Способ приготовления стабильных эмульсий углеводорода в воде

Использование: при получении стабильных эмульсий углеводородов в воде. Сущность: используют жидкую добавку, которая при перемешивании с водой при температуре, меньшей максимальной температуры Т_G гелеобразования, обладает склонностью к образованию геля, создают поток воды с температурой Т_C, меньшей температуры Т_G гелеобразования. Подают поток воды на вход статического смесителя с приданием потоку воды энергии, добавляют в смеситель жидкую добавку, которая перемешивается с водой. Указанная энергия препятствует образованию геля при температуре потока Т_C, в результате чего образуется по существу однородный раствор жидкой добавки в воде, и перемешивают полученный раствор с углеводородом в смесителе с получением эмульсии углеводорода в воде. Технический результат - способ позволяет повысить стабильность эмульсий и исключить образование геля при использовании различных добавок. 13 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

 

Настоящее изобретение относится к приготовлению эмульсий, в частности к способу приготовления таких эмульсий углеводорода в воде и смесей эмульсий, в которых добавки, такие как поверхностно-активные вещества, не образуют геля и которые по своим свойствам можно довести до заданных требований.

В последние годы в ряде стран, в частности в Канаде, США, Китае, Нигерии и Венесуэле, были обнаружены большие запасы вязких углеводородов, таких как природный битум. Такие углеводороды обычно представляют собой жидкости, вязкость которых при комнатной температуре составляет от 1000 до 600000 сП. Такая вязкость и сравнительно низкая реакционная способность подобных углеводородов существенно затрудняют их переработку и ограничивают возможности их использования. Один из способов решения этих проблем основан на приготовлении из таких материалов водных эмульсий с меньшей, чем у самого материала, вязкостью и последующем доведении свойств приготовленных эмульсий до свойств конечного продукта, который можно использовать в качестве топлива.

Для приготовления таких эмульсий были разработаны различные методы, а сами эти эмульсии требуют их стабилизации с использованием для этого эмульгаторов или поверхностно-активных веществ, которые можно добавлять и/или активировать непосредственно в углеводороде. Кроме того, приготовленная эмульсия должна оставаться стабильной при ее перемешивании с другими поверхностно-активными веществами или добавками, добавляемыми к ней по мере необходимости.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ приготовления эмульсии вязкого углеводорода в воде и получения стабильного и пригодного для использования конечного продукта.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ позволяет полностью решить указанные выше задачи и обладает целым рядом существенных преимуществ.

В настоящем изобретении предлагается способ приготовления эмульсии типа "углеводород в воде", при осуществлении которого используют жидкую добавку, которая при перемешивании с водой при температуре, меньшей максимальной температуры T_G гелеобразования этой жидкой добавки, обладает склонностью к образованию геля, создают поток воды с температурой Т_C, меньшей максимальной температуры T_G гелеобразования, подают поток нагретой воды в статический смеситель с приданием потоку воды энергии, добавляют в этот смеситель за его входом жидкую добавку, при этом такая жидкая добавка перемешивается с потоком воды, которому придана указанная энергия в количестве, достаточном для препятствования образованию геля из жидкой добавки при температуре потока Т_C, в результате чего образуется по существу однородный раствор жидкой добавки в воде, и полученный раствор перемешивают с углеводородом в смесителе с получением эмульсии углеводорода в воде.

Получение водного раствора предлагаемым в изобретении способом с приданием потоку воды определенного количества энергии и далее смешения с ним добавки в статическом смесителе, в который далее вводится углеводород, позволяет избежать образования геля без дополнительного нагревания и охлаждения (эмульсии или раствора) и при использовании простого и надежного оборудования, требующего минимального обслуживания.

Еще одной особенностью предлагаемого в настоящем изобретении способа является возможность тонкого регулирования свойств эмульсии с получением эмульсии, обладающей необходимыми для конечного продукта свойствами.

В частных вариантах осуществления способа получают поток воды с температурой, равной температуре окружающего воздуха, и нагревают поток до температуры Т_C.

В качестве жидкой добавки может использоваться по меньшей мере одна добавка из группы, включающей неионогенные поверхностно-активные вещества, анионогенные поверхностно-активные вещества, биоактивные поверхностно-активные вещества, инертные поверхностно-активные вещества, активирующие добавки, предназначенные для активации инертных поверхностно-активных веществ, полимеры, частицы глин и т.п., а также их комбинации. В частности, в качестве жидкой добавки используют добавку из группы, включающей этоксилированный нонилфенол, этоксилированный спирт и их комбинации, или буферный раствор, выбранный таким образом, чтобы значение pH водного раствора составляло не менее приблизительно 10, или щелочную добавку, выбранную из группы, включающей натриевые, калиевые и литиевые соли, амины и их комбинации.

Углеводород может представлять собой углеводород из группы, включающей сырую нефть, вязкий углеводород, очищенные смолы, битум, кокс и их смеси.

В предпочтительном варианте при перемешивании раствора добавки с углеводородом получают эмульсию, в которой объемное соотношение между углеводородом и водой составляет по меньшей мере приблизительно 90:10 и в котором к полученной эмульсии добавляют воду с получением готовой эмульсии, в которой соотношение между углеводородом и водой не превышает 90:10, в частности по меньшей мере около 97:3 или около 70:30.

В еще одном варианте при перемешивании раствора добавки с углеводородом раствор делят на первую часть и вторую часть, первую часть раствора перемешивают с первым углеводородом в первом смесителе, создающем сдвиговое усилие, достаточное для образования первой эмульсии углеводорода в воде, в которой (эмульсии) капли имеют первый средний размер, вторую часть раствора перемешивают со вторым углеводородом во втором смесителе, создающем сдвиговое усилие, достаточное для образования второй эмульсии углеводорода в воде, в которой (эмульсии) капли имеют второй средний размер, и смешивают первую и вторую эмульсии с получением смешанной эмульсии, содержащей по меньшей мере две группы капель, которые отличаются друг от друга их размерами.

В качестве смесителя может использоваться смеситель, выбранный из группы, включающей статические смесители, динамические смесители и их комбинации.

Для изменения свойств эмульсии углеводорода в воде эта эмульсия может перемешиваться с растворами дополнительных добавок.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 изображена технологическая схема предлагаемого в настоящем изобретении способа,

на фиг.2 - кривая температуры гелеобразования для обычного поверхностно-активного вещества при различных концентрациях в воде,

на фиг.3 - иллюстрация возможного способа приготовления раствора добавки, в котором проблема образования геля решается только за счет нагревания воды,

на фиг.4 - иллюстрация предпочтительного варианта осуществления предлагаемого в изобретении способа, в котором для предотвращения образования геля воду не только нагревают до определенной температуры, но и передают ей в смесителе энергию, которая препятствует образованию геля,

на фиг.5 - схема предпочтительного варианта выполненного в соответствии с настоящим изобретением смесителя с предпочтительным расположением инжектора для подачи добавки,

на фиг.6 - схема, иллюстрирующая одну из стадий предлагаемого в настоящем изобретении способа,

на фиг.7 - более подробное изображение части схемы, показанной на фиг.6,

на фиг.8 - более подробное изображение другой части схемы, показанной на фиг.6,

на фиг.9 - график, на котором показано распределение размеров капель в полученной с использованием статического и динамического смесителей эмульсии с крупными каплями,

на фиг.10 - график, на котором показано распределение размеров капель в полученной с использованием статического и динамического смесителей эмульсии с мелкими каплями,

на фиг.11 - распределение размеров капель в эмульсии, полученной в результате смешения в оптимальном соотношении эмульсий с крупными и мелкими каплями, и

на фиг.12 - распределение размеров капель в эмульсии, полученной после добавления к эмульсии воды и дополнительных добавок, предназначенных для тонкого регулирования ее свойств.

Настоящее изобретение относится к способу приготовления эмульсий углеводородов в воде, в котором используется метод приготовления растворов добавок и поверхностно-активных веществ, в котором для предотвращения образования геля из добавок используют нагрев и статический смеситель.

Настоящее изобретение относится также к способу приготовления эмульсий углеводородов в воде, в котором используется метод приготовления концентрированных эмульсий и их разбавление и/или перемешивание с другими эмульсиями с получением эмульсий, обладающих особыми геометрическими и реологическими свойствами.

На фиг.1 показана схема технологического процесса приготовления раствора поверхностно-активного вещества, в котором к потоку 16 воды добавляют несколько различных добавок 10, 12, 14. В этом варианте добавки 10 и 14 растворяются в воде без образования геля, и поэтому их можно добавлять к воде в любой точке технологической линии.

Добавка 12, однако, представляет собой поверхностно-активное вещество и при перемешивании с водой при определенной температуре, например при температуре окружающего воздуха, склонна к образованию геля или обладает свойствами, показанными на фиг.2. Поэтому поток 16 воды пропускают через нагреватель 18, в котором температура воды увеличивается от температуры окружающего воздуха до температуры Т_C, большей температуры окружающего воздуха и предпочтительно меньшей максимальной температуры T_G гелеобразования добавки 12. Нагретую воду 20 через вход 24 подают в статический смеситель 22, в котором энергия смешения передается потоку перемешиваемой в нем воды. Статический смеситель 22 имеет еще один схематично показанный на фиг.1 вход 26, предпочтительно через который в поток воды после передачи ей определенной энергии подают добавку 12.

Количество энергии, передаваемой в смесителе потоку 20 воды, должно быть достаточным для того, чтобы в образующейся в смесителе смеси воды и добавки 12 не происходило образования геля даже в том случае, когда температура потока 20 воды меньше температуры T_G гелеобразования.

Поток 28 воды на выходе из статического смесителя 22 представляет собой по существу однородную не содержащую геля хорошо перемешанную смесь воды 16 и добавки 12, в которой при необходимости могут содержаться и другие добавки 10, и различные добавляемые к воде вещества.

Как уже было отмечено выше, добавки 10 и 14 растворяются в воде, и поэтому их можно добавлять к воде в любой точке технологической линии. В варианте, показанном на фиг.1, добавку 10 добавляют к потоку 16 воды до нагревателя 18 и статического смесителя 22, а добавку 14 добавляют к воде в точке, расположенной за смесителем 22.

Как показано на фиг.1, поток 28 содержащей добавки и нагретой до температуры Т_C воды можно использовать на других технологических операциях, например при приготовлении эмульсии, особенно в тех случаях, когда эти операции должны выполняться именно при температуре, равной температуре Т_C. Преимуществом такого варианта является возможность использования тепла, затраченного на приготовление раствора, для приготовления эмульсии и повышения за счет этого эффективности и экономичности всего технологического процесса.

В других случаях, когда для выполнения дальнейших операций смешанная с добавками вода должна иметь более низкую температуру, выходящий из смесителя поток 28 перемешанной с добавкой воды подают в показанный на схеме охладитель 30, в котором температура Т_C раствора снижается до температуры Т_P, более пригодной для требуемого процесса.

На фиг.2-4, в частности на фиг.2, показана кривая зависимости температуры T_G гелеобразования (температуры перехода из жидкого состояния в гелеобразное) от концентрации в воде обычной склонной к образованию геля добавки. На этом графике видно, что при больших концентрациях добавка остается жидкой при любой температуре. Однако при уменьшении количества добавляемой к воде добавки для снижения ее концентрации при температурах, меньших температуры гелеобразования, добавка превращается в гель, создающий целый ряд серьезных проблем.

К добавкам, для которых характерна кривая температуры гелеобразования, показанная на фиг.2, относятся поверхностно-активные вещества, которые используют при приготовлении эмульсий типа "масло в воде". В качестве примера добавки с такой кривой температуры гелеобразования (кривой изменения состояния) можно назвать этоксилированный нонилфенол (ЭНФ). ЭНФ, который обычно выпускают в виде концентрированного водного раствора, имеет концентрацию около 90% и выше, что соответствует показанной на фиг.2 точке 32. Другим примером такого поверхностно-активного вещества является этоксилированный спирт (ТДЭ). Обычно такое поверхностно-активное вещество используют при меньшей концентрации, предпочтительно равной 0,2%, что соответствует показанной на фиг.2 точке 34. Предлагаемый в настоящем изобретении способ позволяет избежать образования геля в растворе при разбавлении и уменьшении концентрации поверхностно-активного вещества от исходной (точка 32) до рабочей (точка 34), не нагревая раствор до температуры, большей температуры T_G.

Очевидно, что ЭНФ назван только в качестве примера добавки, которая обладает показанными на фиг.2 свойствами и склонна к образованию геля. Предлагаемый в изобретении способ относится к приготовлению эмульсий и с другими добавками, обладающими схожими свойствами. Предлагаемый в настоящем изобретении способ позволяет также использовать добавки, содержащие по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, включающей неионогенные поверхностно-активные вещества, анионогенные поверхностно-активные вещества, инертные поверхностно-активные вещества, биоактивные поверхностно-активные вещества, активирующие добавки, предназначенные для активации инертных поверхностно-активных веществ, полимеры, частицы глин и т.п., а также их комбинации. Относительно использования активирующих добавок, предназначенных для активации инертных поверхностно-активных веществ, необходимо отметить, что инертные поверхностно-активные вещества могут естественным образом содержаться в растворе и/или могут быть отдельно или в виде их комбинаций добавлены к нему. В качестве активирующей добавки предпочтительно использовать буферный раствор, выбираемый таким образом, чтобы значение pH полученного водного раствора добавки составляло не менее приблизительно 10. В качестве активирующей добавки предпочтительно далее использовать щелочную добавку, выбранную из группы, включающей натриевые, калиевые и литиевые соли, амины и их комбинации.

На фиг.3 проиллюстрирован известный способ приготовления растворов с такого рода добавками, когда при изменении температуры добавки от температуры окружающего воздуха до более высокой рабочей температуры во избежание образования геля концентрированный раствор добавки сначала нагревают до температуры, превышающей температуру Т_G образования геля, а затем после разбавления охлаждают до рабочей температуры. Недостатком такого способа, который фактически позволяет избежать образования геля в растворе, является его высокая трудоемкость и большие затраты на нагревание и охлаждение.

На фиг.4 проиллюстрирован предпочтительный вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа, в котором добавку разбавляют водой, нагретой до температуры Т_C, большей температуры окружающего воздуха, но меньшей максимальной температуры T_G гелеобразования, при которой добавка переходит из жидкого состояния в гелеобразное. Точка перехода добавки из жидкого состояния в гелеобразное при такой температуре расположена достаточно высоко на кривой перехода, что позволяет при воздействии в статическом смесителе на нагретую воду энергией избежать образования геля и эффективно перемешать добавку с жидкостью иди водой.

Необходимо отметить, что предлагаемый в изобретении способ позволяет существенно снизить по сравнению с известным способом, проиллюстрированным на фиг.3, затраты на нагревание и охлаждение. Кроме того, используемый при осуществлении предлагаемого в изобретении способа для передачи воде энергии перемешивания статический смеситель отличается эффективной и надежной работой и имеет сравнительно небольшую стоимость.

На фиг.5 показана схема предпочтительного варианта расположения впускного устройства, предназначенного для подачи в статический смеситель добавки. Схематично показанный на фиг.5 статический смеситель 22 имеет несколько расположенных в ряд закручивающих поток жидкости элементов 36, каждый из которых имеет длину L_m, на которой протекающая вдоль оси смесителя 22 жидкость поворачивается на 360°. Смеситель 22 и закручивающие поток жидкости элементы 36 имеют диаметр, равный d₀. Для осуществления предлагаемого в изобретении способа поверхностно-активное вещество или добавку подают в смеситель через один или предпочтительно несколько входов 38, которые предпочтительно должны быть расположены за закручивающим поток жидкости элементом 36 на расстоянии L_b, равном приблизительно четверти его длины L_m. Кроме того, добавки подают в смеситель через вход или входы 38, выполненные в виде инжекторов, которые входят внутрь смесителя 22 на расстояние h, предпочтительно равное четверти диаметра d₀ смесителя. Выполненные таким образом входы в смеситель позволяют инжектировать добавки в поток воды в точке, в которой количество передаваемой закрученному потоку воды энергии достаточно для того, чтобы при температурах, меньших температуры гелеобразования, добавки оставались жидкими и не переходили в гелеобразное состояние. Такое осуществление предлагаемого в настоящем изобретении способа позволяет получить очень высокие результаты.

Необходимо подчеркнуть, что предлагаемый в настоящем изобретении способ можно положить в основу непрерывного процесса использования раствора добавок для получения различных продуктов, таких как эмульсии вязких углеводородов в воде, обладающие высоким качеством и характеризующиеся равномерным распределением в водной фазе поверхностно-активного вещества. К наиболее существенным преимуществам предлагаемого в изобретении способа относятся также минимальный расход энергии на нагревание и/или охлаждение и использование простого и надежного смесителя, требующего минимального обслуживания.

На фиг.6 показана технологическая схема предлагаемого в настоящем изобретении способа приготовления эмульсий. Показанный на фиг.6 блок 50 предназначен для приготовления раствора добавки и поверхностно-активного вещества описанным выше со ссылкой на фиг.1-5 способом.

На фиг.6 показаны также блоки 52, 54, которые предназначены для получения двух или нескольких различных эмульсий, и блок 56, в котором в результате смешения разных эмульсий получают готовую эмульсию, которую можно использовать в качестве конечного продукта.

При осуществлении предлагаемого в настоящем изобретении способа по схеме, показанной на фиг.6, полученный в блоке 50 поток 58 раствора разделяют на первую часть 60 и вторую часть 62. Первую часть 60 раствора, которую при необходимости разбавляют водой 64, перемешивают в смесителе блока 52 с углеводородом с получением первой эмульсии 68 с крупными каплями, размеры которых достигают, в частности, 30 мкм.

Вторую часть 62 раствора перемешивают с углеводородом 70 в смесителе блока 54 с получением второй эмульсии 72 с каплями, имеющими небольшой средний размер. Эмульсии 68 и 72 перемешивают между собой в блоке 56 с получением эмульсии, обладающей свойствами готового продукта. Для получения в качестве конечного продукта бимодальной эмульсии с необходимым содержанием воды, равным или большим, например, приблизительно 29%, в систему необходимо подавать дополнительное количество воды 74, которую можно по трубопроводу 74 добавлять в эмульсию 72 с мелкими каплями и/или в эмульсию, полученную в результате перемешивания эмульсии с мелкими каплями и эмульсии с крупными каплями.

На фиг.7 показана часть изображенной на фиг.6 технологической схемы, относящаяся к блоку 52, предназначенному для приготовления эмульсий с крупными каплями. На схеме, показанной на фиг.7, часть 60 раствора поверхностно-активного вещества и добавки после перемешивания с водой 64 подают в первый смеситель 100, в качестве которого в данном случае используют статический смеситель. Полученную в статическом смесителе смесь вместе с углеводородом 66 подают в еще один смеситель 76, в качестве которого также используют статический смеситель. Следует отметить, что при необходимости в качестве смесителей 100 и 76 можно использовать не статические, а динамические смесители. Из статического смесителя 76 смесь углеводорода с водой подают в смеситель 78, в качестве которого можно использовать динамический или статический смеситель либо и тот, и другой и который создает сдвиговое усилие, достаточное для получения эмульсии с необходимым размером капель. Сдвиговое усилие в динамическом смесителе регулируется изменением его скорости, а в статическом - изменением расхода и рабочей температуры при заданном диаметре смесителя.

На фиг.8, которая аналогична фиг.7, более подробно показан изображенный на фиг.6 блок 54, предназначенный для получения эмульсии с мелкими каплями. В этом блоке обрабатывают вторую часть 62 раствора поверхностно-активного вещества, которую вместе с добавляемой к ней водой 80 перемешивают в смесителе 82, в качестве которого в данном случае используют статический смеситель. Полученный в этом смесителе разбавленный раствор, к которому добавляют углеводород 70, подают в следующий смеситель 84, в качестве которого используют статический смеситель, вместо которого, однако, можно использовать и динамический смеситель. Полученную, предварительно перемешанную жидкость подают в смеситель 86, в качестве которого можно использовать динамический или статический смеситель либо и тот, и другой и который создает сдвиговое усилие, достаточное для получения эмульсии с мелкими капелями размером, равным, например, 3 мкм. Полученную эмульсию с мелкими каплями разбавляют водой 74 и в разбавленном виде подают в блок 56 (фиг.6) для окончательного приготовления эмульсии, обладающей необходимыми свойствами.

Как уже было отмечено выше, для получения окончательно готовой эмульсии с определенной концентрацией углеводорода предварительно приготовленную (в блоке 56) эмульсию можно разбавить водой. Окончательно готовую эмульсию с объемным соотношением между углеводородом и водой, составляющим по меньшей мере около 90:10, получают путем перемешивания предварительно приготовленной эмульсии, которую до этого разбавляют таким количеством воды, чтобы объемное соотношение между углеводородом и водой в конечном продукте составляло не более примерно 90:10. Более предпочтительно, чтобы в предварительно полученной эмульсии объемное соотношение между углеводородом и водой составляло по меньшей мере около 97:3, а в окончательно приготовленной эмульсии, полученной после разбавления водой и перемешивания исходной эмульсии, - около 70:30. Очевидно, что предлагаемым в изобретении способом можно приготавливать и другие эмульсии с разным объемным соотношением между углеводородом и водой. Тем не менее указанные выше соотношения являются наиболее оптимальными с точки зрения эффективности перемешивания эмульсий и получения стабильных эмульсий, обладающих всеми необходимыми качествами конечного продукта.

На фиг.9 и 10 показана зависимость размеров капель от скорости сдвига при использовании для приготовления описанных выше эмульсий с крупными и мелкими каплями статических и динамических смесителей. Как следует из приведенного на фиг.9 графика, для приготовления эмульсии с каплями размером от 12 до 35 мкм при скоростях сдвига менее 300 с^-1 можно в равной степени использовать и статический, и динамический смеситель.

Из приведенного на фиг.10 графика следует, что для приготовления эмульсий с мелкими каплями или эмульсий, средний размер капель которых составляет от 3,5 до 4,75 мкм, при скоростях сдвига приблизительно от 800 до 1200 с^-1 можно в равной степени использовать и статические, и динамические смесители.

В приведенном выше описании речь шла о приготовлении готовой эмульсии из двух или нескольких разных эмульсий. В этом отношении необходимо отметить, что предлагаемый в настоящем изобретении способ, основанный на приготовлении раствора добавки с использованием смесителей, в равной степени можно распространить и на приготовление одной эмульсии. В этом случае, как очевидно, отпадает необходимость в использовании показанного на фиг.6 блока 54. Кроме того, при этом отпадает необходимость и в использовании предназначенного для перемешивания разных эмульсий блока 56, и остается только необходимость в разбавлении готовой эмульсии определенным количеством воды, позволяющей получить эмульсию с необходимым содержанием воды.

Как уже было отмечено выше, углеводородная фаза, из которой предлагаемым в настоящем изобретении способом можно приготавливать эмульсии, представляет собой любой углеводород из большого их разнообразия. Наибольшего эффекта от применения предлагаемого в изобретении способа можно ожидать при приготовлении эмульсий из вязких углеводородов, поскольку приготовленные из них эмульсии имеют существенно меньшую по сравнению с самими углеводородами вязкость.

В качестве добавок, добавляемых к раствору в блоке 50, можно использовать неионогенные поверхностно-активные вещества, анионогенные поверхностно-активные вещества, биоактивные поверхностно-активные вещества, инертные поверхностно-активные вещества, активирующие добавки, предназначенные для активации инертных поверхностно-активных веществ, полимеры, частицы глин и т.п., а также их комбинации. Преимуществом предлагаемого в настоящем изобретении способа является возможность разбавления водой и использования различных перечисленных выше добавок и поверхностно-активных веществ, включая таковые, которые при контакте с водой образуют гель, в необходимых небольших концентрациях, не опасаясь образования гелей и других нежелательных последствий подобного рода. Использование поверхностно-активных веществ в небольших концентрациях позволяет, как очевидно, значительно снизить затраты, связанные с приготовлением стабильных эмульсий из самых различных углеводородов. Слишком высокое содержание поверхностно-активного вещества в конечном продукте не только увеличивает его стоимость, но и отрицательно сказывается на его свойствах.

Приведенные на фиг.11 данные свидетельствуют об эффективности применения предлагаемого в настоящем изобретении способа для приготовления бимодальных эмульсий, которые получают при перемешивании предлагаемым в изобретении способом нескольких полученных до этого мономодальных эмульсий. На фиг.11 приведены данные о распределении размеров капель для двух различных мономодальных эмульсий и приготовленной из них бимодальной или готовой к использованию эмульсии. Приготовленная предлагаемым в изобретении способом бимодальная эмульсия (конечный продукт) обладает необходимой стабильностью и всеми необходимыми качествами.

Еще одна отличительная особенность приготовленных предлагаемым в настоящем изобретении способом эмульсий состоит в том, что они остаются стабильными после перемешивания с различными дополнительными добавками.

Обычно для приготовления конечного продукта (эмульсии) используют различные добавки, многие из которых снижают устойчивость эмульсии. Эмульсии, приготовленные предлагаемым в настоящем изобретении способом, не теряют своей высокой стабильности даже при их перемешивании для получения конечного продукта с различными дополнительными добавками. На фиг.12 приведены данные о среднем размере частиц приготовленной предлагаемым в изобретении способом эмульсии до и после ее перемешивания с дополнительными добавками. Приведенные на этом графике данные свидетельствуют о том, что добавление к эмульсии перемешиваемых с ней добавок по существу никак влияет на распределение размеров содержащихся в эмульсии капель. Столь высокая стабильность эмульсий, приготовленных предлагаемым в изобретении способом, позволяет за счет тонкого регулирования состава эмульсии получать эмульсии, обладающие необходимыми свойствами, лежащими в достаточно узком диапазоне.

Приведенные ниже примеры убедительно свидетельствуют о высоких результатах, добиться которых позволяет приготовление раствора поверхностно-активного вещества предлагаемым в настоящем изобретении способом.

Пример 1

В этом примере для перемешивания ТДЭ с водой при температуре 35°С использовали смеситель типа Kenics™ с 12 закручивающими поток жидкости элементами диаметром 3/4 дюйма. Воду с температурой окружающего воздуха предварительно нагревали до 35°С. Перемешивание поверхностно-активного вещества с водой проводили при разных расходах воды и добавки, а энергию, передаваемую воде в статическом смесителе, определяли в зависимости от количества подаваемых в смеситель материалов, рабочей температуры и параметров смесителя. Результаты нескольких опытов (количество растворенного поверхностно-активного вещества) приведены в таблице.

Расход воды (л/с)	Расход добавки (мл/мин)	Энергия, предаваемая воде в смесителе (Вт/кг)	Степень растворения добавки (отношение количества растворенной добавки в г к общему количеству добавки в г)
0,42	303	199	0,99
0,33	240	104	0,98
0,24	180	40	0,94
0,12	84	4	0,78

Приведенные в таблице данные подтверждают высокую эффективность растворения добавки в воде предлагаемым в изобретении способом при передаваемой воде энергии, равной 40 Вт/кг и больше. При энергии, передаваемой воде в процессе перемешивания, равной 4 Вт/кг, в ней растворяется только 78% добавки. Таким образом, предлагаемое в настоящем изобретении использование статического смесителя для передачи энергии перемешиваемой с добавкой воде позволяет избежать образования геля и способствует более полному растворению в воде добавляемого к ней поверхностно-активного вещества.

Пример 2

В этом примере с целью подтвердить эффективность предлагаемого в изобретении расположения инжекторов, предназначенных для подачи в смеситель добавки, проводили опыты, в которых перемешивание поверхностно-активного вещества с потоком нагретой воды происходило в трех различно расположенных вдоль оси смесителя местах.

В первом случае добавку инжектировали в поток воды непосредственно на входе в смеситель. Во втором случае добавку подавали в смеситель через один инжектор в точке, расположение которой показано на фиг.5. В третьем случае для подачи в смеситель добавки использовали два инжектора, расположенных в точках, показанных на фиг.5.

При подаче добавки в поток воды непосредственно на входе в смеситель в воде растворялось только 72% всей подаваемой в смеситель добавки. При подаче добавки в смеситель через один инжектор, расположенный по ходу потока за входом в смеситель, количество растворяемой в воде добавки увеличилось до 80%. При использовании для подачи в смеситель добавки двух инжекторов, расположение которых показано на фиг.5, за входом в смеситель по ходу потока количество растворенной в воде добавки возросло до 94%. Таким образом, можно считать, что предлагаемое в изобретении расположение инжектора или патрубка для подачи в смеситель добавки является наиболее оптимальным и обеспечивает эффективное растворение добавки в потоке нагретой воды.

В заключение следует отметить, что в настоящем изобретении предлагается способ приготовления эмульсий углеводородов в воде, который обеспечивает возможность добавления к эмульсии жидких добавок без образования геля и позволяет получить конечный продукт, удовлетворяющий всем необходимым требованиям.

При приготовлении эмульсий предлагаемым в изобретении способом для предотвращения образования геля не требуется передавать потоку воды в смеситель слишком большое количество энергии, что позволяет получать стабильные не образующие геля эмульсии с небольшим содержанием различных добавок, в частности поверхностно-активных веществ. Предлагаемый в настоящем изобретении способ отличается также достаточно большой универсальностью с точки зрения придания эмульсиям свойств, позволяющих использовать их в качестве конечного продукта, и приготовления эмульсий с самыми разными добавками, которые не сказываются отрицательно на стабильности эмульсии и не образуют в ней геля.

Необходимо подчеркнуть, что рассмотренные выше варианты не ограничивают объема изобретения, а только иллюстрируют наиболее предпочтительные варианты его осуществления и поэтому предполагают возможность их различной модификации касательно формы, размеров и конструкции отдельных деталей и тех или иных особенностей работы. Все такие модификации, возможность осуществления которых предусмотрена настоящим изобретением, должны соответствовать приведенной ниже формуле изобретения и не должны выходить за ее объем.

1. Способ приготовления эмульсии углеводорода в воде, при осуществлении которого используют жидкую добавку, которая при перемешивании с водой при температуре, меньшей максимальной температуры Т_G гелеобразования этой жидкой добавки, обладает склонностью к образованию геля, создают поток воды с температурой Т_C, меньшей максимальной температуры T_G гелеобразования, подают поток нагретой воды на вход в статический смеситель с приданием потоку воды энергии, добавляют в этот смеситель за его входом жидкую добавку, при этом такая жидкая добавка перемешивается с потоком воды, которому придана указанная энергия в количестве, достаточном для препятствования образования геля из жидкой добавки при температуре потока Т_C, в результате чего образуется, по существу, однородный раствор жидкой добавки в воде, и полученный раствор перемешивают с углеводородом в смесителе с получением эмульсии углеводорода в воде.

2. Способ по п.1, в котором получают поток воды с температурой, равной температуре окружающего воздуха, и нагревают поток до температуры Т_C.

3. Способ по п.1, в котором в качестве жидкой добавки используют по меньшей мере одну добавку из группы, включающей неионогенные поверхностно-активные вещества, анионогенные поверхностно-активные вещества, биоактивные поверхностно-активные вещества, инертные поверхностно-активные вещества, активирующие добавки, предназначенные для активации инертных поверхностно-активных веществ, полимеры, частицы глин и т.п., а также их комбинации.

4. Способ по п.3, в котором в качестве жидкой добавки используют добавку из группы, включающей этоксилированный нонилфенол, этоксилированный спирт и их комбинации.

5. Способ по п.3, в котором в качестве активирующей добавки используют буферный раствор, выбранный таким образом, чтобы значение pH водного раствора составляло не менее приблизительно 10.

6. Способ по п.3, в котором в качестве активирующей добавки используют щелочную добавку, выбранную из группы, включающей натриевые, калиевые и литиевые соли, амины и их комбинации.

7. Способ по п.1, в котором в качестве углеводорода используют углеводород из группы, включающей сырую нефть, вязкий углеводород, очищенные смолы, битум, кокс и их смеси.

8. Способ по п.1, в котором при перемешивании раствора добавки с углеводородом получают эмульсию, в которой соотношение между углеводородом и водой составляет по меньшей мере приблизительно 90:10, и в котором к полученной эмульсии добавляют воду с получением готовой эмульсии, в которой соотношение между углеводородом и водой не превышает 90:10.

9. Способ по п.8, в котором соотношение между углеводородом и водой в эмульсии составляет по меньшей мере около 97:3.

10. Способ по п.8, в котором соотношение между углеводородом и водой в готовой эмульсии составляет около 70:30.

11. Способ по п.1, в котором при перемешивании раствора добавки с углеводородом раствор делят на первую часть и вторую часть, первую часть раствора перемешивают с первым углеводородом в первом смесителе, создающем сдвиговое усилие, достаточное для образования первой эмульсии углеводорода в воде, к которой капли имеют первый средний размер, вторую часть раствора перемешивают со вторым углеводородом во втором смесителе, создающем сдвиговое усилие, достаточное для образования второй эмульсии углеводорода в воде, в которой (эмульсии) капли имеют второй средний размер, и смешивают первую и вторую эмульсии с получением смешанной эмульсии, содержащей по меньшей мере две группы капель, которые отличаются друг от друга их размерами.

12. Способ по п.1, в котором в качестве смесителя используют смеситель, выбранный из группы, включающей статические смесители, динамические смесители и их комбинации.

13. Способ по п.1, в котором в качестве смесителя используют статический смеситель.

14. Способ по п.1, в котором для изменения свойств эмульсии углеводорода в воде эту эмульсию перемешивают с растворами дополнительных добавок.