破乳剤の原理と用途

はにゅうざい

いくつかの固体は水に不溶であるため、これらの固体の1つ以上が水溶液中に大量に存在する場合、それらは油圧または外部動力の攪拌下で乳化状態で水に存在し、エマルジョンを形成することができる。
理論的には、このシステムは不安定であるが、いくつかの界面活性剤（土壌粒子など）が存在すると、乳化状態が非常に深刻になり、二相分離が困難になることもある。最も典型的なのは油水分離中の油水混合物と下水処理中の水油混合物であり、二相はより安定した水中油または水中油構造に形成され、その理論的基礎は電気二重層構造である。
この場合、いくつかの試薬を添加して、安定した電気二重層構造を破壊し、安定した乳化システムを破壊し、それによって二相の分離を実現する。これらの乳化作用を破壊するための試薬は破乳剤と呼ばれている。

主な用途

破乳剤は界面活性剤物質であり、エマルジョン状液体構造を破壊し、様々な相を分離するためのエマルジョンの目的を達成することができる。原油脱乳化とは、破乳剤の化学作用を利用して、乳化後の油水混合物中の油と水を分離させ、原油脱水の目的を達成し、外送原油の含水量の基準を保証することを指す。
有機相と水相を効果的に分離し、最も簡単で最も効果的な方法の一つは破乳剤を用いて乳化を除去し、一定の強度を持つ乳化界面を形成し、二相分離を実現することである。しかし、異なる破乳剤は有機相に対する破乳剤の能力が異なり、その性能は二相分離効果に直接影響する。ペニシリンの製造過程において、重要なステップは、有機溶媒（例えば酢酸ブチル）を用いてペニシリン発酵液からペニシリンを抽出することである。発酵液には蛋白質、糖、菌糸体などの複合物が含まれているため、抽出過程で有機相と水相の界面がはっきりせず、乳化区は一定の強度を持っており、これは完成品の生産量に大きな影響を与えている。

一般的な破乳剤−以下は油田で一般的に使用される主な非イオン破乳剤である。

SP型破乳剤

SP型破乳剤の主成分はポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンオクタデシルエーテルであり、理論構造式はR（PO）x（EO）y（PO）zHであり、そのうち：EO−ポリオキシエチレン、ポリプロピレンオキサイド、R−脂肪族アルコール、x、y、z重合度SP型破乳剤は淡黄色ペースト状を呈し、HLB値は10〜12であり、水に溶解する。SP型非イオン性破乳剤はパラフィン基原油に対して良好な破乳効果を有する。その疎水性部分は炭素12 ~ 18の炭化水素鎖からなり、その親水性基は分子中の水酸基(-OH)とエーテル基(-O-)と水との作用により水素結合を形成し親水性を有する。水酸基とエーテル基は弱い親水性を有しており、1つまたは2つの水酸基またはエーテル基だけでは炭素12 ~ 18炭化水素鎖の疎水性基を水に引き込むことができないため、このような親水性基が1つ以上なければ水溶性を達成することができない。非イオン性破乳剤の分子量が大きいほど、分子鎖が長くなり、含まれるヒドロキシル基とエーテル基が多くなり、その引張力が大きいほど、原油エマルジョンの破乳能力が強くなる。SP破乳剤がパラフィン基原油に適用されるもう一つの理由は、パラフィン基原油がコロイド質とアスファルト質を含まないか少ないこと、親油性界面活性剤物質が少なく、相対密度が小さいことである。コロイドとアスファルト質の含有量が高い（または含水量が20%を超える）原油に対して、SP型破乳剤は分子構造が単一で、分岐構造と芳香構造がないため、破乳化能力が弱い。

AP型破乳剤

AP型破乳剤はポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルであり、ポリアミンを開始剤とし、多分岐型非イオン界面活性剤であり、分子構造式は：D（PO）x（EO）y（PO）zH、そのうち：EO−ポリオキシエチレン、ポリプロピレンオキサイド、R−脂肪族アルコール、D−ポリビニルアミン：x，y，z−重合度。
AP型構造破乳剤はパラフィン系原油破乳に用いられ、効果はSP型破乳剤より優れ、原油含水率が20%を超える原油破乳剤により適し、低温条件下で急速破乳効果を実現することができる。SP型破乳剤が55〜60℃と2 h内でエマルジョンを沈降と破乳する場合、AP型破乳剤は45〜50℃と1。5 h内でエマルジョンを沈降と破乳するだけでよい。これはAP型破エマルジョン分子の構造的特徴によるものである。開始剤のポリアルキレンポリアミンは分子の構造形式を決定した：分子鎖は長くて分岐して、親水性能力は単一分子構造のSP型破乳剤より高い。多分岐鎖の特性はAP型破乳剤が高い湿潤性と浸透性を持っていることを決定し、原油破乳時、AP型破乳化剤分子は油水界マスクを迅速に貫通することができ、SP型破乳剤分子が垂直に配列された単分子膜はより大きな表面積を占め、それによって使用量がより少なく、破乳効果が明らかになった。この型破乳剤は現在、大慶油田で使用されている効果の高い非イオン型破乳剤である。

AE型破乳剤

AE型破乳剤は多分岐型の非イオン界面活性剤であり、ポリエポキシポリアミンを開始剤とするポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンポリエーテルである。AP型破乳剤とは異なり、AE型破乳剤は小分子、短分岐鎖の2段重合体である。分子構造式：D（PO）x（EO）yH、その中：EO−ポリオキシエチレン：PO−ポリオキシプロピレン：D−ポリエチレンポリアミン、x、y重合度。AE型破乳剤とAP型破乳剤の分子相は大きく異なるが、分子組成は同じであり、単量体の使用量と重合順序が異なるだけである。
（1）2種類の非イオン性破乳剤は設計合成時に頭尾材料の使用量が異なり、重合分子の長さも異なる。
（2）AP型破乳剤分子は二分であり、ポリエチレンポリアミンを開始剤とし、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレンと重合ブロック共重合体を形成する：AE型破乳剤は二分分子であり、ポリプロピレンポリアミンを開始剤とし、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレンと重合して二種類の共重合体を形成するため、AP型破乳剤分子の設計はAE型破乳剤の分子よりも長いはずである。

AE型は2級多分岐構造原油破乳剤であり、アスファルト質原油エマルジョンの破乳剤にも適している。アスファルト原油中の親油性界面活性剤の含有量が多いほど、粘着力が強くなり、油水密度の差が小さくなり、エマルジョンが破乳しにくい。AE型破乳剤は乳化液の急速破乳剤に用いられると同時に、ワックス降下防止剤として優れている。その分子の多分岐構造のため、微小なネットワークを形成しやすく、原油中にすでに形成されているパラフィン単結晶がこれらのネットワークに落下し、パラフィン単結晶の自由な運動を阻害し、相互に接続できず、パラフィンのメッシュ構造を形成し、原油の粘度と氷点を下げ、ワックス結晶の凝集を防止し、ワックス防止の目的を達成する。

AR型破乳剤

AR型破乳剤はアルキルフェノール樹脂（AR樹脂）とポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレンと新型油溶性非イオン型破乳剤からなり、HLB値は約4〜8で、破乳温度は35〜45℃まで低い。分子構造式は、AR（PO）x（EO）yHであり、そのうち：EOポリオキシエチレン、POポリプロピレンオキサイド、AR樹脂、x、y、z重合度。破乳剤を合成する過程で、AR樹脂は開始剤としてだけでなく、破乳剤分子に入って親油性基となる。AR型破乳剤の特徴は：分子量が大きくなく、原油の凝固点が5℃より高い場合に良好な溶解、拡散、浸透効果があり、乳化液滴の凝集、凝集を促進することができる。45℃以下、45分以内に含水率50%〜70%の原油から80%以上の水を除去することができ、含水率50%〜70%の原油から80%以上を除去することができ、これはSP型とAP型破乳剤とは比較にならない。