多胺基多醚基亞甲基膦酸合成參數(shù)對(duì)阻垢性能的影響

張永忠,張 麗,馬松撫,劉俊廷,代 箏,黃 金,高清河

(1.黑龍江省油田應(yīng)用化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(大慶師范學(xué)院),黑龍江 大慶 163712;2.大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠,黑龍江 大慶 163113)

水處理用化學(xué)品一般被定義為油田水處理過(guò)程中為了保證注水的質(zhì)量，提高注水開(kāi)發(fā)效果所用化學(xué)品，像除油劑、緩蝕劑、浮選劑、粘土穩(wěn)定劑、絮凝劑、殺菌劑、阻垢劑、除垢劑[1-2]都是工業(yè)上常用的水處理劑。而阻垢劑作為油田化學(xué)中重要的化學(xué)品對(duì)油田工程起到至關(guān)重要的作用。做為在最新一代的水處理劑，PAPEMP[3-12]以其較好的螯合分散性和優(yōu)異的鈣容忍度以及較優(yōu)異的阻垢性能，在高硬高堿水質(zhì)、乙烯生產(chǎn)循環(huán)冷卻水處理和印染行業(yè)都有應(yīng)用。該藥劑可以作為較好的性能比較高的冷卻水系統(tǒng)阻垢劑，對(duì)于高pH、高堿度、高硬度及更多苛刻條件的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及油田水處理，PAPEMP都能很好的加以解決。對(duì)于一些鈣離子像磷酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣PAPEMP阻垢性能更加的優(yōu)良，同時(shí)對(duì)于硅垢的生成PAPEMP可以有效地加以控制，而且具有良好的穩(wěn)定金屬離子性能。本文以防垢率為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)合成參數(shù)對(duì)多胺基多醚基亞甲基膦酸阻垢性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)用儀器

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，DF-101S，常州普天儀器制造有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，RE5CS-1，上海亞榮生化儀器廠；電熱鼓風(fēng)干燥箱，101-1A，天津市泰斯特儀器有限公司；數(shù)顯水浴恒溫振蕩器，SHA-2A，常州普天儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)用藥劑

聚醚胺D-230(分析純)，天津市大茂化學(xué)試劑廠；亞磷酸(分析純)，天津市大茂化學(xué)試劑廠；甲醛(分析純)，沈陽(yáng)市華東試劑廠。

1.3 阻垢性能的測(cè)定

2 結(jié)果與討論

2.1 滴加時(shí)間對(duì)阻垢性能的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，端氨基聚醚 (D-230)0.1mol，亞磷酸0.4mol，甲醛0.5mol，鹽酸0.48mol，超純水0.8mol，回流時(shí)間3h，分別考慮不同滴加時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 滴加時(shí)間對(duì)阻垢率的影響

由圖1可知，可知不同滴加時(shí)間對(duì)阻垢率的影響。最佳滴加時(shí)間為45min，隨著滴加時(shí)間的延長(zhǎng)阻垢率增大，當(dāng)?shù)渭訒r(shí)間為45min時(shí)，阻垢率最大。當(dāng)?shù)渭訒r(shí)間超過(guò)45min時(shí)，隨著滴加時(shí)間的增加阻垢率下降。最大阻垢率為98.39%。造成這種現(xiàn)象的原因是，當(dāng)回流時(shí)間不足時(shí)，隨著回流時(shí)間的增加，產(chǎn)生阻垢基團(tuán)的數(shù)量會(huì)增加，避免了加入甲醛過(guò)快所產(chǎn)生的副產(chǎn)物數(shù)量的增加，但是當(dāng)?shù)渭訒r(shí)間超過(guò)某一個(gè)臨界值時(shí)，會(huì)造成加入的甲醛不能夠滿(mǎn)足亞磷酸對(duì)甲醛集團(tuán)的需求，從而產(chǎn)生副反應(yīng)，使阻垢性能降低。

2.2 回流時(shí)間比對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，端氨基聚醚 (D-230)0.1mol，亞磷酸0.4mol，鹽酸0.48mol，甲醛0.5mol，超純水0.8mol，滴加時(shí)間45min。分別考慮不同回流時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 回流時(shí)間對(duì)阻垢率的影響

由圖2可知最佳回流時(shí)間為3h。回流時(shí)間對(duì)阻垢性能有著明顯的影響，阻垢率與回流時(shí)間呈正比例，當(dāng)?shù)渭訒r(shí)間為3h時(shí)，阻垢率最大。當(dāng)回流時(shí)間超過(guò)3h時(shí)，隨著回流時(shí)間的增加阻垢率下降最佳回流時(shí)間3h時(shí)阻垢率為98.39%。造成這種現(xiàn)象的原因是，當(dāng)回流時(shí)間不足時(shí)使反應(yīng)不夠徹底，因而隨著回流時(shí)間的增加阻垢性能會(huì)更加優(yōu)異，當(dāng)回流時(shí)間足夠大時(shí)，阻垢性能最大，但是當(dāng)回流時(shí)間繼續(xù)增大，高溫會(huì)破壞分子原來(lái)的阻垢結(jié)構(gòu)，使阻垢性能降低。

2.3 D-230與甲醛用量比對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，端氨基聚醚 (D-230)0.1mol，亞磷酸0.4mol，鹽酸0.48mol，超純水0.8mol，滴加時(shí)間45min，回流時(shí)間3h。分別考慮不同甲醛用量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，由圖3可知不同甲醛物質(zhì)的量與D-230物質(zhì)的量比對(duì)阻垢性能的影響。

圖3 甲醛用量比對(duì)阻垢率的影響

由上圖可知最佳甲醛物質(zhì)的量與D-230物質(zhì)的量比5。隨著甲醛滴加量的增加藥品阻垢率增大，當(dāng)甲醛物質(zhì)的量與D-230物質(zhì)的量比為5時(shí)，阻垢率最大，而后隨著甲醛的加入量增加，藥品阻垢性能降低。最佳甲醛物質(zhì)的量與D-230物質(zhì)的量比為5∶1時(shí)阻垢率最高，為98.39%。造成這種現(xiàn)象的原因是當(dāng)甲醛用量較低時(shí)，反應(yīng)不夠完全，生成的阻垢劑濃度較低，隨著甲醛的加入量增多，亞磷酸能夠反應(yīng)的更加徹底，從而使阻垢性能降低，但是當(dāng)亞磷酸完全反應(yīng)后，再加入甲醛會(huì)破壞原來(lái)已經(jīng)反應(yīng)好的阻垢基團(tuán)，產(chǎn)生副產(chǎn)物，使阻垢性能降低。

2.4 最佳合成條件研究

根據(jù)以上單因素實(shí)驗(yàn)的分析，確定了最佳合成條件的大致范圍，同時(shí)為了研究合成條件對(duì)反應(yīng)的綜合影響，采用L9(34)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)研究。選定滴加時(shí)間為35min、45min、55min為甲醛滴加時(shí)間改變量；選定回流時(shí)間為2.5h、3h、3.5h為回流反應(yīng)時(shí)間改變量；選取0.4、0.45、0.5為甲醛與D-230配比該變量。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定影響該反應(yīng)的因素由大到小為：甲醛滴加時(shí)間>回流時(shí)間>甲醛與D-230比例。最佳工藝條件為：甲醛滴加時(shí)間45min，回流時(shí)間3h，甲醛與D-230比為5∶1，最佳阻垢率為98.39%。

3 結(jié)論

多胺基多醚基亞甲基膦酸合成過(guò)程中存在合適的使用量區(qū)間，形成合成產(chǎn)品阻垢率大小的因素排序?yàn)榧兹┑渭訒r(shí)間>回流時(shí)間>甲醛與D-230比例。阻垢劑最佳工藝條件為：甲醛滴加時(shí)間45min，回流時(shí)間3h，甲醛與D-230比為5∶1，20mg/L多胺基多醚基亞甲基膦酸的阻垢率為98.39%。