Адсорбционные явления на границах раздела нефти с газом, водой, породой, металлами — КиберПедия 

Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...

Адсорбционные явления на границах раздела нефти с газом, водой, породой, металлами

2017-10-11 1311
Адсорбционные явления на границах раздела нефти с газом, водой, породой, металлами 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

 

Нефти содержат, кроме углеводородов, гетероорганические соединения, которые по своей природе полярны и проявляют поверхностную активность на межфазных границах различной природы. Наибольшее влияние на поверхностные свойства нефтей оказывают металлпорфириновые комплексы, нефтяные кислоты, смолы и асфальтены.

Механизм перемещения нефти в пласте и извлечение её во многом определяются адсорбционными процессами, протекающими на границах раздела фаз: породообразующие минералы - насыщающие пласты жидкости (нефть и вода) и газы - вытесняющие агенты и, следовательно, свойствами и содержанием поверхностно-активных компонентов нефти и свойствами


пород-адсорбентов.

Адсорбция на границе нефть-газ. При закачке газа или воздуха в пласт с целью вытеснения нефти, а также в газонефтяных месторождениях при выделении газа из нефти возникают поверхности раздела нефть-газ или нефть-воздух. Полярные компоненты нефти повышают её поверхностное натяжение на границе с газом и воздухом в связи с тем, что полярность этих компонентов больше, чем у жидких углеводородов, нефтяного газа и воздуха. В этом случае наблюдается отрицательная адсорбция полярных примесей нефти, которые играют роль поверхностно-инактивных веществ. Однако повышение поверхностного натяжения при этом относительно невелико (несколько нМ/м на квадратный сантиметр).

Адсорбция на границе нефть-вода. Эта поверхность часто встречается в практике нефтедобычи, транспорте и переработке нефти. Полярные компоненты нефти, адсорбируясь на границе раздела жидких фаз, понижают поверхностное натяжение, т.е. проявляют поверхностно-активные свойства. Молекулы их ориентируются своей неполярной группой в сторону нефти, а полярной в сторону воды. Из ПАВ, содержащихся в нефтях, наибольшей поверхностной активностью обладают металл-порфириновые комплексы, нафтеновые и жирные кислоты. Поэтому при наличии их в нефти они в первую очередь адсорбируются на поверхности раздела с водой. При контакте нефти с щелочными пластовыми водами нефтяные кислоты нефти образуют в поверхностном слое растворимые в воде мыла, которые обладают большей поверхностной активностью, чем сами кислоты. С образованием мыла в воде происходит одновременно и адсорбция его на поверхности раздела вода-нефть. В результате поверхностное натяжение на границе раздела сильно снижается.

Асфальтосмолистые вещества нефти менее поверхностно-активны, но

тоже адсорбируются на границе раздела нефти с водой.

Адсорбция на границе порода-нефтяной газ. Горные породы являются плохими адсорбентами газов. Глины адсорбируют газ лучше, чем песчаники и известняки. Адсорбция газов возрастает с ростом их молекулярной массы (метан адсорбируется гораздо меньше, чем пропан и бутан). Обводненность породы значительно снижает ее адсорбционную способность.

Адсорбция на границе раздела нефть-порода. ПАВ нефти


адсорбируются на поверхности пород в той же последовательности, как и на поверхности раздела вода-нефть. На величину адсорбции активных компонентов нефти значительное влияние оказывает минералогический состав породы.

Известно, что основными минералами, слагающими нефтяные коллекторы, являются кварц, песчаники, известняки и глины различных типов. Адсорбция происходит интенсивнее и в большем количестве, чем более гидрофильна твердая поверхность. Наибольшей гидрофильностью обладают глины и известняки. На их поверхности, кроме физической адсорбции, возможна и хемосорбция ПАВ нефти. Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхности минералов своими полярными группами, создают мономолекулярный адсорбционный слой, вследствие чего поверхность породы становится гидрофобной. В результате процесс вытеснения нефти водой ухудшается и, следовательно, уменьшается нефтеотдача пласта.

Степень остаточной гидрофильности гидрофобизированной породы оказывает также существенное влияние на количество поступившего в продуктивный пласт фильтрата промывочной жидкости в процессе бурения.

Адсорбционный слой служит основой для формирования на его основе более толстого полимолекулярного, так называемого граничного слоя.

Граничный слой формируется в результате: 1) индукционного поля

твердой фазы через адсорбционный слой; 2) влияния собственного молекулярного поля адсорбционного слоя.

Строение граничного слоя таково: на поверхности минерала располагаются наиболее поверхностно-активные компоненты нефти; затем асфальтены и смолы. В состав граничного слоя вовлекаются также молекулы высокомолекулярных углеводородов, преимущественно парафиновых. Толщина граничного слоя колеблется в пределах от 0,1 до 3,0 мН/м в зависимости от температуры, содержания и состава ПАВ нефти и природы минералов. Граничные слои нефти в зависимости от строения и физико- химических свойств породы могут находиться в жидком и твердом состоянии. Эти слои отличаются от остальной части нефти аномальной структурой и механическими свойствами, повышенным сопротивлением на сдвиг и повышенной вязкостью. Вязкость возрастает в 10-15 раз, появляется предел текучести, ниже которого граничные слои вообще не смещаются. В


результате граничные слои уменьшают эффективное сечение поровых каналов породы, через которые вытесняется нефть, фильтрация её уменьшается. В конечном счете, уменьшается нефтеотдача. Для её повышения необходимо разрушать такие слои, что достигается повышением температуры или введением поверхностно-активных веществ.

Подобные граничные слои с аномально структурно-механическими свойствами имеют место и на поверхности раздела нефть-вода, что имеет большое значение в процессах разрушения и стабилизации эмульсий. Граничные адсорбционные слои на поверхности раздела, остаточная пленочная вода на поверхности породы-нефть могут тормозить продвижения фильтрата промывочной жидкости в нефтяной пласт и смешивание водного фильтрата с остаточной водой.

Адсорбция на границе нефть-металл. В практике добычи, транспортировки и хранения нефти ее поверхностно-активные компоненты адсорбируются и на металле. Молекулы ПАВ нефти адсорбируются на поверхностях металла, образуя полимолекулярные граничные слои с правильно ориентированными молекулами. Молекулы ПАВ адсорбируются к поверхности металла преимущественно полярной частью.

Абсорбция

 

 

Абсорбция - это объемная сорбция газа или пара жидкостью, приводящая к образованию раствора. Распределение вещества между фазами подчиняется закону Генри. Каждый абсорбент способен поглощать в заметных количествах лишь определенные вещества, что позволяет использовать абсорбент для очистки от примесей (воды, сероводорода, оксида углерода), а также для разделения природных или попутных нефтяных газов, газов крекинга и пиролиза на определенные группы или индивидуальные углеводороды. Природные и попутные газы подвергают осушке и очистке на нефтепромыслах перед направлением их в магистральный газопровод, чтобы исключить образование гидратов и коррозию металлических труб. Эти газы, а также газы крекинга и пиролиза разделяют на нефтехимических заводах.

Абсорбция в промышленности осуществляется на абсорбционных

установках, основным аппаратом в которых служит поглотительная колонка

 


- абсорбер. В абсорбере имеются тарелки, как и в ректификационной колонне, или насадка (металлические или керамические фигурные тела). Газ, который требуется очистить, подается в нижнюю часть абсорбера, а абсорбент стекает вниз навстречу поднимающейся смеси газов и паров. С низа колонны уходит насыщенный извлеченными компонентами абсорбент, а с верха колонны остаточный газ.

Поглощение газов и паров абсорбентом происходит за счет физической

абсорбции или чаще всего в результате хемосорбции.

Для осушки газов в качестве абсорбента в основном применяют этиленгликоль, который поглощает воду за счет физической абсорбции.

Для очистки газа от сероводорода и диоксида углерода используют абсорбенты, образующие с ними легко разрушаемые соединения. При низких температурах примеси поглощаются абсорбентами, а при повышенных температурах или при продувке воздухом происходит регенерация поглотительного раствора и выделение диоксида углерода или сероводорода. Выделившийся сероводород отправляют на получение серной кислоты.

В качестве адсорбентов для очистки газов применяют:

1. Соли сильных оснований и слабых кислот (фосфаты, феноляты, карбонаты натрия или калия). Растворы карбонатов щелочных металлов, взаимодействуют с CO2 и Н2S по реакциям

Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3

Na2CO3+H2SNaHS+NaHCO3

Подобным образом реагируют с СО2 и Н2 феноляты и фосфаты калия и натрия.

2. Растворы моноэтаноламина HOCH2CH2NH2 и диэтаноламина (HOCH2CH2)2NH. Процесс поглощения моноэтаноламином идет по следующим реакциям:

HOCH2CH2NH2+ H2SHOCH2CH2NH3HS HOCH2CH2NH2+ CO2+H2OHOCH2CH2NH3HCO3

Абсорбционный метод широко применяют для выделения из

природных и нефтяных газов легких углеводородов и бензиновых фракций (газового бензина). В качестве абсорбента в этом случае используют керосиновые и легкие масляные фракции нефтей. Пары бензина почти полностью растворяются в масляной фракции, бутан и изобутан на 85-95 %, пропан на 75-80 %, этан на 25-30 %.


Метод абсорбции используют и для анализа газовых смесей. Метод основан на последовательном поглощении отдельных компонентов различными химическими поглотителями. Измеряя объем газа до и после абсорбции, по разности определяют количество поглощенного компонента или суммы компонентов (в об. %) реагирующих C данным поглотителем


Поделиться с друзьями:

Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...

Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...

История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.014 с.