Настоящая работа была разработана в лаборатории коррозии Химического факультета Восточного университета, и в ней проводится исследование влияния соотношения нефть / вода + эмульгатор на реологические характеристики и стабильность водных эмульсий нефти CM-650 с эмульгатором P.
Нефть представляет собой гетерогенную смесь органических соединений, в основном нерастворимых в воде углеводородов. Это невозобновляемый природный ресурс, который в настоящее время также является основным источником энергии в большинстве стран мира и причиной военных конфликтов, развязанных более богатыми странами.
На Кубе у нас есть некоторые запасы этого важного минерального жидкого топлива, которое, среди прочего, характеризуется высокой вязкостью, высоким содержанием серы и высоким содержанием асфальтенов., что значительно затрудняет его обращение и транспортировку, поэтому возникает необходимость в использовании альтернативных методов, которые приводят к снижению этого параметра. Среди этих альтернативных методов - нагревание их до подходящих температур, использование двухжильного потока (Core Flow), смешивание с более легкими фракциями нефти или использование прямых водных эмульсий, с помощью которых можно резко снизить их вязкость.
Именно на изучении последнего метода сосредоточено внимание в этой работе, поскольку имеется очень мало доступной информации об образовании прямых эмульсий и меньше, если они получены с использованием эмульгатора отечественного производства (эмульгатора P). Кроме того, следует учитывать, что транспортируемые продукты обладают настолько сложными реологическими характеристиками, что разработать методы отбора или конструкции для транспортировки сырой нефти по этому маршруту непросто [2]
Некоторые из факторов, которые следует учитывать при транспортировке эмульгированной сырой нефти, заключаются в знании правильного соотношения нефть / вода + эмульгатор, включая в нем тип эмульсии (О / Вт, Ж / или или смешанная), ее стабильность, реологические характеристики и другие, поэтому цель исследования - определить, какое соотношение нефти и воды является наиболее подходящим для использования в качестве эмульгатора. настоящая работа заключается в получении прямых эмульсий нефть/вода (O/W) из сырой нефти с использованием эмульгатора P и, кроме того, определить условия стабильности полученных эмульсий для облегчения их использования при транспортировке. то же самое.
2. Материалы и методы
Основным использовавшимся оборудованием были: вискозиметр HAAKE VT550, мешалка Mechanick Prufgerate Medinger, окуляр и объектив микроскопа. OLYMPUS, Механические весы, измеритель pH LPG Mark 22.
Характеристика используемой сырой нефти:
В испытаниях, проведенных с эмульгатором P, использовалась улучшенная сырая нефть, поставляемая лидийским термоэлектрическим заводом Рамона Переса де Фелтона в Майари-Ольгин, с вязкостью 3036 Па.с при 30 ° С.
Характеристика эмульгатора P
Эмульгатор P представляет собой эмульгатор, применяемый при приготовлении водных эмульсий дизельного топлива, а также применялся и изучался для его использования в эмульсиях сырой нефти, мазута (мазута), в асфальтовых красках и других нефтяных фракциях [4, 5].
Получается продукт, полученный в результате смешивания пиролизных фракций лигноцеллюлозных материалов (смолы и пироленовой кислоты), щелоченных гидроксидом натрия и этиловым спиртом [3, 6].
Некоторые свойства эмульгатора P, определенные при различных температурах, показаны в таблице 1.
Таблица 1 – Свойства эмульгатора P, определенные при различных температурах
Экспериментальная техника
Эмульсии готовили с отслеживанием их стабильного поведения в течение последующих дней [3, 4, 5,6,8].
При приготовлении эмульсий и в соответствии с проведенным литературным исследованием должен быть установлен диапазон содержания 60-70% [3] нефти, от 4-6% эмульгатора до остальная часть для заполнения 100% по массе будет составлять вода [6].
После определения количества воды и эмульгатора, которые будут использоваться, эти два компонента будут смешаны и помещены в механическую мешалку спирального типа с регулируемой скоростью., всегда начиная с наименьшего значения (600 об / мин) и удерживая его фиксированным до тех пор, пока количество сырой нефти не будет добавлено к предыдущей смеси. 100% по массе.
После добавления этих трех компонентов число оборотов мешалки увеличивается до желаемой скорости. Важно отметить, что в соответствии с характеристиками насосов, которые будут использоваться при транспортировке эмульгированной сырой нефти, эксперименты проводились при 1400 об / мин в течение 15 минут для достижения большего рассеивания капель нефти в воде [1, 8].
Полученным эмульсиям определяли вязкость при различных положениях скоростей (1-10) ротационного вискозиметра, принимая значения в порядке возрастания. За ее образцом проводили микроскопическое наблюдение, чтобы определить размер капли и определить тип полученной эмульсии с учетом того, диспергируется ли нефть в воде (прямая эмульсия), или вода диспергируется в нефти (обратная эмульсия).
3.Результаты и обсуждения
Статистическая обработка данных, выполненная с помощью программ STATGRAPHICS plus 5.1 на испанском языке и STATISTICA 7.0, графики и корректировки реологических моделей были выполнены в Microsoft Excel 2003.
Определение вязкости используемой сырой нефти
Как видно на рисунке 1, отношение напряжения сдвига к градиенту скорости представляет собой прямую линию с нулевым пересечением, что соответствует ньютоновскому реологическому поведению., в котором вязкость сырой нефти - это наклон прямой, которая соответствует полученным точкам и значение которой составляет 3,0362 Па.s. [2] Полученный коэффициент регрессии равен R2=0, 9999, что указывает на качество полученной подгонки.
Рисунок 1 – Напряжение сдвига в зависимости от градиента скорости для улучшенной сырой нефти.
Экспериментальный дизайн
Было проведено 15 экспериментальных прогонов, соответствующих пяти соотношениям нефть / вода + эмульгатор, и для каждого из них было проведено 2 повторных прогона. Для лабораторных работ была рассмотрена масса смеси 150 г, как показано в таблице 1.
Определение наилучшего соотношения нефть-вода + эмульгатор при составлении прямых эмульсий с эмульгатором P
На основе данных, полученных в таблице 1, и с учетом описанной экспериментальной методики были получены данные, показанные в таблице 2, где наблюдаются значения напряжения сдвига для каждого градиента скорости.
Исходя из значений напряжения сдвига и зная, что кажущаяся вязкость - это отношение между напряжением сдвига и градиентом скорости 2, и учитывая, что соотношения (90/(54+6)) и (97,5/(45+7,5)) поддерживают нормальное распределение и между ними. существенных статистических различий нет, для него была проведена та же процедура, что и для соотношения (105/(36+9)), поэтому таблица 2 с кратким описанием значений напряжения сдвига для каждого градиента скорости приведена ниже.
Таблица 2 – Сводные значения напряжений сдвига для каждого градиента скорости
График зависимости напряжения сдвига от градиента скорости для каждого из соотношений в таблице 2 показан на рисунке 2, в котором можно наблюдать, что все кривые соответствуют псевдопластическому реологическому поведению. в том, что наибольшие изменения напряжения сдвига, возникающие в эмульсии, наблюдаются для градиентов сдвига. низкие скорости (от 4,5 до 150 c-1), кроме того, что для тех же градиентов скорости соотношение 90/54+6 - это то, которое требует наименьшего напряжения сдвига.
Рисунок 2 – Напряжение сдвига в зависимости от градиента скорости для каждого из соотношений нефть / вода + эмульгатор.
В таблице 3 показаны модели для каждой из кривых, а также коэффициент регрессии, который в случае соотношения 105/(36+9) составляет 97, 41 %. и для остальных кривых больше этого значения, что дает меру того, что коэффициент регрессии для каждой из кривых равен 105/ (36+9). корректировка данных является адекватной.
Таблица 3 – Реологические модели и коэффициенты регрессии для каждой из кривых на графике выше.
Из значения напряжения сдвига, показанные в таблице 3 для каждого из соотношений нефть /(вода + эмульгатор), были определены по соотношению ?=?/? значения кажущейся вязкости, см. Таблицу 4.
Таблица 4 – Сводные значения кажущейся вязкости для каждого градиента скорости
Построив график зависимости кажущейся вязкости от градиента скорости (рис. 3), можно отметить, что во всех случаях вязкость намного ниже вязкости сырой нефти (?=3.0362), что указывает на то, что полученные эмульсии являются прямыми эмульсиями. Это было дополнительно подтверждено микроскопическим наблюдением, при котором вода наблюдалась как внешняя фаза, а нефть - как внутренняя фаза.
На рисунке 3 показано, что наибольшие изменения вязкости происходят при низких градиентах скорости, поскольку, начиная с 20,88 с-1, значения вязкости очень похожи и не зависит от используемого соотношения, поскольку по мере увеличения градиента скорости преобладание механических сил увеличивается. о структуре эмульсии.[8]
Рисунок 3 – График зависимости кажущейся вязкости от градиента скорости.
Чтобы получить более точные результаты, на рисунке 3 показано поведение кажущейся вязкости с учетом только градиента скорости 20, 88 с-1. На этом рисунке ясно показано, что наименьшее значение кажущейся вязкости достигается при соотношении 90/(51+9), что соответствует 60 % нефти, 34 % воды и 6 % эмульгатора. Этот результат соответствует результату, полученному при [3, 7], то есть минимальном объеме нефти и максимальном объеме эмульгатора. Далее можно отметить, что максимальные значения вязкости достигаются при соотношении 90/(54+6), то есть при минимальном объеме нефти и эмульгатора, что дает показатель эффективности эмульгатора. Для остальных соотношений результаты очень похожи.
Учитывая доли каждого из компонентов, присутствующих в смеси, и средние значения вязкости для каждого из анализов, средние значения вязкости показаны в таблице 5. Анализ экспериментального проекта будет проводиться с помощью программы STATISTICA 7.
Таблица 4 – Результаты проекта эксперимента с учетом средней вязкости для каждого прогона и его повторений.
Результаты анализа:
Модель является квадратичной и показывает влияние каждого из компонентов (нефть (О), вода (W), эмульгатор (Е)), а также взаимосвязи между ними (нефть - вода и нефть - эмульгатор).
Visc=0,43230642772075*O+0,31995907443828*W+1,0972786905194*E+0,32520453103309*O*W-0,28369718191645*O*E
Определенный коэффициент регрессии составляет = 94,75%, что приемлемо, если принять во внимание сложность модели. Необходимо уточнить, что значения O, W и E в полученной модели должны быть заменены дробью оба на единицу.
Кривая поверхностной зависимости вязкости от фракций нефти, воды и эмульгатора, полученная на основе полученной модели, показана на рисунке 4. Этот график позволяет прогнозировать значение вязкости, зная доли обоих по одному для каждого компонента смеси.
Рисунок 4 – Кривая вязкости поверхности.
Влияние каждого из компонентов (нефти, воды и эмульгатора на вязкость эмульсии показано на рисунке 5. При этом можно отметить, что параметрами, которые оказывают наибольшее влияние на вязкость, являются доля воды, доля нефти, доля эмульгатора и доля соотношение нефти и воды. В случае соотношения нефть-эмульгатор им можно пренебречь.
Рисунок 5 – Диаграмма Парето с влиянием каждого параметра на модель вязкости.
Анализ влияния соотношения нефть/(вода+ эмульгатор) на стабильность и реологические свойства полученных эмульсий.
Стабильность эмульсий была проверена после восстановления подготовленных образцов в соответствии с экспериментальной схемой через 7 дней и с учетом тех же условий, в которых образцы были первоначально приготовлены, перемешивание при 1400 об / мин в течение 15 мин [3].
С помощью программы STATGRAPHICS plus 5.1 был проведен статистический анализ результатов каждого соотношения Нефть / вода + эмульгатор, в котором было подтверждено, что все данные о напряжении сдвига для каждого прогона соответствуют нормальному поведению и что между результатами одного и того же соотношения этих компонентов нет статистических различий. значительное.
4.Выводы
1. Кубинская сырая нефть, используемая при производстве эмульсий, имеет ньютоновское поведение и высокую вязкость 3036 Па.с при 30±2° С).
2. С использованием программы STATISTICA 7 был проведен экспериментальный проект с 15 анализами, сгруппированными по 5 различным соотношениям нефть / (вода + эмульгатор), и из этого можно сделать вывод, что все составленные эмульсии являются прямыми (О / Вт), а их реологическое поведение псевдопластично с коэффициентами регрессии более 97, 41 %. Кроме того, наименьшие значения вязкости были достигнуты в соотношениях (90/(51+9) и 90/(54+6)), соответствующих наименьшему содержанию нефти и наибольшему количеству эмульгатора.
3. Значения вязкости во всех случаях находятся ниже 0,95 Па.с, и наибольшие ее изменения наблюдаются при значениях градиента скорости менее 50 с -1, начиная с этого значения вязкость остается практически постоянной, имея тенденцию к ньютоновскому поведению.
4.Стабильность эмульсий хорошая, и хотя вода отделяется от нефти через 24 часа в состоянии покоя, она легко восстанавливается при тех же условиях перемешивания, которые использовались при ее приготовлении (1400 об / мин в течение 15 минут). В случае стабильности восстановлений было отмечено, что через 15 часов вода начала отделяться от нефти.
Библеографические ссылки
- DIAZ GARCIA A., “Manual de Hidraulica Aplicada”. Santiago de Cuba, Ediciones Universidad de Oriente. 1989.
- GARCELL PUYANS L., “Transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa”. La Habana, Editorial Pueblo y Educacion. 1989.
- POLL YORDENIS. “Efecto de la relacion O/ (W+E) en el comportamiento reologico y estabilidad de las emulsiones acuosas del petroleo crudo cubano con emulgente P”, Tesis en opcion al titulo de ingeniero Quimico. Facultad de Ingenieria Quimica, Universidad de Oriente, 2010.
- CAMPOS SOFIA M. et al.?Diseno de mezcla para evaluar el efecto de la composicion de emulsiones de petroleo?. Revista Tecnologia Quimica. Vol 30, N3, 2010 p. 11-19.
- QUIALA, E. REYES A. ?Estudio reologico de las emulsiones con petroleo crudo cubano?. Tesis en opcion al titulo de ingeniero Quimico. Facultad de Ingenieria Quimica, Universidad de Oriente, 2002.
- RODRIGUEZ T. HECTOR L. “Efecto del pH de la fase acuosa y de agentes emulsionantes sobre las caracteristicas de las emulsiones acuosas del petroleo crudo cubano“, Tesis en opcion al titulo de master en Ingenieria Quimica. Facultad de Ingenieria Quimica, Universidad de Oriente, 2006.
- TURRO ALBERTO BREFF “Estudio del Hidrotransporte de las Colas en el Proceso Carbonato Amoniacal” Tesis en opcion al titulo de Doctor en Ciencias, Instituto Superior Minero Metalurgico de Moa, 2002.
- VERA C. G, ERSTED ARAGAO: "Obtencion y analisis de la estabilidad de las emulsiones directa del petroleo crudo cubano con agentes emulsionantes seleccionados para facilitar su transportacion." Tesis en opcion al titulo de ingeniero Quimico. Facultad de Ingenieria Quimica, Universidad de Oriente, 2009.