新型防垢劑膦基聚丙烯酸的研制

付文耀，段驍宸，李媛（中石油長慶油田分公司第一采油技術(shù)服務(wù)處，陜西 西安710200）

李繼彪，劉克勝 （中石油長慶油田分公司第一采油技術(shù)服務(wù)處，陜西 西安710200）

冷卻水在使用時(shí)不斷循環(huán)和濃縮，水中的礦物質(zhì)含量隨之不斷增加，從而引起設(shè)備管道結(jié)垢、腐蝕，這不但影響傳熱效率，還會(huì)產(chǎn)生垢下腐蝕［1－3］。目前，在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理過程中，大多采用投加化學(xué)藥劑的方法控制污垢的形成，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較差。為此，筆者以丙烯酸為基本單體，以過氧化物和次磷酸鈉（亦可視為反應(yīng)單體）做引發(fā)劑，以磷酸為催化劑，合成一種新型防垢劑膦基聚丙烯酸并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以便為油田管道除垢提供幫助。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

1）主要儀器 有機(jī)合成裝置、旋蓋式塑料過濾器、分析天平等。

2）主要試劑 丙烯酸、次磷酸鈉、過氧化氫、氯化鈣、乙二胺四乙酸二鈉等，以上試劑均為分析純。

1.2 防垢劑的合成

取一定量的亞磷酸（或次磷酸鈉）、丙烯酸和磷酸于反應(yīng)瓶中，催化劑加量為單體的1%，以去離子水作為溶劑，混合物在一定溫度下加熱回流一段時(shí)間后，向其中滴加一定量雙氧水（滴加時(shí)間控制在1.5h以內(nèi)），繼續(xù)加熱回流2h后將混合物冷卻到室溫，最終得到目標(biāo)產(chǎn)物膦基聚丙烯酸。

1.3 防垢速率測(cè)試

采用靜態(tài)阻垢法來評(píng)定膦基聚丙烯酸的阻垢性能，具體而言，即利用碳酸鈣沉積法進(jìn)行阻垢性能測(cè)定［4－5］。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 合成條件的優(yōu)化

按照聚合物防垢劑的合成方法，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化反應(yīng)條件（見表1）。由表1可知，試驗(yàn)最優(yōu)水平組合為次磷酸鈉／丙烯酸質(zhì)量比為0.15∶1，催化劑含量為1.0%，引發(fā)劑雙氧水加量為15%，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)溫度為90℃。

表1 正交試驗(yàn)表

2.2 防垢劑加量對(duì)防垢率的影響

在試驗(yàn)溫度為40℃、其他反應(yīng)條件不變時(shí)，測(cè)定膦基聚丙烯酸不同質(zhì)量濃度時(shí)的碳酸鈣防垢率（見圖1）。由圖1可知，隨著防垢劑加量的增加，防垢率逐漸增大，但其增大趨勢(shì)逐漸減緩，當(dāng)防垢劑加量在60mg／L后防垢率基本不隨著防垢劑加量的增加而增大，因而將防垢劑的加量控制在60mg／L較為適宜。

2.3 溫度對(duì)碳酸鈣防垢率影響

在防垢劑加量為60mg／L、其他反應(yīng)條件不變時(shí)，測(cè)定不同溫度條件下膦基聚丙烯酸對(duì)碳酸鈣防垢率（見圖2）。由圖2可知，膦基聚丙烯酸的碳酸鈣防垢率隨著溫度的升高而降低，且防垢率都在88%以上，說明膦基聚丙烯酸有較好的耐溫性。

圖1 不同防垢劑加量對(duì)膦基聚丙烯酸防垢效果影響曲線圖

圖2 不同溫度對(duì)膦基聚丙烯酸防垢效果影響曲線圖

2.4 防垢劑的復(fù)配

將按最佳合成條件合成的膦基聚丙烯酸分別與殺菌劑SJ66和SJ99進(jìn)行復(fù)配，測(cè)試單獨(dú)的防垢劑和復(fù)配后的防垢劑（藥劑加量均為50mg／L）在合水油田莊一聯(lián)、莊二聯(lián)等11種現(xiàn)場(chǎng)水樣的防垢效果（見圖3）。由圖3可知，膦基聚丙烯酸與殺菌劑SJ66和SJ99進(jìn)行復(fù)配后，都具有協(xié)同增效的作用，且合成產(chǎn)品與SJ66復(fù)配后的增效最顯著。

3 結(jié)論

1）新型防垢劑膦基聚丙烯酸的最佳合成條件如下：次磷酸鈉／丙烯酸質(zhì)量比為0.15∶1，催化劑含量為1.0%，引發(fā)劑雙氧水加量為15%，反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)溫度為90℃。

2）隨著膦基聚丙烯酸加量的增加，防垢率逐漸增大，但是其增大的趨勢(shì)逐漸減緩，當(dāng)膦基聚丙烯酸加量在60mg／L后防垢率基本不再變化，因而其加量以60mg／L較為適宜。

3）膦基聚丙烯酸的碳酸鈣防垢率隨著溫度的升高而降低，且防垢率都在88%以上，說明膦基聚丙烯酸具有較好的耐溫性。

4）膦基聚丙烯酸與殺菌劑SJ66和SJ99進(jìn)行復(fù)配后都具有協(xié)同增效的作用，且膦基聚丙烯酸與SJ66復(fù)配后的增效最顯著。

圖3 膦基聚丙烯酸及其與SJ66和SJ99復(fù)配后的防垢效果比較圖

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