聚醚破乳剂生产过程中的产品质量问题


       针对聚醚型破乳剂生产过程中容易出现的产品质量问题展开讨论,为生产中把握关键环节提供支持 文中对环氧乙 ( 丙) 烷的阴离子型聚合反应动力学方程进行了简要分析探讨,同时针对聚醚型破乳剂生产中常出现的问题结合反应机理 实践经验等进行了分析,力图从聚合反应速率 聚合度及操作条件等因素去考虑如何提高产品质量。

在碱性催化剂作用下,环氧丙烷和环氧乙烷可以加成聚合于脂舫醇 脂肪胺 烷基酚等多种含有活泼氢原子的疏水性原料料,制得用于乳化原油破乳用的非离子表面活性剂 在该聚合工艺中,原料的纯度 聚合的条件等环节影响着产品的性能;另外聚醚类破乳剂的扩链与枝化改性 破乳剂的复配环节也影响着破乳剂质量问题 本文拟就聚醚型破乳剂生产过程中的质量问题加以探讨。

1聚醚合成反应动力学
1.1反应机理

反应机理聚醚的反应历程是按照阴离子逐步聚合机理进行的 以碱催化条件下脂肪醇烷氧基化反应为例,其聚合反应机理如下

其中 Kp 为速率常数
当分子链增长到一定程度,链的活性下降,增长链之间,增长链与醇羟基之间会发生链转移,其反应较复杂,不再细述。

反应动力学方程
1. 2. 1 反应速率
假设链增长速率常数 Kp 不受链长的影响即 Kp 为定值 由于 Kp K1,K2,K3,因此rPO = - d[po]/dt = Kp[M-][m] ( 1)式中: [M-] 活性链的浓度[m] 单体浓度李鹏等[2]研究了以氢氧化钾为催化剂的丙三醇的环氧丙烷开环聚合反应动力学,研究表明,聚合反应对单体浓度和催化剂浓度均为一级反应,而与起始剂浓度无关,反应活化能为78. 38 kJ /mol,完整的动力学方程为:rPO = 1. 34 × 1011exp( - 78. 38 × 103/RT ) ×[m][cat. ]( 2)
1. 2. 2 平均聚合由 Xn = ( 单体分子转化数) / ( 聚合物分子生成数 )得在 t 时刻聚合物分子的平均聚合度为:Xn = ( [m0]-[m]) /( [M-]+[M']) ( 3)式中: [M-] 不发生链转移而得到的聚合物的浓度,[M-] = [cat.]
[M'] 醇羟基发生链转移部分所得聚合物的浓度。

2聚醚型破乳剂生产中常见问题及质量控制
2.1破乳剂颜色深
颜色深是破乳剂常见的外观质量问题 在聚醚合成时,由于反应温度过高,聚醚分子中的醚链氧原子不稳定而发生断裂,产生活性较低的不饱和键,使链反应终止,降低了产物的聚合度 导致颜色变深并直接影响破乳剂分子量的分布状况,对破乳剂脱水性能有直接影响温度过高,造成的另一个问题是链转移几率增加,聚合度降低 为了减少增长链向单体进行链转移的几率,提高其分子量,环氧丙烷开环聚合反应温度应不超过 140 ℃ ,通常控制在( 125 ±5) ℃ 为佳; 环氧乙烷开环聚合反应温度应不超过120 ℃,通常控制在 ( 115 ± 5) ℃ 为佳。

2.2催化剂用量控制问题由动力学方程式 ( 2) 式 ( 3) 可知催化剂浓度增大,虽然可以加快聚合反应速率,但聚合物聚合度变小,分子量分布变宽 因而,在确定原料的配比后,不能随意加大催化剂的用量 一般催化剂用量不超过总物料量的0. 5%( 重量)。

2.3水分和氧对聚合反应的影响
在反应初期,催化剂与起始剂反应,产生醇和水,水分子中的 OH -向单体提供电子,参与单体的聚合反应,从而消耗了单体 降低了聚醚的平均聚合度 因而,在反应初期,应及时真空初去体系中的水分; 聚醚分子中的醚键氧原子在较高温度下会被氧氧化,进而分解,产生带有不饱和端基的醛 有机酸,降低了分子的聚合度 因而,生产中要求真空除氧或氮气置换除氧破乳剂含块状物或呈胶冻状聚醚类破乳剂的扩链与枝化改性是提高破乳剂脱水率的有效途径,但在扩链过程中容易发生质量问题 。

2.4破乳剂含块状物是油溶性破乳剂常见的质量事故,发生在该类破乳剂生产过程
中的聚醚交联环节中,这主要是由于交联剂在投加时速度过快或交联温度过高而引起的,在实际使用过程中易产生堵塞加药管线,破乳剂在原油中分散困难,不利于充分发挥破乳剂性能破乳剂呈胶冻状也发生在聚醚交联环节中,由聚醚带水交联所致,破乳剂呈胶冻状会增加现场破乳剂的投加工作量,严重时会发生加药憋泵,甚至堵塞加药管线。

2.5破乳剂复配应注意问题
聚醚型破乳剂的缺点是广谱性差,多成分的复配使用是破乳剂发展的趋势 复配的表面活性剂具有用药量少,破乳温度
低,脱水速度快,脱后净化油,污水质量好,节约能源等优点[3] 但破乳剂复配不当,容易产生破乳剂产品分层问题,现场应用时,易造成破乳剂加药浓度不易控制,从而引起原油脱水质量的波动 分层是由于破乳剂中聚醚组份与溶剂或其它与其他功能的表面活性剂相容性差引起的。
3结 论
精确计算聚合釜内的催化剂浓度,严格控制聚合反应温度,降低反应中水分和氧的影响,是减少和抑制无效反应,减
少副产物,改进产品色泽和外观,提高环氧化物聚醚质量的简便有效方法 另外,破乳剂复配过程中,应注意破乳剂之间及溶剂的相容性。