韓 靜

一種新型阻垢劑的合成及反應(yīng)條件的確定

韓 靜

（延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 延安 716000）

以水為溶劑，過(guò)硫酸鈉為引發(fā)劑，以馬來(lái)酸酐（MA）、丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）為單體合成了一種三元共聚物阻垢劑。研究了單體配比、引發(fā)劑用量、反應(yīng)時(shí)間、溫度對(duì)聚合物反應(yīng)及阻垢率的影響。由正交試驗(yàn)確定反應(yīng)最佳條件為：?jiǎn)误w配比（MA∶AA∶AM）=1∶0.5∶0.3，溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h，引發(fā)劑加量（占單體總質(zhì)量）為14%。

阻垢劑；阻垢率；正交設(shè)計(jì)

油田生產(chǎn)過(guò)程中，由于壓力、溫度的變化以及與不相配伍的水混合，造成了地層、井筒和管道的結(jié)垢，嚴(yán)重影響了原油的采收率[1]。特別是注水開(kāi)發(fā)油田，由于水的熱力學(xué)不穩(wěn)定性和化學(xué)不相容性，結(jié)垢問(wèn)題更為突出，采油措施費(fèi)用、管線及設(shè)備維護(hù)更新費(fèi)用大幅上升，嚴(yán)重者造成油井停產(chǎn)或報(bào)廢[2]。因此，研究制備性能優(yōu)良的阻垢劑，對(duì)油田開(kāi)發(fā)有著極其重要的意義。高聚物阻垢劑是國(guó)內(nèi)阻垢劑研究最活躍的領(lǐng)域之一[3]。聚合物阻垢劑分為丙烯酸類、馬來(lái)酸-丙烯酸類、磺酸類等[4]。聚合物阻垢劑具有許多優(yōu)點(diǎn)，如阻垢效率高、熱穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境污染小等[5]。本文采用正交設(shè)計(jì)，以馬來(lái)酸酐、丙烯酸和丙烯酰胺為單體，水為溶劑，過(guò)硫酸鈉為引發(fā)劑，合成了一種三元共聚物阻垢劑，并優(yōu)選出最佳反應(yīng)條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

馬來(lái)酸酐（AR，天津市巴斯夫化工有限公司）、丙烯酸（AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠）、丙烯酰胺（AR，天津市紅巖化學(xué)試劑廠），過(guò)硫酸鈉（AR，天津市紅巖化學(xué)試劑廠），乙二胺四乙酸二鈉（AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠），鈣指示劑；HH-4恒溫水浴鍋（余姚市東方電工儀器廠），JJ-4A多功能攪拌器（金壇市丹陽(yáng)石英玻璃廠）。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

將一定量馬來(lái)酸酐、丙烯酰胺加入連接攪拌器、滴液漏斗和冷凝管的四口燒瓶中，加入一定量蒸餾水，在恒溫水浴鍋中加熱攪拌，升溫至65℃；將丙烯酸及引發(fā)劑過(guò)硫酸鈉分別配成溶液加入兩個(gè)滴液漏斗中，在65 ℃下同時(shí)將料液均勻滴加并攪拌，控制滴加速度，滴加時(shí)間大約為1 h。加料完畢后在80 ℃下反應(yīng)3 h后出料。

1.3 阻垢率的測(cè)定

碳酸鈣靜態(tài)阻垢性能測(cè)定[6]：取一定量模擬水樣，加入一定量阻垢劑，攪拌均勻；同時(shí)做空白樣；放入烘箱內(nèi)在預(yù)定溫度下（80 ℃）恒溫4 h。冷卻后取一定量試樣和空白樣，用EDTA配合滴定法分別測(cè)定上述試樣中Ca2+含量。阻垢率η按下式計(jì)算：

式中：0—空白水樣加熱沉淀后水中剩余Ca2+含量，mg/L；

1—加阻垢劑水樣加熱沉淀后水中剩余Ca2+含量，mg/L；

2—空白水樣未加熱沉淀前Ca2+含量，mg/L。

2 反應(yīng)條件的確定

2.1 正交合成所得阻垢劑阻垢性能的對(duì)比分析

本研究以引發(fā)劑用量（占單體總質(zhì)量）、溫度、反應(yīng)時(shí)間和單體配比（MA：AA：AM）為實(shí)驗(yàn)影響因素，在三水平的基礎(chǔ)上進(jìn)行合成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)選最佳反應(yīng)條件。

2.1.1 正交設(shè)計(jì)

三元共聚物阻垢劑合成實(shí)驗(yàn)考慮的因素和水平見(jiàn)表1。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

采用9(34)表進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，9個(gè)合成條件下均得到了穩(wěn)定均一的產(chǎn)物，對(duì)他們的阻垢性能進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交合成的阻垢劑阻垢性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分析表中信息可知，極差R＞R＞R＞R，即影響三元共聚物阻垢劑阻垢率的因素順序?yàn)椋簡(jiǎn)误w配比＞溫度＞反應(yīng)時(shí)間＞引發(fā)劑用量，因素()單體配比是最主要因素。根據(jù)值可知，最佳反應(yīng)條件為：2223，即單體配比（MA∶AA∶AM）=1∶0.5∶0.3，溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h，引發(fā)劑加量（占單體總質(zhì)量）為14%。

2.2 最佳反應(yīng)條件阻垢效果

選用最佳反應(yīng)條件合成三元共聚物阻垢劑，設(shè)置平行實(shí)驗(yàn)，阻垢效果如下：

表3 最佳反應(yīng)條件合成三元共聚物阻垢效果

由表3可知，合成的三元共聚物阻垢劑阻垢效果顯著，阻垢率在95%以上。

3 結(jié) 論

（1）用計(jì)算阻垢率的方法能夠有效測(cè)出阻垢劑的阻垢能力。

（2）以馬來(lái)酸酐、丙烯酸和丙烯酰胺為單體，水為溶劑，過(guò)硫酸鈉作引發(fā)劑，合成了一種新型三元共聚物阻垢劑。根據(jù)正交試驗(yàn)確定最佳反應(yīng)條件為：?jiǎn)误w配比（MA∶AA∶AM）=1∶0.5∶0.3，溫度為80 ℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h，引發(fā)劑加量（占單體總質(zhì)量）為14%。在此條件下合成的阻垢劑阻垢率在95%以上。

（3）該合成工藝操作方便，反應(yīng)條件溫和，合成的共聚物熱穩(wěn)定性較高，可生物降解。

［1］周厚安．油氣田開(kāi)發(fā)中硫酸鹽垢的形成及防垢劑和除垢劑研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]．石油與天然氣化工，1999，28(31)：212-217．

［2］羅躍，劉清云，鄭力軍，等．馬來(lái)酸酐-丙烯酸含磷共聚物阻垢劑的合成與性能評(píng)價(jià)[J]．2008，30(1)：124-127．

［3］錢軍民，李旭祥，黃海燕．國(guó)內(nèi)聚合物阻垢劑的研究[J]．精細(xì)石油化工進(jìn)展，2001，2(1)：25-29．

［4］李凡修，辛焰，陳武．共聚物類阻垢劑的研制[J]．工業(yè)水處理，2000，20(3)：8-10．

［5］孫舉，王中華．AMPS/AA二元共聚物的合成及阻垢性能評(píng)價(jià)[J]．1998，15(3)：275-277．

［6］化工部天津化工研究院．GB/T 16632水處理劑阻垢性能的測(cè)定[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996．

Synthesis of a New Type of Scale Inhibitor and Determination of Reaction Conditions

（Yan’an Vocational and Technical College, Shaanxi Yan’an 716000, China）

Using water as solvent, sodium persulfate as initiator, maleic anhydride, acrylic acid, acrylamide as monomers, a ternary copolymer scale inhibitor was synthesized. The influence of monomer ratio,amount of initiator, reaction time and temperature on the polymerization reaction and scale inhibition rate was investigated. The best reaction condition was determined by the orthogonal test as follows: monomer ratio（MA∶AA∶AM）=1∶0.5∶0.3, reaction temperature 80℃, reaction time 3h, the mass ratio of initiator to monomers 14%.

scale inhibitor; scale inhibition rate; orthogonal experimental design

TQ 208

A

1004-0935（2017）04-0332-02

2017-02-21

韓靜（1987-），女，助教，碩士，陜西省延安市人，2013年畢業(yè)于西安石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：油田化學(xué)。