研究

作　者: 白金美
导　师: 范维玉
学　校: 中国石油大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 稠油组分乳化剂结构参数界面张力 zeta电势乳状液稳定性
分类号: TE39
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-6
论文创新点摘要  6-10
第一章前言  10-37
  1.1 研究背景及立题意义  10-11
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 立题意义  11
  1.2 稠油的分类及分布  11-12
    1.2.1 稠油的分类  11-12
    1.2.2 稠油的分布  12
  1.3 稠油乳状液稳定性研究  12-34
    1.3.1 油包水型原油乳状液稳定性研究  13-24
    1.3.2 水包稠油乳状液稳定性研究  24-34
  1.4 论文的研究思路与主要内容  34-37
    1.4.1 稠油组成及其结构分析  35
    1.4.2 稠油组分间相互作用研究  35
    1.4.3 乳化剂与稠油组分间相互作用研究  35
    1.4.4 稠油组分结构与界面性质的关系研究  35-36
    1.4.5 油水界面性质与乳状液稳定性关系的考察  36-37
第二章稠油组成及其结构分析  37-57
  2.1 稠油的组分分离  37-40
    2.1.1 主要仪器与设备  37
    2.1.2 主要试剂与材料  37-38
    2.1.3 实验方法  38-39
    2.1.4 实验结果与讨论  39-40
  2.2 稠油及其组分的基本性质测定  40-41
    2.2.1 主要仪器与设备  40
    2.2.2 主要试剂与材料  40
    2.2.3 实验方法  40
    2.2.4 实验结果与讨论  40-41
  2.3 稠油及其组分组成、结构分析  41-55
    2.3.1 实验仪器及测试条件  41-42
    2.3.2 实验方法  42
    2.3.3 实验结果与讨论  42-55
  2.4 本章小结  55-57
第三章稠油组分间的相互作用对油水界面性质的影响  57-78
  3.1 两种稠油及其组分的界面活性研究  57-69
    3.1.1 模拟油体系界面张力及zeta 电势的测定  57-58
    3.1.2 实验结果及讨论  58-69
  3.2 稠油组分间相互作用对模拟油体系界面张力的影响  69-76
    3.2.1 稠油各组分对沥青质模拟油界面张力的影响  69-74
    3.2.2 稠油各组分对胶质模拟油界面张力的影响  74-76
  3.3 本章小结  76-78
第四章乳化剂与稠油组分间的相互作用对油水界面性质的影响  78-95
  4.1 乳化剂与稠油组分相互作用对界面张力的影响  78-82
    4.1.1 实验用乳化剂的确定  78
    4.1.2 实验部分  78-79
    4.1.3 模拟乳化体系的油水界面张力  79-82
  4.2 乳化剂与稠油组分相互作用对zeta 电势的影响  82-85
  4.3 水相pH 值、盐浓度对乳化剂与稠油组分相互作用的影响  85-93
    4.3.1 水相pH 值对乳化剂与稠油组分相互作用的影响  86-92
    4.3.2 水相盐浓度对乳化剂与稠油组分相互作用的影响  92-93
  4.4 本章小结  93-95
第五章稠油组分结构与组分界面活性关系的考察  95-99
  5.1 稠油组分结构与界面活性的关系  95-97
    5.1.1 稠油组分的组成与界面活性的相关性  95-96
    5.1.2 稠油组分的平均结构参数与界面活性的相关性  96-97
  5.2 稠油组分间相互作用与组分结构的关系  97
  5.3 稠油组分与乳化剂相互作用与组分结构的关系  97-98
  5.4 本章小结  98-99
第六章油水界面性质与乳状液稳定性关系的考察  99-103
  6.1 实验部分  99-100
    6.1.1 实验仪器与材料  99
    6.1.2 实验方法  99-100
  6.2 界面张力与乳状液稳定性的相关性  100-101
  6.3 界面zeta 电势与乳状液稳定性的相关性  101-102
  6.4 本章小结  102-103
结论  103-105
参考文献  105-115
附录  115-132
攻读博士学位期间取得的研究成果  132-133
致谢  133-134
作者简历  134

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