陰離子型丙烯酸酯乳液反相破乳劑合成的正交優化

涂云

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江524057)

油田開采過程中會產生大量含有原油、固體顆粒、各種鹽類及采油助劑等成分的含油污水，其主要污染物有浮油、分散油、乳化油及微量的溶解油等，而且乳化油的處理難度最大[1，2]。生產中常用的應對方法是在原油采出液油水分離階段加入反相破乳劑來加速原油采出液的破乳及污水除油速率。常規的反相破乳劑品種較多，主要有陽離子有機高分子型凝聚劑（如聚二甲基二烯丙基氯化銨，環氧氯丙烷—脂肪胺等）、非離子型有機高分子型凝聚劑（環氧乙烷—環氧丙烷系列）、陽離子—非離子型凝聚劑、無機破乳劑（如聚鋁、聚鐵、聚鐵鋁）、無機—有機復合絮凝劑等[2]。由于陽離子類反相破乳劑配伍性較差等原因，導致其在很多油田應用效果并不理想。而陰離子乳液反相破乳劑和緩蝕阻垢劑等具備良好的離子型配伍，逐漸成為國內外熱門的研究方向[3～5]。本文采用正交試驗法合成了丙烯酸酯乳液反相破乳劑，考察了反應時間、溫度、物料物質的量比以及催化劑用量等對產品除油性能的影響，并優化得出最佳的產品合成條件。

1 實驗

1.1 主要原料

單體：甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸；催化劑：過硫酸鈉；乳化劑：十二烷基苯磺酸鈉；均為分析純，天津化學試劑廠生產。

1.2 丙烯酸酯乳液反相破乳劑的合成

首先向裝有滴液漏斗和溫度計的四口燒瓶中加入一定量的單體，并加入適量的水和乳化劑，攪拌均勻，將四口燒瓶置于恒溫水浴鍋，升溫至反應溫度，氮氣保護下滴加部分引發劑，引發聚合20min后制得種子乳液。將剩余引發劑逐步滴入種子乳液中，進行聚合反應，催化劑滴加完畢保溫30min后降溫至室溫，得到丙烯酸酯乳液反相破乳劑。

1.3 產品性能評價

依據SY/T 0530—93和SY/T 5797-93以及SY/T 5329-94的標準方法對產品的反相破乳性能進行檢測，本文采用渤海油田某高含水油田采出液進行反相破乳實驗，并計算除油率[6]。

2 結果與討論

2.1 聚合單體的選擇

陰離子丙烯酸酯乳液反相破乳劑是在乳化劑條件下由丙烯酸酯類單體與陰離子單體完成乳液聚合制得，目前應用較多的陰離子單體主要有丙烯酸、丙烯酸鈉、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉等，通過調節單體比例，可以賦予丙烯酸酯乳液不同親水親油值。這類乳液不僅具有傳統有機高分子清水劑的吸附架橋作用，而且還可以通過分子鏈上親水、疏水基團對油珠的結合能力不同從而達到去除油污的目的。

2.2 正交實驗

2.2.1 確定因素水平表

根據以往積累的的大量數據和實驗經驗，篩選出四個影響實驗結果的主要因素，分別為：A(反應時間)、B(反應溫度）、C（物料物質的量比）和D（催化劑用量），每個因素分別設置3個水平的正交試驗表如表1所示。

2.2.2 結果分析

丙烯酸乳液主要用作反相破乳劑，產品的除油率是衡量反相破乳劑的一項重要指標，因此選用產品的除油率來分析各因素對產品性能的影響。根據上述因素和水平，以除油率作為考察指標，列出L9(34)正交設計表2，并按此設計實驗進行極差分析，結果見表3。

表1 正交實驗的因素水平表

表2 L9(34)正交實驗數據及處理結果

表3 正交實驗計算結果（極差分析法）

由表3中的極差分析數據可知，影響產品除油率的因素大小順序為B＞A＞D＞C；不同因素水平對結果影響強弱順序為A2＞A3＞A1，B3＞B2＞B1，C3＞C1＞C2＞C3，D3＞D1＞D2。在正交實驗結果分析基礎上，確定了丙烯酸乳液反相破乳劑的最佳反應工藝條件為：反應時間8h、反應溫度100℃、反應物物質的量比1∶1和催化劑用量0.6%。

3 產品性能測試

以正交試驗優化的最佳合成工藝進行反相破乳劑的合成，選取3個批號樣品進行實測。對正交合成的3個批號樣I、II、III進行性能測試，參照本文1.3對渤海油田某高含水油田采出液進行現場瓶試實驗，實驗結果如表4所示。

表4 破乳劑瓶試結果

由表4可見：通過正交條件優化合成的3個批號樣I、II、III，在加量50mg/L時處理渤海油田某高含水原油采出液具有良好的破乳和凈水效果，破乳5min時下層污水除油率在98%以上。

4 結論

1）以十二烷基苯磺酸鈉（SDBS)為乳化劑，用甲基丙烯酸甲酯（MMA)和功能單體丙烯酸，制備丙烯酸酯乳液反相破乳劑，運用正交試驗法對丙烯酸乳液反相破乳劑的合成工藝進行了優化分析，確定了最佳反應工藝條件為：反應時間8h、反應溫度100℃、反應物物質的量比1：1和催化劑用量0.6%。

2）根據最優工藝合成的丙烯酸乳液反相破乳劑處理原油污水，在實驗5min時除油率高達98%以上，合成的產品經現場瓶試實驗測試顯示，在加量50mg/L時處理渤海油田某高含水原油采出液具有良好的破乳和凈水效果。