Understanding emulsification and demulsification mechanism of different oil water systems

Understanding emulsification and demulsification mechanism of different oil water systems. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (thesis)
Final thesis arafat husain.pdf
Restricted to Repository staff only until 9 August 2021.

Download (5MB)

Arabic Abstract

تم مزج النفط الخام مع خليط غير مرغوب فيه من قطرات الماء المتناثرة والأملاح والرواسب مع مرحلة النفط المستمر أثناء الانتعاش والنقل. مستحلبات الطبيعية الموجودة في النفط المقدمة مع القوة التطبيقية على الماء وخليط النفط يؤدي إلى تشكيل مستحلب مستقر. وبالتالي يصبح التمائم من النفط الخام أولوية قصوى لتحقيق النقاء المطلوب للجودة. للحصول على فهم للتمليس من المهم الحصول على فهم الاستقرار المستحلب والعوامل التي تؤثر عليه حتى أجريت دراسة على مستحلب الديزل والمياه خارج . وقد اقتُرحت مستحلبات الديزل في الماء كوقود بديل نظراً لإمكانية انبعاث كمية أقل من أكاسيد النيتروجين والمسائل الجسيمية في النماذج الحالية لمحركات الإشعال المضغوط. مستحلبات الديزل في الماء ليست مفهومة جيدا على الرغم من تطبيقاتها العديدة. في هذا العمل، تم إعداد مستحلبات الماء/الديزل باستخدام الإيثوكسيلات الثماني فيلبينول كمسحل مستحلب في وقت وسرعات خلط مختلفة، وتركيزات مختلفة من المواد السطحية، واستخدام نسب مختلفة من الماء/الديزل. تم تقييم استقرار المستحلب باستخدام طريقة اختبار الزجاجة ، وتوزيع حجم القطرات (المجهر) ، والقياسات الريولوجية. ووجد أن الاستقرار مستحلب لا يعتمد فقط على تركيز السطح والماء والديزل ولكن أيضا على خلط السرعة والوقت. لوحظ تركيز السطحي الأمثل للحصول على المستحلبات الأكثر استقرارا. وأشارت الدراسة الحالية إلى أن نسبة المياه إلى الديزل وطريقة الخلط يمكن أن تؤثر بشكل كبير على خصائص المستحلب. أخذ النقاط الرئيسية من العوامل التي تؤثر على استقرار مستحلب، تم تنفيذ موكب نحو التمليس من النفط الخام بمساعدة المزيلات البوليمرية. على الرغم من أن العديد من العوامل الكيميائية قد تم إعدادها للعمل كمزيل للتحلل، والسعي لتطوير القابلة للتحلل الحيوي، غير سامة وصديقة للبيئة demulsifier أولوية بسبب قضايا المناخ العالمي. ويستند هذا البحث على التحقيق في كفاءة الجفاف من demulsifiers البوليمرية المختلفة التي تنطوي على درجات قابلة للتحلل من السليلوز الإيثيلي من مختلف درجات اللزوجة (EC-4، EC-22 و EC-100) وكذلك البوليمر triblock في شكل F-127 Pluronic (Pf-127) مختلطة مع المذيبات من خلال اختبار زجاجة. وعلاوة على ذلك تأثير تركيز demulsifier ، تأثير الأملاح المختلفة ، تأثير مياه البحر (SW) وأخيرا تأثير درجة الحرارة يتم تقييمها من خلال كفاءة التملص من مستحلب W / CO. تكشف النتائج التجريبية أن EC-4 وPf-127 بتركيز مثالي من 10000ppm فعالة لكسر المستحلب عندما يتعلق الأمر باختبارات التمليس التي تنطوي على مستحلبات معدة إما بالماء المقطر أو مياه البحر في درجة حرارة الغرفة وعند 90 درجة مئوية ، والخروج بـ 99٪ و 92٪ كفاءة على التوالي. لم يتم العثور EC-22 و EC-100 لتكون demulsifier فعالة لكسر مستحلب W /CO. استخدام أملاح divalent مع الماء المقطر لإنتاج مستحلب (〖Ca〗^(+2 ),〖Mg〗^(+2)) W / CO في درجة حرارة الغرفة أدى إلى نتائج أن تطبيق درجات مختلفة من السليلوز الإيثيل كما demulsifier مناسبة لفصل الماء والنفط بينما من ناحية أخرى استخدام الملح أحادي التكاف (〖Na〗^+) حصلت على أفضل من Pf-127 كما demulsifier تم العثور على وجود مياه البحر في مستحلب لتسريع التمليس بسبب تشكيل floc أفضل. ويمكن ملاحظة تأثير درجة الحرارة المرتفعة في حقيقة أن يتم تعزيز التفكيس في 90 بالمقارنة مع درجة حرارة الغرفة لأي تركيز مزيل معين.. الجمع بين ارتفاع درجة الحرارة والملح المناسب وكذلك تطبيق نتائج المذيبات السليمة هو المفتاح لاختيار مزيل البوليمر المناسب والجرعة لفصل الماء والنفط الخام. إن استخدام السوائل الأيونية (IL) كمزيلات لفصل المياه في مستحلبات النفط الخام يمتلك إمكانات عالية في صناعة النفط. الدافع الوحيد لهذا البحث هو التحقيق في أربعة IL من فئة من مجمع pyridinium مثل مع أقصى طول [1,4bmPY][BF4] ,[1,4bmPY][PF6] [1,4bmPY][I] and [1,3p-CN-PY][Cl] الألكيل تصل إلى سلسلة قصيرة ولكنيل . تم تقييم ILs لكفاءة التمليس من مستحلب على أساس المعلمات مثل جرعة IL تتراوح بين 200ppm إلى 2000ppm، وتأثير أنيون، وتأثير الموجبة وطول سلسلة الألكيل، فضلا عن تأثير مياه البحر في درجة حرارة 90oCوأشارت النتائج إلى أن أكثر التحلل المائي ILs مثل [1,4bmPY] [PF6] و [1,4bmPY] [BF4] التي تتألف من أطول الموجبة وطول سلسلة الألكيل تم العثور على أن يكون لصالح ارتفاع فعالية التحلل عالية كما 99% ل [1,4bmPY] [PF6]. تم العثور على استخدام مياه البحر لتسريع وكذلك تحسين كفاءة التمويات لجميع IL

English Abstract

Crude oil is blended with unwanted mixture of dispersed water droplets, salts and sediments with continuous oil phase during recovery and transportation. Natural emulsifiers present in the oil provided with applied force on the water and oil mixture lead to the formation of stable emulsion. Therefore demulsification of crude oil becomes an utmost priority to achieve the desired purity of quality. To get an understanding of demulsification it is important to get a grasp of emulsion stability and factors affecting it so a study on diesel-water emulsion was carried out .Diesel-in-water emulsions have been proposed as an alternative fuel due to its potential to emit lesser amount of nitrogen oxides and particulate matters in the current models of compressed ignition engines. The Diesel-in-water emulsions are not very well understood despite its numerous applications. In this work, water/diesel emulsions were prepared using octylphenol ethoxylate as an emulsifier at different mixing time and speeds, varying surfactant concentrations, and using different water/diesel ratios. The emulsion stability was evaluated using bottle test method, droplet size distribution (microscope), and rheological measurements. It was found that emulsion stability not only depends on concentration of surfactant, water, and diesel but also on mixing speed and time.An optimum surfactant concentration was noted to get the most stable emulsions. The current study indicated that water to diesel ratio and mixing method can significantly affect the emulsion characteristics. Taking away the key points from the factors affecting the stability of emulsion, procession towards demulsification of crude oil was carried out with the help of polymeric demulsifiers. Even though many chemical agents have been prepared to function as demulsifier, the quest to develop biodegradable, non-toxic and environmental friendly demulsifier is priority due to global climate issues. This research is based on investigating the dehydration efficiency of different polymeric demulsifiers involving biodegradable grades of ethyl cellulose of different viscosities grades (EC-4,EC-22 and EC-100) as well as triblock polymer in shape of Pluronic F-127 (Pf-127) mixed with solvent through bottle test. Moreover the influence of demulsifier concentration , effect of different salts, impact of sea water (SW) and finally the effect of temperature are evaluated by demulsification efficiency of W/CO emulsion. Experimental results reveal that EC-4 and Pf-127 at optimal concentration of 10000ppm are efficient to break the emulsion when it comes to demulsification tests involving emulsions prepared with either distilled water or sea water both at room temperature and at 90ᵒC, coming up with 99% and 92% efficiency respectively. EC-22 and EC-100 were not found to be effective demulsifier for breaking W/CO emulsion.Usage of divalent salts (〖Ca〗^(+2 ),〖Mg〗^(+2)) with distilled water to produce a W/CO emulsion at room temperature resulted in findings that application of different grades of ethyl cellulose as demulsifier suitable for the separation of water and oil while on the other hand usage of monovalent salt (〖Na〗^+)got the best out of Pf-127 as demulsifier The presence of sea water in the emulsion was found to accelerate its demulsification due to better floc formation. Influence of elevated temperature can be observed in the fact that the demulsification is enhanced at 90ᵒC as compared to that of the room temperature for any given demulsifier concentration.The combination of high temperature and appropriate salt as well as applying proper solvent results is the key for selecting an appropriate polymeric demulsifier and its dosage for the separation of water and crude oil. The application of ionic liquids (IL’s) as demulsifiers for the separation of water in crude oil emulsions possess a high potential in petroleum industry. The sole motive of this research is to investigate the four IL’s of the class of pyridinium compound such as [1,4bmPY][BF4] ,[1,4bmPY][PF6] [1,4bmPY][I] and [1,3p-CN-PY][Cl] with maximum alkyl lenght up to short butyl chain .The ILs were evaluated for demulsification efficiency of the emulsion on the basis of parameters such as IL’s dosage ranging from 200ppm to 2000ppm, effect of anion ,effect of cation and alkyl chain length as well as influence of seawater at temperature of 90ᵒC. The results indicated that the more hydrophobic ILs like [1,4bmPY][PF6] and [1,4bmPY][BF4] comprising longer cation and alkyl chain length were found to be favoring high demulsification efficacy as high as 99% for [1,4bmPY][PF6].The use of sea water was found to accelerate as well improve of demulsification efficiency for all the IL’s.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Chemical Engineering
Department: College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Committee Advisor: Al Harthi, Mamdouh
Committee Members: Abdur Razzak, Shaikh and Shahzad kamal, Muhammad
Depositing User: ARAFAT HUSAIN (g201707150)
Date Deposited: 13 Aug 2020 11:02
Last Modified: 13 Aug 2020 11:02
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141685