破乳剂的原理与用途

破乳剂

由于一些固体不溶于水，当这些固体中的一种或多种大量存在于水溶液中时，它们可以在液压或外部动力的搅拌下以乳化状态存在于水中，形成乳液。
理论上，该体系是不稳定的，但如果存在一些表面活性剂（土壤颗粒等），会使乳化状态非常严重，甚至两相难以分离，最典型的是油水分离中的油水混合物和污水处理中的水油混合物，两相形成更稳定的水包油或水包油结构，其理论基础是双电层结构。
在这种情况下，加入一些试剂以破坏稳定的电双层结构以及稳定乳化系统，从而实现两相的分离。这些用来破坏乳化作用的试剂被称为破乳剂。

主要应用

破乳剂是一种表面活性剂物质，它能使乳液状液体结构遭到破坏，从而达到乳液在分离各种相的目的。原油脱乳化是指利用破乳剂的化学作用，使乳化后的油水混合物中的油和水离开，达到原油脱水的目的，以保证外输原油含水量的标准。
有效分离有机相和水相，最简单、最有效的方法之一是使用破乳剂消除乳化，形成具有一定强度的乳化界面，实现两相分离。然而，不同的破乳剂对有机相的破乳剂能力不同，其性能直接影响两相分离效果。在青霉素生产过程中，一个重要的步骤是用有机溶剂（如乙酸丁酯）从青霉素发酵液中提取青霉素。由于发酵液中含有蛋白质、糖、菌丝体等的复合物，提取过程中有机相和水相之间的界面不清楚，乳化区具有一定的强度，这对成品的产量有很大影响。

常用破乳剂-以下是油田中常用的主要非离子破乳剂。

SP型破乳剂

SP型破乳剂的主要成分为聚氧乙烯-聚氧丙烯十八烷基醚，理论结构式为R（PO）x（EO）y（PO）zH，其中：EO-聚氧乙烯；聚氧化丙烯；R-脂族醇；x、 y、z聚合度SP型破乳剂呈淡黄色膏状，HLB值为10～12，溶于水。SP型非离子破乳剂对石蜡基原油具有较好的破乳效果。其疏水部分由碳12~18烃链组成，其亲水基团通过分子中的羟基（-OH）和醚基（-O-）与水的作用形成氢键而具有亲水性。由于羟基和醚基具有弱亲水性，只有一个或两个羟基或醚基不能将碳12~18烃链的疏水基团拉入水中，因此必须有一个以上这样的亲水基团才能达到水溶性的目的。非离子破乳剂的分子量越大，分子链越长，所含的羟基和醚基越多，其拉力越大，原油乳液的破乳能力就越强。SP破乳剂适用于石蜡基原油的另一个原因是石蜡基原油不含或很少含胶质和沥青质，亲脂性表面活性剂物质较少，相对密度较小。对于胶质和沥青质含量高（或含水量大于20%）的原油，SP型破乳剂由于分子结构单一、没有支链结构和芳香结构，其破乳化能力较弱。

AP型破乳剂

AP型破乳剂为聚氧乙烯-聚氧化丙烯聚醚，以聚多胺为引发剂，是一种多支型非离子表面活性剂，分子结构式为：D（PO）x（EO）y（PO）zH，其中：EO-聚氧乙烯；聚氧化丙烯；R-脂肪醇；D-聚乙烯胺：x，y，z-聚合度。
AP型结构破乳剂用于石蜡基原油破乳，效果优于SP型破乳剂，更适用于原油含水率高于20%的原油破乳剂，并能在低温条件下实现快速破乳效果。如果SP型破乳剂在55～60℃和2h内对乳液进行沉降和破乳，AP型破乳剂只需要在45～50℃和1。5h内对乳液沉降和破乳。这是由于AP型破乳液分子的结构特征。引发剂聚烯多胺决定了分子的结构形式：分子链长且支链，亲水能力高于单一分子结构的SP型破乳剂。多支链的特性决定了AP型破乳剂具有较高的润湿性和渗透性，在原油破乳时，AP型破乳化剂分子能够快速穿透油水界面膜，而SP型破乳剂分子垂直排列的单分子膜则占据更大的表面积，从而用量更少，破乳效果明显。该型破乳剂是目前大庆油田使用效果较好的非离子型破乳剂。

AE型破乳剂

AE型破乳剂是一种多支型的非离子表面活性剂，是以聚环氧多胺为引发剂的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚。与AP型破乳剂相比，不同之处在于AE型破乳剂是一种小分子、短支链的两段聚合物。分子结构式为：D（PO）x（EO）yH，其中：EO-聚氧乙烯：PO-聚氧丙烯：D-聚乙烯多胺；x、 y-聚合度。虽然AE型破乳剂和AP型破乳剂的分子相有很大不同，但分子组成相同，只是单体用量和聚合顺序不同。
（1）两种非离子型破乳剂在设计合成时，头尾材料用量不同，导致聚合分子的长度也不同。
（2） AP型破乳剂分子是二分的，以聚乙多胺为引发剂，与聚氧乙烯、聚氧丙烯聚合形成嵌段共聚物：AE型破乳剂是二分分子，以聚丙多胺为发起剂，与聚聚氧乙烯、聚氧化丙烯聚合形成两种共聚物，因此，AP型破乳剂分子的设计应该比AE型破乳剂的分子更长。

AE型是一种两级多分支结构原油破乳剂，也适用于沥青质原油乳液的破乳剂。沥青原油中亲脂性表面活性剂含量越多，粘着力越强，油水密度差越小，乳液不易破乳。AE型破乳剂用于乳化液的快速破乳剂，同时是一种较好的防蜡降粘剂。由于其分子的多分支结构，很容易形成微小的网络，使得原油中已经形成的石蜡单晶落入这些网络中，阻碍了石蜡单晶的自由运动，无法相互连接，形成了石蜡的网状结构，降低原油的粘度和冰点，防止蜡晶体聚集，从而达到防蜡的目的。

AR型破乳剂

AR型破乳剂是由烷基酚醛树脂（AR树脂）与聚氧乙烯、聚氧化丙烯和一种新型油溶性非离子型破乳剂组成，HLB值约为4～8，破乳温度低至35～45℃。分子结构式为：AR（PO）x（EO）yH，其中：EO聚氧乙烯；PO聚氧化丙烯；AR树脂；x、 y，z聚合度。在合成破乳剂的过程中，AR树脂既作为引发剂，又进入破乳剂分子成为亲脂性基团。AR型破乳剂的特点是：分子量不大，在原油凝固点高于5℃的情况下具有良好的溶解、扩散、渗透效果，能促使乳化液滴絮凝、团聚。在45℃以下、45分钟内可从含水率为50%～70%的原油中去除80%以上的水，在含水率为50%~70%的原油中可去除80%以上，这是SP型和AP型破乳剂无法比拟的。