Dobór związków powierzchniowo-czynnych w procesach fizykochemicznego oczyszczania rop naftowych na Niżu Polskim

• Autorzy: Bęben D.

Warianty tytułu

EN

Selection of surfactants in physical and chemical oil purification process in the Polish Lowlands

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wpływ związków powierzchniowo-czynnych na rozdział w układach woda-ropa naftowa nie został dotychczas dostatecznie zbadany. Celem niniejszej pracy jest dokładniejsze zbadanie obecności oraz zmiany stężenia wybranych ZPCz jonowych oraz niejonowych, na równowagi w układach woda-ropa naftowa i ich dobór. Do zrealizowania tego celu zaplanowano szczegółowo: - wybór ZPCz o różnej budowie chemicznej, - doświadczalne wyznaczenie ilości ZPCz dodawanego do układu woda-ropa naftowa, - badania laboratoryjne parametrów fizykochemicznych zachodzących w procesie eksploatacji przy użyciu różnych związków powierzchniowo czynnych. W pracy dokonano analizy wyników badań laboratoryjnych i prób przemysłowych w celu dobru ZPCz w procesie oczyszczania rop naftowych na Niżu Polskim. Metody rozdziału wykorzystuje się do ekstrakcji związków organicznych oraz nieorganicznych. Metoda rozdziału ma przewagę m.in. nad destylacją, ponieważ nie wymaga zmiany stanu skupienia substancji. Ekstrakcja ciecz-ciecz w obecności związków powierzchniowo-czynnych jest obecnie nowoczesną metodą rozdziału, o szczególnie dużym znaczeniu. Dzięki istnieniu w tym układzie ekstrakcyjnym mikroemulsji (układ makroskopowo-homogeniczny, mikroskopowo-heterogeniczny), utworzonych przy udziale demulgatorów, zwiększa się powierzchnia wymiany masy i obniża napięcie międzyfazowe, co w konsekwencji zwiększa szybkość i efektywność procesu. Niekorzystnym efektem zastosowania związków powierzchniowo-czynnych oraz ich niewłaściwego doboru może być powstawanie trwałych emulsji, utrudniających ich rozdzielenie. Demulgatory mają różnorodne zastosowania, a zwiększająca się ich produkcja i zużycie dowodzą, iż wciąż istnieje zapotrzebowanie na te związki chemiczne. Jednocześnie oczekuje się, aby procesy, w których wykorzystuje się demulgatory, były przyjazne dla człowieka i środowiska. Z pewnością wielofunkcyjność surfaktantów jest ich atutem i celowe jest naukowe badanie zjawisk zachodzących z ich udziałem. Przykłady przemysłowych i laboratoryjnych aplikacji z udziałem mikroemulsji związków powierzchniowo-czynnych przedstawiono w pracy. Najważniejszym obecnie obszarem zastosowań demulgatorów jest przemysł wydobywczy ropy naftowej. Klasyczną metodą, polegającą na przemyciu złoża czystą solanką, udaje się wydobyć około 60% zalegającej ropy naftowej. Po wprowadzeniu do złoża roztworu demulgatora i w efekcie po obniżeniu napięcia międzyfazowego pomiędzy ropą naftową a skałą - od wartości 20-25 mN/m do wartości około 10-3 mN/m - maleją siły adhezji i mogą zostać uwolnione dodatkowe porcje ropy naftowej. Związek powierzchniowo-czynny obecny w układzie tworzy mikroemulsję in situ pomiędzy ropą i solanką, która swobodnie migruje przez pory istniejące w skale. Niekorzystnym efektem może być nadmierne zasolenie, co w konsekwencji może powodować strącanie się naładowanych surfaktantów i destabilizację mikroemulsji. Konieczny jest zatem odpowiedni dobór stężenia demulgatora doprowadzanego do złoża.

EN

The effect of surfactants on water-petroleum systems distribution has not been examined sufficiently yet. The goal of presented paper is more detailed examination of the presence and concentration changes in selected ionic and non-ionic surfactants with reference to the balance of water-petroleum systems and their selection. In order to achieve the goal, some detailed planning was made: - selection of surfactants of different chemical structure, - experimental determination of the amount of surfactant added to water-petroleum system, - laboratory examination of physical and chemical parameters in exploitation process using different surfactants. The paper presents the analysis of laboratory test result along with industrial test in order to select the surfactant for petroleum purification process in the Polish lowlands. The distribution methods are used for extraction of organic and non-organic compounds. The distribution method has an advantage over distillation, among other things, as it does not require changing the state of matter of the substance. The extraction fluid-fluid in the presence of surfactants is presently a modern distribution method, of particularly great significance. Owing to the existence, in this extraction system, of microemulsion (macroscopic-homogeneous, microscopic-heterogenic system), created in the presence of demulsifiers, the surface of mass exchange increases and interphacial tension decreases, which consequently increases the speed and effectiveness of the process. An unfavourable effect of using surfactants and their inappropriate selection may be the appearance of durable emulsions difficult to separate. Demulsifiers have various applications, and their increasing production and consumption prove that there is still a demand for these chemical compounds. Simultaneously, it is expected that the processes which use demulsifiers were friendly for man and the environment. Certainly the multifunctional use of surfactants is their asset and it would be practical to examine the phenomena which occur in their presence. The paper presents examples of industrial and laboratory applications using surfactant microemulsions. At present, the most essential area of demulsifier application is petroleum extraction. Using the classic method consisting in washing the deposit with pure brine, about 60% of petroleum can be extracted. When demulsifier solution has been introduced to the deposit and - after lowering the interphacial tension between petroleum and rock decreases - from values 20-25 mN/m to about 10-3 mN/m - the adhesion forces decrease and extra petroleum portions may be released. The surfactant present in the system creates microemulsion in situ between the oil and brine which migrates freely through the pores in the rock. As a result, excessive salinity may be an unfavourable effect which may lead to precipitation of charged surfactants and destabilization of microemulsion. Therefore, an appropriate selection of demulsifier concentration introduced to the deposit is essential.

Słowa kluczowe

PL

fizykochemiczne oczyszczanie ropy naftowej; ropa naftowa

EN

chemical clean-up petroleum; petroleum production

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 167
• Strony: 1--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 74 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bęben D.

• Instytut Nafty i Gazu

Bibliografia

• [1] Aboofazeli R., Lawrence M.J., Particle Size Analysis of Concentrated Phospholipid Microemulsions II. Photon Correlation Spectroscopy, International Journal of Pharmaceutics, 1993, 93, 161.
• [2] Abu-Hamdiyyah M., Amphiphilic coaggregation with cetyltrimethylammonium bromide. Journal of Physical Chemistry, 90, 1986, 1345.
• [3] Abu-Hamdiyyah M., El-Danab C., Effect of short non-ionic amphiphiles derived from ethylene and propylene glycol alkyl ethers on the CMC of SDS. Journal of Physical Chemistry, 87, 1983, 5443.
• [4] Abu-Hamdiyyah M., Rahman AI., Investigation of the properties of decaoxyethylene n-dodecyl ether, C12E10, in the aqueous sugar-rich region. Journal of Physical Chemistry, 89, 1985, 23377.
• [5} Abu-Hamdiyyah M., Rahman AI., Study of rice-starch structure by dynamic light scattering in aqueous solution. Journal of Physical Chemistry, 91, 1987, 1530.
• [6] Ali L.H., K.A. Al-Ghannam, Investigations into asphaltenes in heavy crude oils. I. Effect of temperature on precipitation by alkane solvents. Fuel, 1981, 60 (November): p. 1043-1046.
• [7] Attwood D., Marcel Dekker in (ed. Kreuter J.), Colloidal Drug Delivery System, New York, 1994, 31.
• [8] Baran Jr. J.R., Pope G.A., Wade W.H., Weerasooriya V., Mixed Surfactant Systems for Microemulsion Formation with Chlorinated Hydrocarbons. Am. Cad. Environ. Engg., Washington DC, 1998.
• [9] Baviere M., Glenat P., Plazanet N., Evaluation of EOR methods for heavy-oil recovery in naturally fractured reservoirs. SPE Reservoir Engineering, 1995, 10, 387.
• [10] Bęben D., Badania wpływu demulgatorów na układ woda-ropa naftowa w celu uzyskania rozdziału faz. Praca własna, MEN, 2006.
• [11] Bęben D., Sposób odsalania ropy naftowej z wykorzystaniem demulgatorów. Zgłoszenie patentowe, 2004.
• [12] Białowąs E., Hreczuk W., Szymanowski J., Zaplecze surowcowe, produkcja i zastosowanie związków powierzchniowo-czynnych (surfaktantów) na progu nowego milenium. Przemysł chemiczny, 2001, 80/ 10.
• [13] Boussingault J.B., Memoire sur la composition des bitumens. Ann. Chim. Phys., 1837, 64 (141).
• [14] Castro MJL., A simplified Method for the Determination of Critical Micelle Concentration. J. of Chem. Education, 78, 2001, 3.
• [15] Cimino R., Correra S., Del Bianco A., Lockheart T.P., Einricerche S.p.A., Solubility and phase behavior of asphaltenes in hydrocarbon media. in Asphaltenes: Fundamentals and Applications, E.Y. Sheu and O.C. Mullins, Editors, 1995, Plenum Press: New York. p. 7-130.
• [16] De Lisi R., Genova C., and Livieri VT., Enzyme Safety and Regulatory Considerations J. Colloid Interface Sci., 95, 1983, 428.
• [17] De Lisi R., Liveri VT., et al. Solubility, enthalpy, and heat capacity of solution tris(2,4- pentanedionato)cobalt(III) in aqueous mixed solvents if 2-butoxyethanol and 2-ethoxyethanol. J. Solution Chem., 15, 1986, 23.
• [18]Dominguez A., et al., Determination of Critical Micelle Concentration of Some Surfactants by Three Techniques. J. of Chem. Education, 75, 1971, 369.
• [19] Ese M.H. at al., Properties of Langmuir Surface and Interfacial Films Built up by Asphaltenes and Resins: Influence of Chemical Demulsifers. J. Colloid Interface Sci., 1999, 220, 293.
• [20] Fingas M., Water-in-Oil Emulsion Formation: A Review of Physics and Mathematical Modelling. Spill Science & technology Bulletin, 1995, 2(1): p. 55-59.
• [21] Fordedal H., Schildberg Y., Sjoblom J., Volle J.L., Crude oil emulsions in high electric fields as studied by dielectric spectroscopy. Influence of interaction between commercial and indigenous surfactants. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 1996, 106(1): p. 33-47.
• [22] Fotland P., Precipitation of Asphaltenes at high Pressures Experimental Techniques and Results. Fuel and Science Technology, 1996, 14 (1&2): p. 313-325.
• [23] Fuhr B.J., Cathrea C., Coates L., Kalra H., Majeed A.I., Properties of asphaltenes from a waxy crude. Fuel, 1991, 70: p. 1293-1297.
• [24] Haegel F:H., Dierkes F., Kowalski S., Monig K., Schwuger M.J., Subklew G., Thiele P., in Surfactant Based Separations: Science and Technology (ed. Scamehorn J.F. and Harwell J.H.), ACS Symp. Sr. 740, Am. Chem. Soc., Washington DC, 2000.
• [25] Hall DG., J. Micelles in aqueous solution, Chem. Soc. Faraday Trans. II, 68, 1972, 1439.
• [26] Hamouda A.A., Wax deposition mechanism under high-pressure and in presence of light hydrocarbons. SPE 25189, 1993.
• [27J Hayase K., Hayano S., Enthalpy-entropy compensation in micellization of sodium dodecyl sulphate in water/methanol, water/. Bull. Chem. Soc. Jpn., 50, 1977, 83.
• [28J Hayase K., Hayano S., Micellar behavior of tetradecyldimethylbenzylammonium chloride in water - alcohol mixtures, Journal of Colloids and Interface Science, 63, 1978, 446.
• [29] Janocha A., Bęben D., Problematyka transportu rop naftowych złoża BMB na trasie odwiert - ośrodek zbiorczy. Materiały konferencyjne, 2002.
• [30] Jones T.J., Neustadter E.L., Whittingham K.P., Water- in - Crude Oil Emulsion Dtability and Emulsion Destabilization by Chemical Demulsifiers. J. Cdn. Pet. Tech., April-June 1978, 100-108.
• [31] Joshi N.B., Mullins O.C., Abdul J., Creek J., McFadden J., Asphaltene Precipitation from Live Crude Oils. Energy & Fuels, 2001. I5: p. 979-986.
• [32] Kaneshina S., Kamaya H., Ueda I., Solubilization study of local anesthetics into sodium dodecyl sulfate micelle using anesthetic cation selective electrodes. J. Colloid Interface Sci., 83, 1981, 589.
• [33] Kim Y.H., Wasan D.T., Breen P.J., A Study of Dynamic Interfacial Mechanism for Demulsification of W/O Emulsions. Coll Surf. A: Physicochem. Eng. Asp., 1995, 95, 235.
• [34] Laux H., Rahimian I., Browarzik D., Flocculation of asphaltenes at high pressure. I. Experimental deter- mination of the onset of flocculation. Petroleum Science and Technology, 2001. 19(9&10): p. I155- 1166.
• [35] Lissant K.J., Demulsification Industrial Application, Surfactrant Science Series, Vol. 13 Marcel Dekker, New York 1983.
• [36] Long B.R., The Concept of Asphaltenes. in Chemistry of Asphaltenes, Editors. 1981, American Chemical Society: Washington, DC, p. 17-27.
• [37] Manabe M., Kawamura H., Kondo S., Kojima M., Tokunaga S., Determination of partition coefficient of alkanols between bulk water and micelles of an ionic surfactant by a novel method based on surfactant counterion concentration Langmuir, 6, 1990, 1596.
• [38] Manabe M., Shirahama K., Koda M., Bull. The Effect of Poly(oxyethylene) Alkyl Ethers, Alkanediols, and Alkanols on the Critical Micelle Concentration of Sodium Dodecyl Sulfate. Chem. Soc. Jpn., 49, 1976, 2904.
• [39] Marangoni D., Kwak JCT., A 2-D NMR investigation of the micellar solubilization site in ionic micellar solutions. Langmuir, 7, 1991, 2083.
• [40] Materna K., Wydzielanie modelowych substancji organicznych z koloidalnych roztworów oksyetylenowanego dodekanianu metylu techniką temperatury zmętnienia. Praca Doktorska, Politechnika Poznań- ska, Poznań 2002.
• [41] McLean J.D., Kilpatrick P.K., Effects of asphaltene aggregation in model heptane-toluene mixtures on stability of water-in-oil emulsions. Journal of Colloid and Interface Science, 1997, 195(1): p. 23-34.
• [42] McLean J.D., Kilpatrick P.K., Effects of asphaltene solvency on stability of water-in-crude-oil emulsions. Journal of Colloid and Interface Science, 1997, 189(2): p. 242-253.
• [43] Mijnlief P.F., Optical examination of structured colloidal dispersions. Journal of Colloids and Interface Science, 33, 1970, 255.
• [44] Miyashita Y., Hayano S., Causes and remediation of reduced efficiency in micellar liquid chromatography. J. Colloid Interface Sci., 86, 1982, 344.
• [45] Mohammed R.A., Bailey A.I., Luckham P.F., Taylor S.E., Dewatering of crude oil emulsions 2. Interfacial properties of the asphaltic constituents of crude oil. Colloids Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 1993, 80: p. 237-242.
• [46] Motomura K., Yamanaka M., et al., Nónideal Mixing in Adsorbed Film and Micelle of Ionic-Nonionic Surfactant Mixtures. Journal of Colloids and Interface Science, 262, 1984, 948.
• [47] Paul B.K., Moulik S.P., Dispersion science and technology. Journal of Dispersion Science and Technology, 18,1997, 301.
• [48] Paul B.K., Moulik, S.P., Uses and applications of microemulsions. Current Science, 80, 2001, 990.
• [49] Perez-Villar V., Mosquera V., Garcia M., et al., Evaluation of solute distribution coefficients in solubilized systems Colloid Polym. Sci., 268, 1990, 965.
• [50] Pigoń K., Ruziewicz Z., Chemia fizyczna. PWN, Warszawa 1980.
• [51] Piirma I., Emulsiona Polymerisation. Academic Press, New York 1982.
• [52] Rao IV., and Ruckstein E., “Micellization Behaviour in the presence of Alkohols”, Journal of Colloid and Interface Science, 113, 1986, 375.
• [53] Rao IV., Ruckstein E., Micellization Behaviour in the presence of Alkohols. J. Colloid Interface Sci., 113, 1986, 375.
• [54] Sheu E.Y., Physics of asphaltene micelles and microemulsions - theory and experiment. J. Phys. Condens. Matter, 1996, 8(25A): p. A 125-A 141.
• [55] Shinoda K., Nagakawa T., Tamamushi B., Isemura T., in Colloidal Surfactants, Academic Press, 1963.
• [56] Shirahama K., Kashiwabara T., The Distribution of Higher Alcohols in Aqueous Micellar Solutions. Journal of Colloids and Interface Science, 36, 1971, 65.
• [57] Singh B.P., Correlation Between Surface Film Pressure and Stability of Emulsions. Energy Sources, 1997, 19: p. 783-788.
• [58] Sjoblom J., (ed.) Encyklopedic Handbook of Emulsion Technology New York City (2001).
• [59] Sjoblom J., Soderlund H., Lindblad S., Johansen E.J., Skjarvo I.M., Water-in-crude oil emulsions from the Norwegian continental shelf. Part IL Chemical destabilization and interfacial tensions. Colloid & Polymer Science, 1990, 268: p. 389-398.
• [60] Sjoblom J., Urdahl O., Heiland H., Christy A.A., Johansen E.J., Water-in-crude oil emulsions. Formation, characterization, and destabilization. Progress in Colloid & Polymer Science, 1990, 82: p. 131-139.
• [61] Steliga T., Pobór prób i wykonanie analizy produktów złożowych i technologicznych - Dębno, III etap.
• [62] Strassner J.E., Effect of pH on Interfacial Films and Stability of Crude Oil-Water Emulsions. Journal of Petroleum Technology, 1968: p. 303-312.
• [63] Sunil K., Crude - oil emulsions: A state – of - the- art revive. SPE 2000.
• [64] Sunil Kokal, Abdullah Al-Ghamdi, Saudi Aramco Oil-Water Separation Experience From a Large Oil Field (SPESA-0518).
• [65] Taylor S.E., Resolving Crude Oil Emulsions. Chemistry and Industry, October 1992, 770-773.
• [66] Treiner C., The partitioning of Neutral Solutes Between Micelles and Water... . in Solubilization in Surfactant Agregates, edited by Christian SD., Scamehorn JF., Marcel Dekker, Inc. New York 1995.
• [67] Treiner C., Mannebach MH., Overview and History of the Study of Solubilization. J. Colloid Interface Sci., 1 18, 1987, 244.
• [68] Treiner C., Khodja AA., Fromon M., Chavalet J., Bibliography and Classification of the Studies on Mixed Surfactant Systems. J. Solution Chem., 18, 1989, 217.
• [69] Treiner C., Tribology as a tool to study emulsion behaviour in the mouth. Journal of Colloids and Interface Science, 90, 1982, 444.
• [70] www.ewamalecka.republika.pl
• [71] www.pig.gov.pl
• [72] www.wiw.pl
• [73] www://physchem.ox.ac.uk
• [74] Zana R., Yiv S., Strazielle C., Lianos C., J. Colloid Interface Sci., 80, 1981, 208.