硫酸钡防垢剂MCC的合成与性能评价.pdfVIP

第 4 2卷第 1 0期 2 0 1 3年 1 0月 应用化工 Ap p l ie d C h e mica l I n d u s t r y Vo 1 42 No 1 0 0C t 2 01 3 硫酸钡 防垢 剂 MC C的合成 与性能评价 全红平 李欢 黄志宇 张太亮 明显森 李嘉 刘晓蕾4 1 西南石油大学 化学化工学院 四川 成都6 1 0 5 0 0 2 川庆钻探工程有限公 司 钻采工程 技术研究院 四川 广汉6 1 8 3 0 0 3 川 庆钻探工程有限公司 井下作业公 司 t J t l成都6 1 0 0 5 1 4 重庆市出入境检验检疫局 重庆4 0 0 0 2 0 摘要 以水为溶剂 多乙烯多胺和氯乙酸钠为原料 合成 了一种硫酸钡防垢剂 MC C 最佳反应条件为 反应物配 比为 n 氯乙酸钠 多乙烯多胺 4 1 反应物质量分数为6 0 反应温度为 8 O 反应时间为 1 2 h 在合成产 物加量为 1 5 0 m g L时 对硫酸钡防垢率可达 8 6 4 温度升高 防垢率逐渐降低 钠离子浓度升高 防垢率较稳 定 一 关键词 硫酸钡垢 防垢剂 防垢率 中图分类号 T Q 2 1 7 T E 3 9 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 2 0 6 2 0 1 3 1 0 1 8 4 8 0 3 S y n t h e s is a n d e v a l u a t io n o f b a r iu m s u l f a t e s ca l e in h ib it o r M CC Q U A N H o n g p i n g L I H u a n HU A NG Z h i y u Z H A N G T a i l i a n g MI NG X ia n s e n L I J ia U Xia o 1 C o l l e g e o f C h e m i s t r y a n d C h e m i cal E n g i n e e r in g S o u t h w e s t P e t r o l e u m U n iv e r s i t y C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 C h i n a 2 C C DC Dr il l in g P r o d u ct io n T e ch n o l o g y Re s e a r ch I n s t it u t e G u a n g h a n 6 1 8 3 0 0 Ch in a 3 Do w n h o l e Op e r io n C o m p a n y o f C N P C C h u a n q i n g D ri l l in g E n gi n e e ri n g C o mp a n y C h e n g d u 6 1 0 0 5 1 C h i n a 4 C h o n g q in g E n t r y E x i t I n s p e ct i o n a n d Q u a r a n t i n e B u r e a u C h o n g q i n g 4 0 0 0 2 0 C h in a Ab s t r a ct A b a ri u m s u l f a t e s ca l e in h i b it o r MCC w a s s y n t h e s iz e d b y p o l y e t h y l e n e p o l y a mi n e a n d s o d i u m ch l o r o a ce t a t e u s in g wa t e r a s a s o l v e n t Th e o p t imu m r e a ct io n co n di t io ns a r e a s f o l l o ws mo l e r a t i o o f p o l y e t h y l e n e p o l y a mi ne t o s o di u m ch l o r o a ce t a t e i s 4 1 r e a ct a n t ma s s co n ce nt r a t io n is 6 0 r e a ct i o n t e mp e r a t u r e a n d r e a ct i o n t i me is 8 0 clC a n d 1 2 h r e s p e ct iv e l y T h e r e s u l t s h o ws tha t t h e a n t is ca l e r a t e o f b a ri u m s u l f a t e ca n r e a ch 8 6 4 a t 1 5 0 mg L in h ib it o r co n ce n t r a t io n Th e a n t is ca l e r a t e o f b a ri u m s u l f a t e wa s d e cr e a s e d wi t h in cr e a s i n g t e mp e r a t u r e a n d ca n b e mo r e s t a b l e a s s o d i u m i o n co n ce n t r a t i o n in cr e a s e d Ke y wo r d s b a r iu m s u l f a t e s ca l e in h ib it o r a n t is ca l e r a t e 油气 田开发生产过程 中 各种流体从 油气层 中 产出 由于压力 温度和平衡状态的变化或与不配伍 水相的混合 就容易造成成垢离子在地层 井筒 注 水系统和集输系统等表面析出 发生垢 的沉积 从 地层到地面管网的各个部位发生结垢 除 了会增加 流动阻力 提高停产检修时 间 降低产能 引起管线 垢下腐蚀外 还提高了注入水对油层 的损害程度 给 生产带来极大危害 剖 油田中常见的无机垢型主要有碳酸盐类和硫酸 盐类 其中尤以硫酸钡垢最难解决 因此 防垢性能 优越 热稳定性好的共聚物防垢剂成为硫酸钡防垢 剂研究的焦点 本文在共聚物防垢剂的原理上尝试 开发低成本 易合成的水溶性硫酸钡防垢剂 J 用 多乙烯多胺与氯乙酸钠的亲核取代反应代替聚合反 应 合成防垢剂产品 1 实验部分 1 1 试剂与仪器 多乙烯多胺 氯 乙酸钠 氯化钠 氯化钡 无水碳 酸钠 氢氧化钠等均为分析纯 S H B I I I 循环水式多用真 空泵 R 2 0 1旋转蒸发 器 D F 一 1 0 1 S集热式磁力加热搅拌器 WQ F 一 5 2 0型傅 里叶变换红外光谱仪 1 2 防垢剂合成 在装有冷凝管 温度计的三1 3 烧瓶中 加入去离 收稿日期 2 0 1 3 0 6 1 4 修改稿日期 2 0 1 3 0 7 0 4 作者简介 全红平 1 9 8 2一 男 四川广安人 西南石 油大学讲 师 博 士 主要从 事油气 田化学 品的研究 电话 1 3 8 8 2 2 8 9 1 8 0 E ma il q u a n h p 2 0 0 5 1 6 3 co n 通讯联系人 李欢 1 9 8 9 一 男 四川德阳人 西南石油大学在读硕士研究生 师从全红平讲师 主要从事油气田化学品的 研究 电话 1 3 8 8 0 1 1 5 6 3 5 E m a i l 1 i h u a n 1 3 0 3 1 1 2 6 co n 第 1 O期 全红平等 硫酸钡防垢剂 MC C的合成与性能评价 1 8 4 9 子水 氯乙酸钠和多乙烯 多胺 搅拌 溶解后 用氢 氧 化钠溶液将 p H值调至 1 0 1 1 搅拌均匀 恒温反应 一 段时间 用旋转蒸发器减压蒸馏 得到砖红色防垢 剂 MC C浓缩液 1 3 防垢性能评价 根据中华人民共 和国石油天然气行业标准 S Y T 5 6 7 3 1 9 9 3 油 田用 防垢剂性能评定方法 采 用 沉淀法对硫酸钡垢防垢性能进行评价 2 结果与讨论 2 1 反应物配比对防垢率的影响 固定反应物浓度 4 0 反应温度 8 O 反应时 间 7 h 反应体系 p H值 1 0 1 1 改变反应物配比 合 成防垢剂 在防垢剂加量为 1 5 0 m g L 测其防垢率 结果见表 1 表 1 反应物 配比对防垢率的影响 T a b l e 1 Effe ct o f r e a c t a n t r a t io O n a n t is ca l e r a t e 由表 1 可知 n 氯 乙酸钠 n 多乙烯多胺 4 1时 产物 MC C防垢效果最佳 这是 由于氯 乙酸 钠 与多乙烯多胺发生亲核取代反应 将官能团羧基 接在主链 N上 羧基能与 B a 形成螯环 当氯 乙 酸钠用量较少时 防垢剂羰基含量较少 防垢性能较 差 反之 氯乙酸钠用 量过 大 主链 上接人过多 的羧 基 反而会造成过度的螯合作用 使防垢剂自身产生 沉淀 达不到较好的防垢效果 2 2 反应物浓度的影响 固定反应物配 比 n 氯 乙酸钠 n 多 乙烯 多 胺 4 1 反应温度 8 0 反应时间7 h 反应体系 p H值 l 0一 l l 改变反应物浓度 合成防垢剂 防垢 剂加量为 1 5 0 m g L 测其防垢率 结果见图 1 反应物浓度 图 1 反应物浓度对防垢率的影响 F i g 1 E ffe ct o f ma ct a n t ma s s f r a ct io n o n a n t i s ca l e r a t e 由图 1可知 反应 物 质 量分 数 6 0 时 产 物 M C C防垢效果最佳 当低浓度时 反应物能充分溶 解于溶剂 中 但溶剂过多不利于反应物充分接触 当 浓度过高 溶剂相对较少时 由于多乙烯多胺为粘稠 状液体 不能与氯乙烯多胺完全混溶 从而影响反应 的效果 2 3反应温度的影响 固定反应物 配 比 氯 乙酸钠 n 多乙烯多 胺 4 1 反应物浓度 6 0 反应时间7 h 反应体 系 p H值 l O 1 1 改变反应温度 合成防垢剂 防垢 剂加量为 I 5 0 m g L 测其防垢率 结果见图 2 旃 餐 温 度 图2 反应温度对防垢率的影响 F i g 2 E ff e ct o f r e a ct io n t e mp e r a t u r e o n a n t is e Me r a t e 由图 2可知 反应温度 8 O c c 时 产物 MC C防垢 效果最佳 当反应温度过低 造成反应速度慢 反应 活性低 影响氯乙酸钠的取代效果 反应温度过高 溶剂易挥发 不利于反应物充分反应 2 4 反应时间的影响 固定反应物配比 凡 氯乙酸钠 多乙烯多 胺 4 1 反应物浓度 6 0 反应温度 8 O 反应 体系p H值 1 0 1 1 改变反应时间 合成防垢剂 防 垢剂浓度为 1 5 0 mg L 测其 防垢率 结果见图 3 时间 h 图3 反应时间对防垢率的影响 F ig 3 E ff e ct o f r e a ct io n t ime o n a n t is ca l e r a t e 由图3可知 反应时间为 1 2 h时 防垢效果最 佳 若反应时间太短 反应不够完全 接入主链的羧 基不足 影响防垢效果 若反应时间太长 主链接人 过多羧基 而羧基数量太多导致过度的螯合作用 从 2 静鞣邃 1 8 5 0 应用化工 第 4 2卷 而降低防垢效果 2 5防垢剂 MC C的表征 对最佳条件下合成的产物进行了红外光谱分 析 结果见图4 v l cm一 图4 产物红外光谱图 F ig 4 I R s p e ct r a o f t h e p r o d u ct 由图4可知 3 4 2 8 8 1 a m 为缔合 N H收缩 振动峰 2 9 5 2 4 8 2 8 4 2 5 6 cm 为 C H 2 基团的伸缩 振动 峰 1 6 2 9 5 5 cm 为 C O 伸 缩 振 动 峰 1 4 0 3 9 2 1 3 1 1 7 1 4 cm 为 C H 基团剪式振动吸 收峰 1 1 2 4 3 0 cm 为 C N键伸缩 振动峰 由上 述分析可知 本实验所合成的目标产物带有初始设 计的分子基团 由此推断目标产物结构与设计相符 2 6 性能评价 2 6 1 防垢剂加量对 防垢性能的影 响 在防垢 温 度为 7 O 防垢时间为 1 6 h C N a C 1 7 5 0 L 下 测定用量与防垢率的关 系 结果见图 5 0 1 0 0 2 00 3 00 40 0 50 0 防垢剂加tal ci n g L 图 5 防垢剂加量与防垢率的关系 F ig 5 T h e r e l a t io n s h ip b e t w e e n s ca l e in h ib it o r d o s a g e a n d a n t is e a l e r a t e 由图5可知 防垢剂加量为 1 5 0 m g L时 防垢 率最佳 达到 8 6 4 继续增加防垢剂加量 防垢率 明显下降 这是由于合成产物中羧基虽然能够螯合 成垢离子 防止垢的形成 但过多会导致螯合作用过 剩 使防垢剂自身形成沉淀 2 6 2 温度对防垢率的影响 防垢时间为 1 6 h C N a C I 7 5 0 g L 防垢剂用量为 1 5 0 m g L下 测 定温度与防垢率的关系 结果见图6 媾 薄 温度 图6 温度与防垢率的关系 F ig 6 T h e r e l a t io n s h ip b e t we e n t e mp e r a t u r e a n d a nt is ca l e r a t e 由图6可知 温度对防垢性能有一定的影响 这 主要是因为 在高温 下防垢剂在晶核上 的吸附能力 减弱 解吸过程加强 阻垢的有效成分减少 从而防 垢率降低 引 2 6 3 钠 离子浓度 对防垢效率的影响 在防垢温 度为 7 O 防垢 时 间 为 1 6 h 防 垢 剂 用 量 为 1 5 0 m g L 下 测定钠离子浓度与防垢率 的关系 结果见表 2 表 2 钠离子浓度与防垢率的关 系 Ta b l e 2 Th e r e l a ti o n s h ip b e t we e n s o d iu m io n co n ce n t r a ti o n a n d a n t is ca l e r a t e 由表 2可知 随钠离子浓度的升高 防垢率缓慢 降低 但是防垢率始终保持在 8 0 以上 说明防垢 剂 MC C有较好 的抗钠离子性能 3 结论 1 硫 酸钡 防垢 剂 MC C合 成反应 的最优条件 是 n 氯乙酸钠 多乙烯多胺 4 1 反应物质 量分数为 6 0 反应温度为 8 O cc 反应时间 1 2 h 2 在最 优条 件下合 成 的产物 当加 量为 1 5 0 mg L时 防垢效果最佳 防垢率达到 8 6 4 3 当温度升至 7 0 以上 时 防垢 剂 MC C的 螯合作用减弱 防垢率逐渐下降 水中钠离子浓度逐 渐升高时 防垢率较稳定 具有较好的抗钠离子能 力 参考文献 1 孙川 闫杰 陈红伟 等 新型防垢剂的合成研究 J 精细石油化工进展 2 0 0 9 1 0 3 4 2 下转第 1 8 5 3页 踮 舳 2 弱 许鞣谯 第 1 0期 李燕等 溶剂 微波萃取法提取柑橘皮精油 1 8 5 3 由表 5可知 柑桔皮精油提取率影响因素大小 顺序为 浸泡时间 微 波辐射 时间 料 液比 颗粒 大 小 最 佳 提 取 工 艺 为 A c D 故 取 料 液 比 1 6 g mL 浸泡时间4 8 h 颗粒大小 4 O目 微波时间 9 0 S 在最 佳条 件 下做 验证 实验 平 均 提 取率 为 1 4 7 可见微波辅助萃取技术与溶剂浸提法相 比 可显著提高提取效率 2 2 2 不同溶剂微波萃取精油提 取率的比较选择 用不 同的溶剂 在料液 比为 1 6 g mL 浸泡时间 4 8 h 颗粒大小 4 0目条件下做对 比实验 结果见表 6 表 6 不 同溶剂的提取率 Ta bl e 6 Ex t r a ct ion y iel d o f d if f e r e n t s ol v e nt 由表 6可知 无水 乙醇收率为 1 4 7 比溶剂 提取法精油收率有 明显 的提高 石油醚 环 己烷 正 己烷在溶 剂浸 提方法 中收率均 比微波萃取 中收率 高 微波萃取并不适合各种溶剂 3 结论 1 溶剂萃取最佳工艺为 料液比为 1 6 g m L 浸泡时间4 8 h 颗粒 粒度 6 0 目 溶剂 为无水 乙醇 时 提取率达 1 0 2 2 微波萃取柑桔皮精油的最佳提取工艺为 料液 比为 1 6 g m L 浸泡时间4 8 h 颗粒粒度4 0 目 微波 时 间 9 0 S 溶 剂 为 无 水 乙 醇 时 提 取 率 达 1 4 7 比溶剂萃取要高 而其它溶剂 的提取率反而 下降 3 提取出 的柑桔皮精油为带黄色油状液体 有柑桔清香 味甘 参考文献 1 F i s h e r K P h il l i p s C P o t e n t ia l a n t i m icr o b ia l U S e S o f e s s e n t im o i l s i n f o o d I s cit r u s t h e h n s w e r J T r e n d s in F o o d S cie n ce T e ch n o l o g y 2 0 0 8 9 3 1 5 6 1 6 4 2 陆胜民 施迎春 杨颖 柑橘类精油的粗提及浓缩精制 研究进展 J 食品与发酵科技 2 0 1 2 4 8 1 l 5 3 刘涛 谢功昀 柑橘类精油的提取及应用现状 J 包 装与食品机械 2 0 0 9 2 7 1 4 4 48 4 段书德 于宏伟 姚清国 等 柑橘油的提取及应用研 究 J 安徽农业科学 2 0 1 1 3 9 4 2 0 9 8 2 0 9 9 5 吴龙火 李培 刁勇