乳液形成方法和混合设备技术

一种制备水包油ＨＩＰＲ乳液的方法，包括下列步骤：提供含有粘性烃、乳化剂和水的混合物的牛顿液体；使该牛顿液体经受第一剪切力，从而使大部分牛顿液体径向流动并混合，以致形成非牛顿液体；然后，使剩余的未径向流动的牛顿液体经受第二剪切力，以便把剩余的未径向流动的牛顿液体混入到非牛顿液体中，形成ＨＩＰＲ乳液。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及乳液领域，更具体地说，本专利技术涉及连续制备特征为小的液滴尺寸和窄的液滴大小分布的高内相比乳液的方法和装置。在石油工业中，当生产的原油是粘性的，因此不容易流动时，常常会出现关于原油的输送问题。对于输送这样粘性的原油已经提出了许多建议，其包括采用加热原油、添加溶剂或较轻的原油、在原油周围形成环形水或形成水包原油的乳液这样的方法。本专利技术涉及一种形成水包原油的乳液以得到普通运输中容易流动的乳液的方法和装置。显然，当形成的乳液具有高的内相原油或烃与外相水之比时，这样的输送是更有效的。这样的乳液通称高内相比(HIPR)乳液，其是本专利技术的另一个目的。已知有几种制备HIPR乳液的装置，这些装置中大多数包括间歇制备方法，例如Chirinos等人的U.S.P.4,934,398中公开的方法。为了改进制备效率，就需要以连续的方法制备乳液。但是，在常用的连续方法中，需要大量的乳化剂和混合的能量以得到可以接受的结果。例如，Mertz等人的U.S.P.4,018,426公开了一种连续生产高内相比乳液的方法。U.S.P.4,018,426提到，在提供剪切力足以产生乳液的普通泵中均匀地混合初步分散液来形成HIPR成品乳液。普通泵产生流动方式，该流动方式在流体乳化和变成非牛顿流体的过程中随着被乳化的流体的性质而变化，该泵可使剪切力不均匀的施加到流体上，在乳液中产生不均匀的液滴尺寸的内相。已发现，这样一种不均匀的液滴尺寸对乳液的流动性有不利的影响，特别是在超限时间更是如此。另外，当需要制备具有相当小的液滴尺寸的乳液时，一般的泵必须在可以产生相转化的剪切速度下操作。这样高的剪切速度消耗大量的能量，并需要起阻止作用量的乳化剂，以防止相转化。因此，本专利技术的一个主要目的是提供一种形成具有约1-30微米液滴尺寸及具有窄的液滴大小分布的HIPR水包油乳液的方法。本专利技术的另一个目的是形成这样一种不需起阻止作用量的混合能或乳化剂并不导致相转化的乳液。本专利技术的再一个目的是提供这样一种可以用来制备具有内相的液滴尺寸小于7微米的乳液的方法。阅读了下面的介绍之后，对本专业熟练的技术人员来说，其他的目的和优点将变的很明显。按照本专利技术，通过一种形成水包油乳液的方法可以达到上述的目的和优点，该方法包括如下步骤形成含有粘性烃、乳化剂和水的混合物的牛顿液体；使所述的牛顿液体经受第一剪切力，其中使大部分所说的牛顿液径向流动并混合，以致形成非牛顿液体；然后，使剩余的未径向流动的牛顿液体经受第二剪切力，以使所说的剩余的未径向流动的牛顿液体混入到所说的非牛顿液体中，以形成所说的HIPR乳液，该HIPR乳液含有稳定的水包油乳液，该水包油乳液的液滴大小为约1-30微米，液滴大小分布(X)不大于约1，所说的液滴大小分布按如下定义X=D90-D10D50,]]>其中D90是其中在所说的乳液中总液滴的约90％(体积)的液滴等于或小于的液滴尺寸；D10是其中在所说的乳液中总液滴的约10％(体积)的液滴等于或小于的液滴尺寸；和D50是其中在所说的乳液中总液滴的约50％(体积)的液滴等于或小于的液滴尺寸。按照本专利技术，优选的是该液体在所选择的圆筒中经受所述的剪切力，在该圆筒中提供的停留时间约为1-5分钟，该圆筒有一个所述牛顿液体的入口、一个所述HIPR乳液的出口和对所说的混合物提供剪切力的多个设备，所述的多个剪切设备中的每一个的直径为(d)，所说的圆筒的长度为(L)及直径为(D)。按照本专利技术，所说的多个剪切设备中的第一剪切设备位于距所述的入口约1/3L的位置；所述的多个剪切设备中的第二剪切设备位于距所述的第一剪切设备约1.5d的位置；圆筒长度与圆筒直径之比(L/D)约为1.5-3.0；剪切设备直径与圆筒直径之比(d/D)约为0.35-0.45。下面参照附图详细的描述本专利技术的优选实施方案，其中附图说明图1是现有技术中制备乳液的装置的示意图；图2是本专利技术的混合圆筒的示意图；和图3是说明典型的液滴大小分布的曲线图。本专利技术涉及连续制备特征为小的液滴尺寸和窄的液滴大小分布的高内相比(HIPR)乳液的方法和装置。下面参考附图来详细描述本专利技术的优选实施方案。图1说明现有技术的制备HIPR乳液的一般装置，其包括混合装置10、静态混合器12、内部粘性烃相的导管14和外部水相及乳化剂导管16。导管14、16连接并引入内相和外相到静态混合器12，在其中两相混合形成混合物或分散液，该混合物流到混合装置10，在其中形成乳液，并且该乳液通过出口18送到其后的加工步骤或贮罐。现有技术的混合设备10一般是一个常规泵，其提供一种剪切力加到分散液中，足以形成外相包内相的乳液。常规的混合设备10一般装有单向旋转的混合叶片，混合设备的大小要使引入的流体的停留时间的约10秒。如上所述，这样的设备需要很大的能量及大量的乳化剂，以形成具有很小的液滴直径的HIPR乳液，并且当施加的剪切力太大时常常导致相转化。但是，在常规混合设备中需要很大的剪切能，以得到液滴直径小于7.0微米的HIPR乳液。因此，在通过这样的常规混合设备得到所需的液滴尺寸之前常常发生相转化。还如上所述，常规的混合设备不能施加基本均匀的剪切力给流体，导致液滴大小分布很宽，其对如此形成的乳液的流动性有不利的影响。图2说明本专利技术的混合设备20，可把混合设备20优选的配置在如图1那样的系统中，来代替常规混合设备10。本专利技术的混合设备20包括一个具有入口24和出口26的圆筒及多个提供剪切力的设备28，这些剪切设备28沿混合物的流路顺次装配在圆筒22中。圆筒22的定位优选基本垂直，所带的入口24位于其底面30，出口26位于顶面32。剪切设备28优选包括多个可旋转地顺次装配的叶片34，36，例如沿着圆筒22的纵轴装配在旋转轴38上。剪切设备28还可以是任何的现有技术公知的把剪切力加到流动的流体上的结构，例如叶片、涡轮、螺旋流动通道等等。入口24优选安装在基本上与圆筒22的纵轴即旋转轴38同轴的位置。这种定位有助于以最有效的方式使混合物对着叶片34。通过现有技术已知的任何形式的运动设备40可以旋转带动叶片34，36(在图2中大略地画出)。运动设备40优选地旋转带动叶片34，36，以使乳化的混合物经受剪切力，该剪切力相当于约0.1×106-1.0×107Watt.s/m3的动力输入，以便于形成具有所需液滴尺寸和液滴大小分布特征的乳液。该动力输入作为混合设备能力的函数在上述范围内变化，即，混合设备的能力越大，得到所需液滴大小和分布所需要的动力输入就越大。根据本专利技术，圆筒22有一个与剪切设备28的大小和配置相配合的几何结构，以提供圆筒22内混合物的完全混合，而不管要乳化的相的触变或流变性的变化。该过程从基本上是牛顿液体的水、烃和乳化剂的混合物开始。牛顿液体是指对其施力后基本上立即流动，并且，流动的速度与施加的力成正比的液体。随着乳液形成，该混合物就呈现出粘弹性或非牛顿流体的特性，即它的粘度取决于剪切速度。当乳液形成及引入的牛顿混合物转化成非牛顿乳液时，就产生这些性能的变化。该圆筒的几何结构和剪切设备的配置，就可以制备具有基本上均匀的内相液滴尺寸为约1-30微米，优选小于约7.0微米的HIPR乳液。仍参考图2来说明本专利技术的圆筒几何结构和剪切设备的配置。按照本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备水包油ＨＩＰＲ乳液的方法，其包括如下步骤：形成包括粘性烃、乳化剂和水的混合物的牛顿液体；使所述的牛顿液体经受第一剪切力，其中大部分所述的牛顿液体径向流动并混合，以致形成非牛顿液体；然后，使剩余的未径向流动的牛顿液体经受第二剪切力，以把所说的剩余的未径向流动的牛顿液体混合到所说的非牛顿液体中，形成所述的包括稳定的水包油乳液的ＨＩＰＲ乳液，该乳液的液滴尺寸为约１－３０微米、液滴大小分布（Ｘ）不大于约１，所述的液滴大小分布定义如下：Ｘ＝Ｄ９０－Ｄ１０／Ｄ５０，其中：Ｄ９０是其中在所述的乳液中总液滴的约９０％（体积）的液滴等于或小于的液滴尺寸；Ｄ１０是其中在所述的乳液中总液滴的约１０％（体积）的液滴等于或小于的液滴尺寸；和Ｄ５０是其中在所说的乳液中总液滴的约５０％（体积）的液滴等于或小于的液滴尺寸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：G努涅斯，R马辛，ML文特雷斯卡，
申请(专利权)人：英特卫普有限公司，
类型：发明
国别省市：VE[委内瑞拉]