目前 ,我国的大部分油田已经进入了后期开采阶段 ,随着酸化 、压裂、堵水等多种增产措施的采用及化学驱油剂的注入 ,采出液中逐渐出现了O/W型乳状液,随着时间的推移 .这种乳状 液的比例也越来越大 .而O/W型乳状液的破乳剂的种类较少。因此 ,开发具有新型化学结构的O/W型破乳剂来解决由于新采油技术而带来的难题 .目前 已成为油田后期开发的一个重要课题[3]。
树枝状大分子化合物含有大量的活性官能团而且具有一定的相对分子质量.是一种有新型化学结构的功能化合物,且结构可以改变和调节,将树状大分子作为表面活性剂来解决由于采用新的采油技
术而带来的难题是破乳剂开发的潮流和主要研究方向。本文将采用“发散合成法” .以二乙烯三胺为核心 ,丙烯酸甲酯、甲醇为主要原料 .在不同反应条件下发生Micheal成和酰胺化缩合反应 。采用工业煤油配制O/W型乳状液 ,并用脱水率来评价该产品(PAA)的破乳性能。
1实验部分
1.1药品与仪器
二乙烯三胺 、甲醇、丙烯酸甲酯 、OP-10、SP-80、十二烷基苯磺酸钠(ABS)均为分析纯,煤油(工业品)。强力搅拌机 、高剪切混合乳化机、恒温水浴、电子天平 、石油和合成醚抗乳化性能实验器。
1. 2合成原理
1mol二乙烯三胺于5mol丙烯酸甲酯进行Micheal加成反应生成一个五元酯,即0.5G(generation)产品;1mol0.5G产品再与5mol二乙烯三胺进行酰胺化反应生成1.0G产品(PAA),同时放出5mol的甲醇;重复进行Micheal加成和酰胺化缩和反应,可以得到端基分别为-COOCH-和-NH的1.5、2.0、2.5、3.0代系列产品
1. 3合成步骤
(1)按一定比例将二乙烯三胺和甲醇加入到带有磁力搅拌子,回流冷凝管和温度计的三口烧瓶中,一定温度条件下不断搅拌,滴加丙烯酸甲酯,反应数小时。
(2)将所得0.5代PAA产品加入到三口烧瓶中,再将一定量的甲醇在一定温度条件下不断搅拌 ,滴加一定量的二乙烯三胺,反应数小时
(3)重复上述MichealJJI成和酰胺化缩合反应,则分别合成了1.0、2.0、3.0代的PAA产品。
1.4破乳性能的测试方法
采用Bottle法(瓶法),取50mL新鲜乳状液。置于100mL具塞量筒中,在一定温度下加入一定量的破乳剂水溶液 ,手摇200次(左右手各100次)。恒温静置2.0h,记录不 同时间分出水量 ,并以脱水率来衡量破乳剂的优劣。脱水率=(脱 出水体积/乳状液 中水的总体积)×100%
2结果与讨论
2.1反应条件的选择
2.1.1时 间对破 乳剂性 能 的影响
二乙烯三胺与丙烯酸甲酯的加量比为0.5.水浴温度为70℃,分别反应4h、6h、8h而制得2.0G树枝型聚合物。测定其对 自制O/W型乳状液的破乳率。常温下(25℃).破乳剂加量为200mg/L时的实验结果见表1和图1
由表l和图I可知 .反应时间对破乳剂的破乳性能影响不是很大。其他实验条件相同时,当反应时间为6h时破乳剂的脱水率相对最好,而且界面清晰而平整,脱出水清澈含油量也较少 。反应时间为4h
制得的产品虽然可 以达到较 高的脱水率 ,但是脱出水较混浊,这说明水中含油量较高,这将可能造成一定程度的原油浪费。同时过长的反应时间会导致其有效性能降低。放置时间稍长后 ,产品便凝结在容器壁上,成凝胶状,在水中溶解时以絮状物存在,破乳性能也大大降低。故应选择合成时间为6h。
2.1.2实验温度对破乳剂性能的影响
原料配比为0.5,分别在60℃、70℃、80℃的水浴温度 中,反应6h后制得2.0G树枝型聚合物。测定其对自制O/W型乳状液的破乳率。25℃下,破乳剂加量为200mg/L的实验结果见表2。
随破乳时间的延长,2.0G树枝型聚合物水溶液对O/W状液的破乳效率用脱水率表示,如图2所示。
由表2和图2可知 ,反应温度对破乳剂的破乳性能影响不是很大。其他实验条件相同时.当反应温度为70℃时破乳剂的脱水率相对最好,而且界面清晰而平整,脱出水清澈含油量少。其他实验现象与上一个因素有相似之处。放置时间稍长后,产品便凝结在容器壁上 ,在水中溶解时以絮状物存在.破乳性能也大大降低。故选择70℃为反应温度。
2.1.3原料配比对破乳剂性能的影响
实验条件 :水浴温度为70℃,分别在原料配比为2.0、1.0、0.5的条件下,反应6h后制得2.0G树枝型聚合物
由表3和图3可知 .原料加量对破乳剂的破乳性能影响不大。但 当反应温度为70℃时破乳剂的脱水率相对最好,而且界面清晰而平整,脱出水清澈含油量少.能在较长时间内保持较好的破乳性能。而按另外两种原料配比进行实验时,其产品不 如原料配 比为0.5时合成的产品破乳彻底。故应选择原料配 比为0.5。
2.1.4取代度对破乳剂性能的影响
实验条件 :水浴温度为70℃.在原料配 比为0.5的情况下反应6h后制得整代树枝型聚合物。测定其对 自制O/W型乳状液的破乳率。25℃下 ,破乳剂加量为200mg/L的实验结果见表4。
图4取代度对破乳性能的影响
从表4和图4中的数据可以看出,取代度对破乳剂的破乳性能影响相当大。产品的取代度增加 ,其破乳性能增加迅速。其他实验条件相同时,3.0G破乳剂在2h内的脱水率可达到98%.而且油水界面清晰而平整 ,脱出水清澈基本不含油。3.0G破乳剂的破乳性能最好
综合以上实验结果可以看出,当原料二乙烯三胺与丙烯酸甲酯加量 比为0.5,在70℃下恒温反应6h后制备的3.0G产品具有较高的脱水率,综合性能较好
2.2性能评价
在原料配比为0.5的条件下 .70qC的水浴温度 中反应6h后制备树枝型聚合物整代产品,对其进行全面的性能评价。
2.2.1取代度对破乳性能的影响
选取不同取代度的树枝型聚合物 ,考察在常温(25℃)下破乳剂对 自制原油乳状液的破乳性能的影响.破乳时间为120rain,加量为200mg/L时的实验结果见表5。
通过分析表5可知,随取代度增加,树枝型聚合物的破乳效率迅速增加。这可能是氨基数目的成倍增加,使聚合物分子对水的吸附能力加强,而使液珠*****减少了界面面积释放出了表面活性物质的原因。
2. 2.2破乳温度对破乳率的影响
选取3.0G产品.在破乳剂质量浓度为200mg/L条件下,考察温度对破乳性能的影响,结果如图5所示。
分析图5可知.随着温度增加,破乳剂的破乳性能提高了。在40℃时 。破乳剂 的破乳率就超过 了98%,而且界面平整脱出水相当清澈。破乳温度继续增加,破乳剂的破乳性能有所增加 ,但增幅不大。这是由于随着温度的增加 ,分子运动加剧 。但由于树枝状高分子的水溶性极好 ,非常容易达到并 吸附在油水界面上。形成界面膜的水分子更容易吸附在破乳剂分子致密的端基上,从而破坏了界面膜的稳定性 ,结果是水分子在树枝状高分子端基的*****,使乳液的稳定性被破坏。故可确定破乳温度为40℃。
2. 2. 3破乳时间对破乳率的影响
选取3.0G产品 ,在破乳剂质量浓度为200mg/L.破乳温度为25℃的条件下,考察时间对破乳性能的影响 ,实验结果见图6。
分析图6可知,随着破乳时间的增加,破乳剂性能提高了。20min时,破乳率为82.5%.表现出了较高的破乳性能。40min后脱水率达到了90%以上,最终能够使乳液几乎完全破乳,油水两相完全分离且相界面平整而清晰。综上所述 ,聚酰胺一胺树枝型聚合物对 自制O/W型原油乳液显示出了良好的破乳性能。
3结 语
(1)合成树枝型破乳剂的最佳工艺条件为:原料二乙烯三胺 与丙烯酸甲酯加量比为0.5,在70℃的水浴温度 中反应6h后制备3.0G产品。
(2)该破乳剂的破乳性能很好。在25℃、破乳剂的质量浓度为200mg/L、120min内,3.0G产品的脱水率可达到98%
(3)针对OAV自制乳状液,端基为氨基的同一核心的树枝状大分 子聚酰胺一胺 ,随着取代度的增加破乳性能提高 ,同时破乳性能与端基的数 目密切有关 ,即随着端基数 目的增加 ,破乳性能提高了。随着破乳时间的增加,破乳率增加了;破乳温度对其影响较小。
(4)该产品属于非离子型原油破乳剂,浊点高,适用范围较广
原油破乳剂成分、合成原理、配方以及用途作用
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