稠油组分及乳化剂对油水界面性质影响的研究

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

论文创新点摘要

第一章前言

1.1研究背景及立题意义

1.1.1研究背景

1.1.2立题意义

1.2稠油的分类及分布

1.2.1稠油的分类

1.2.2稠油的分布

1.3稠油乳状液稳定性研究

1.3.1油包水型原油乳状液稳定性研究

1.3.2水包稠油乳状液稳定性研究

1.4论文的研究思路与主要内容

1.4.1稠油组成及其结构分析

1.4.2稠油组分间相互作用对油水界面性质影响的研究

1.4.3乳化剂与稠油组分间相互作用对油水界面性质影响的研究

1.4.4稠油组分结构与界面性质的关系研究

1.4.5油水界面性质与乳状液稳定性关系的考察

第二章稠油组成及其结构分析

2.1稠油的组分分离

2.1.1主要仪器与设备

2.1.2主要试剂与材料

2.1.3实验方法

2.1.4实验结果与讨论

2.2稠油及其组分的基本性质测定

2.2.1主要仪器与设备

2.2.2主要试剂与材料

2.2.3实验方法

2.2.4实验结果与讨论

2.3稠油及其组分组成、结构分析

2.3.1实验仪器及测试条件

2.3.2实验方法

2.3.3实验结果与讨论

2.4本章小结

第三章稠油组分间的相互作用对油水界面性质的影响

3.1两种稠油及其组分的界面活性研究

3.1.1模拟油体系界面张力及zeta电势的测定

3.1.2实验结果及讨论

3.2稠油组分间相互作用对模拟油体系界面张力的影响

3.2.1稠油各组分对沥青质模拟油界面张力的影响

3.2.2稠油各组分对胶质模拟油界面张力的影响

3.3本章小结

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

4.1乳化剂与稠油组分相互作用对界面张力的影响

4.1.1实验用乳化剂的确定

4.1.2实验部分

4.1.3模拟乳化体系的油水界面张力

4.2乳化剂与稠油组分相互作用对zeta电势的影响

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

4.3.1水相pH值对乳化剂与稠油组分相互作用的影响

4.3.2水相盐浓度对乳化剂与稠油组分相互作用的影响

4.4本章小结

第五章稠油组分结构与组分界面活性关系的考察

5.1稠油组分结构与界面活性的关系

5.1.1稠油组分的组成与界面活性的相关性

5.1.2稠油组分的平均结构参数与界面活性的相关性

5.2稠油组分间相互作用与组分结构的关系

5.3稠油组分与乳化剂相互作用与组分结构的关系

5.4本章小结

第六章油水界面性质与乳状液稳定性关系的考察

6.1实验部分

6.1.1实验仪器与材料

6.1.2实验方法

6.2界面张力与乳状液稳定性的相关性

6.3界面zeta电势与乳状液稳定性的相关性

6.4本章小结

结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

作者简历