表面活性剂的除垢应用.doc

阳离子表面活性剂的应用 专 业 化学与工程专业 课程名称 表面活性剂化学 姓 名 熊长川 学 号 10701020251 2012年11月3日摘 要表面活性剂工业是20 世纪30年代发展起来的一门知识密集型、技术开发型新兴行业，特别是第二次世界大战以后，表面活性剂工业得到了迅速发展，并继续向高技术方向发展，其发展水平已被视为各国高新化工技术产业的重要标志，并成为当今世界化学工业激烈竞争的焦点。近年来，随着石油化工的高速发展，为表面活性剂的合成提供了丰富的原料，使表面活性剂的产量和品种迅速增长，成为国民经济基础工业之一。阳离子表面活性剂的除垢作用是表面活性剂中具有最大实际用途的基本特性。除垢作用可以这样来描述：将浸在某种介质（一般为水）中的固体表面的污垢去除的过程称为洗涤。在洗涤过程中，加入洗涤剂以减弱污垢与固体表面的粘附作用并施以机械力搅动，借助于介质（水）的冲力将污垢与固体表面分离而悬浮于介质中，最后将污垢冲洗干净。关键字：阳离子表面活性剂；除垢；洗涤；悬浮剂；分散剂1.阳离子表面活性剂的抗污垢再沉积从纤维表面洗脱下来的污垢在溶液内形成不稳定的分散体系，污垢的胶体粒子往往能再沉积于纤维表面上，这种现象称为污垢再沉积。液体油垢的去除是通过油垢被增容达到的，增容体系在热力学上是稳定的，所以油性污垢经增容去除后，再沉积作用很小。而固体污垢不能被增容，污垢从纤维表面除下后形成不稳定的分散系，为防止污垢再沉积，必须通过动力学方式来阻止。对于乳化了污垢，形成的乳状液体是不稳定的，也必须采取相似的措施防止污垢再沉积。如上所述，阳离子表面活性剂在固体表面吸附，是污垢粒子形成相对稳定的胶体粒子，且在粒子表面形成双电层，而在纤维表面也同样形成双电层，两双电层其排斥作用，从而阻止污垢粒子在纤维表面再沉积，但这种作用可能低于水体系中产生的静电排斥作用。3.阳离子表面活性剂的结构与洗涤作用的关系因受污垢和表面活性剂之间发生复杂作用的影响，表面活性剂的洗涤力与其化学结构之间的关系非常复杂。对于液体油性污垢的去污来说，由于油性污垢的去除过程主要服从增容作用机理，所以可以说，凡是有利于提高增容空间结构的表面活性剂都能很好地增容油污并将其除去。同样，如果污垢的去除过程主要服从乳化机理，对乳化作用有适宜HLB值的表面活性剂，较其他表面活性剂乳化去污能力强。非离子表面活性剂在低浓度下，去除油污和防止油污再沉积能力高于阴离子具有类似结构的表面活性剂，其原因是非离子表面活性剂的cmc很低。4.阳离子表面活性剂在粘稠性石油运输和油罐清洗中的应用粘稠石油的运输:随着石油开采的发展，常规原油资源的减少，重质原油从20世纪80年代开始引起国际石油界的重视。世界上的重质原油（稠油）的储量十分丰富，根据联合国训练研究署（UNITAR）重油和沥青砂中心在15届石油大会上发表的数据表明，世界上重质原油的未来潜在可采储量为1105亿m（6951亿桶）但现在占世界市场份额不足5%，着主要是其开采、运输、加工成本较高。我国各油田所产原油按其流动性质可分为两大类。第一大类是轻质原油，如塔里木油田的塔中原油；第二大类是易凝高黏原油，包括含蜡量较高的易凝原油（含蜡原油），例如大庆油田、胜利油田、中原油田、华北油田所产原油，以及胶质沥青质含量较高的高黏重质原油(稠油)。稠油的黏度较高，给开采特别是运输带来很大的困难。目前，国内外提出的稠油降黏以利用运输的方法种类很多。其中，乳化降黏是非常有效的一种。使用表面活性剂降黏运输，特别是远距离运输，可取消相应的加热设备，大大降低能耗和生产成本。石油和生物学的研究人眼还把微生物技术用于石油的降黏和运输，即利用微生物代谢产物生物表面活性剂，代替化学合成的容积和分散剂。这也是生物表面活性剂在石油工业上的一个重要应用。（1）粘稠原油的输送 近年来，石油的管道运送技术有了很大的进步。由于原油开采量的大幅度增加，石油的运送量有很大的增加，从而使运输有关的直径能够大大增加。面前由于开采的关系，稠油所占比例越来越大，输送这样的原油药对现行的输送工艺进行改进，制定额输送工艺方案。还要改进原油输送前的准备，改进管路的结垢和泵站的操作。含蜡原油的特点是宁垫高，在远高于凝点的温度下，原油为牛顿液体，黏度不高，但当有油温降到原油凝点以上515时，含蜡原油转变为牛顿流体，黏度随温度降低而增长的速率加快；再继续降温原油将凝结，失去流动性。重质原油流动性特点是在较高温度下也具有相当高的黏度，对于含蜡量不高的重质原油，其凝点较低。原油和成品油的物理性质（密度、饱和蒸汽压、热容、导热性、黏度等）与其组成有很大的关系。这些性质对运输过程也有很大的影响。原油的基本部分由以下烃类组成：烷烃、环烷烃、芳香烃。在原油中还会有一定数量的交织和沥青质。上述三类烃类之间数量比在不同的原油中差别很大，根据这一点，原油可分为烷族原油、环烷族原油、烷族-环烷族原油等。高黏度稠油的输送，主要是利用表面活性剂改善原油在输送过程中的流动性。在此过程中，加入表面活性剂，原油即以很少的液滴分散到表面活性剂的水溶液中，形成O/W型乳状液。O/W型乳状液比原油的黏度降低23个数量级，以便于原油的输送。如胜利油田单家寺重质原油制成含水30%的水包油乳状液，50的黏度为54mpas，而通常时为9260 mpas。表面活性剂吸附在管道上还可以形成亲水膜，降低了运输时的摩擦阻力，降低输送时的能耗。在此过程中，如混合状况不好，至少可以再管壁形成亲水膜，显著降低摩擦阻力和能耗。选择合适的表面活性剂、浓度及输送条件，可使原油输送时O/W型乳状液具有适度的稳定性，即在管道中保持稳定不发生破乳，但又能在集输站或炼油厂容易破乳而实现油水分离。（2）稠油运输中的使用 由细菌等微生物代谢作用产生的表面活性剂，其结构和化学合成的表面活性剂费用接近。既然可以将后者用于稠油的运输，研究人员很早就设想将生物表面活性剂所引起。因此，可以吧细菌和足够的营养物质加入到石油中，如有合适的生长环境，细菌就可能在黏稠的是有种进行代谢作用，产生生物表面活性剂。生物表面活性剂在是有中的乳化作用，可有利于石油的运输。生物表面活性剂分子结构的双亲性，可以使原油在一定程度上分散在生物表面活性剂的水溶液中，形成O/W型原油乳状液或拟乳浊液。O/W型乳状液比纯石油黏度下降23个数量级，可以大大降低原油的表现黏度，使油的流动加速。另外，生物表面活性剂分子吸附在输油管道上，形成一层薄薄的亲水膜，同样可以降低管壁的摩擦阻力。O/W型乳状液和亲水膜的形成，都可以降低原油管道运输时能耗。能耗的降低既取决于微生物培养和代谢作用，生物表面活性剂的形成也取决于石油和生物表面活性剂的混合状况。5.用于油罐清洗方面表面活性剂在石油工业上的应用之一就是用于油罐的清洗。在石油工业上，因为诸多的原因，油罐需要清洗。国外的研究人员利用微生物细菌对石油容器的清洗作用，对油罐进行清洗的研究，取得了较好的效果。在此过程中其主要作用的还是微生物代谢过程中产生的生物表面活性剂。现场实验结果表明，生物表面活性剂有能力清洗石油储罐，并能从乳化的淤渣中回收石油。经预先测定，在直径44m的浮顶油罐底部，大约存有850m的淤渣。为实验方便，安装了循环泵、软管、循环部件及检查孔。将1.5t含有生物表面活性剂的培养液加入油罐中，此时原油和淤渣量之比为1：1，同时加入2000立方米含盐的水，使碱化水和总烃量之比达到1.25：1。在4050的温度下罐内混合物循环停止以后加入原油破乳剂，使水与原油分开。在油罐的顶部收集各种无机物，并将上层的油分离出来。经清洗后，总淤渣量850m中的774m（约占总淤渣量的91%）回收物符合科威特的是有标准，可作为石油产品被收回。而剩余的大约76m则作为杂质存于油罐底部，主要是一些很容易处置的非烃类物质。清洗后得到的原油API值非常接近。这样的原油供产生了5550桶。现场实验是非常成功的，使研究人员感到满意。他们认为该方法经济效果好，环境友好，不会对周围环境造成新的污染。而且比其他常规方法对人的危险性要小得多。对于生物表面活性剂，这种方法也很容易控制，在该方法的实验报告及相关论文发表以后，得到了该领域的研究人员和石油企业的高度评价。随着工业的进步，交通工具发展极为迅速，其数量和品种急剧增加、其清洗工作成为社会普遍会遇到的问题，所以，各种交通工具专用清洗剂应运而生。以汽车为例，由于各种部件材料差别大，污染物及污染程度各异，有各种汽车分类清洗剂。如用于汽车外表面的清洗上光剂，零部件清洗剂，轮胎清洗剂、发动机清洗剂，靠背清洗剂等。车辆清洗上光剂由表面活性剂如聚醚、酚醚、蜡、溶剂等制成，一般制成乳液，在清除汽车外表面污垢的同时可给汽车漆抛光，适当加一些季铵盐阳离子表面活性剂，可起到抗静电、防污染效果。列车靠背椅洗涤剂有表面活性剂、助剂、溶剂等制成的液体洗涤剂，可供洗涤客车上人造革靠背椅头部的头油和污垢，同时可供洗净其他部位的污垢只用。【参考文献】【1】 肖进新，赵振国.表面活性剂应用原理【M】.北京：化学