四元共聚物硫酸钙防垢剂(CSI)的合成和性能评价-学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

第29卷第4期
精细石油化
2012年7月
SPECIALITY PETROCHEMICALS
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四元共聚物硫酸钙防垢剂(CSI)的
合成和性能评价
李建波,李永会1,钟小芳,任卉2
(1.西南石油大学,四川成都610500;2.中国石油四川石化南充炼油厂,四川南充63700)
摘要:采用马来酸酐(MA)为主要单体合成一种四元共聚物硫酸钙防垢剂(CSI)。以单因素实验方法研究了
合成的单体配比、引发剂用量、单体浓度、反应温度、反应时间对硫酸钙防垢率的影响,再用正交实验对实验条
件进行优化,最终确定最优的聚合物单体配比为1:0.5:0.5:0.5,引发剂用量为1.4%(与总单体量量
比),单体质量分数为15%,反应温度为90℃,反应时间为4h。70℃时,当防垢剂的加入量为3mg/L时,防
垢率为99.09%
关键词:硫酸钙垢合成四元共聚物防垢剂评价
中图分类号:TE357文献标识码:A
在油田开发过程中,采油井、注水井井筒结垢1实验部分
现象日益严重。比较经济的办法是通过添加化学1.1主要试剂与仪器
防垢剂来抑制硫酸钙垢的析出。聚合物防垢剂具
丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)、马来酐
有优良的防垢性能、良好的溶限效应和热稳定性(MA)、过硫酸铵、无水氯化钙、硫酸钠、氢氧化
能、对环境污染小、用量少和协同效应等优点。钠、乙二胺四乙酸二钠等均为分析纯,成都科龙试
在共聚物阻垢剂中羧酸基是螯合钙离子的主要活剂厂;烯丙基磺酸钠(SMAS),自制。
性基团,能有效抑制硫酸钙的析出,磺酸基团为水
PHIS-25型pH计,苏州江东精密仪器有限公
溶性基团,可以有效地防治钙凝胶的形成,稳定金司;DK-98-1型电子恒温水浴锅,天津泰斯特有限
属离子;酰胺基能有效地分散颗粒物2,如含瞵酰责任公司
基的四元共聚物MA-AA-AM- SMASS:,MA-1.2实验方法
AA-AMPS-SSS对阻硫酸钙沉淀有较好的效
在装有回流冷凝器、温度计及搅拌器的三口
果。所以本文采用水作溶剂,过硫酸铵为引发剂烧瓶中,加入一定量的AA、MA、SMAS、AM和
合成了马来酐-丙烯酸-丙烯酰胺-烯丙烯磺酸钠四H2O。搅拌升温至一定温度后加入一定量的引发
元共聚物,用单因素法对合成的条件进行了初步剂,恒温反应一定时间后,得到淡黄色到棕黄色的
筛选,采用正交实验对实验条件进行了优化,对硫具有一定黏度的四元共聚物溶液一一硫酸钙防垢
酸钙防垢剂的防垢性能进行了评价
剂(CSI)。
m H2C-CHCOOH +n
+xCH2- CHCONF2+かCH2-CHCI2CH2SO3Na过範酸铵
ECH2-CH3-ECH-CH-ECH: CH3 [ CH2-CHJA
COOHI
CONH
CH2CH2 SO% Na
收稿日期:2012-04-01;修改稿收到日期:2012-07-10。
作者简介:李建波(1963-),剧教授,硕士生导师,主要从事有机合成、高分子合成及油田化学品的开发及现场应用研究,已发表论文
53篇。E-nail:jb0418@163.cotm。
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精细石油化工
2012年7月
1.3性能测试
单体浓度对防垢剂性能的影响
按照SY/T5673-93《中华人民共和国石油
由自由基聚合反应原理可知,聚合物的相对
天然气行业标准》?,配制一定浓度的A溶液分子质量与单体浓度成正比,聚合物分子相对分
(CaCl2溶液)、B溶液(Na2SO),溶液)、C溶液子质量对防垢剂性能有较大影响。实验固定单体
(CSI溶液),进行防垢剂性能的评价,溶液中的钙配比1:0.5:0.5:0.5、引发剂用量1%、反应
离子浓度测定采用GB7476。
温度80C、和反应时间4h,考察单体质量分数对
Ca2~浓度计算公式:
防垢性能的影响,结果见图2。
Cc+=CUA/uo
式中:c-EDTA溶液浓度,mol/L;一消耗在
EDTA溶液的体积,mL;一试样的体积,ml;
8O0
A-Ca2+的相对原子质量
や70
防垢率E的计算公式如下:
E
100%
式中:m-A溶液中测得的钙离子浓度之半;
m21未加防垢剂混合溶液中钙离子浓度;m2ー加
w(总单体,%
防垢剂混合溶液中钙离子浓度
图2单体质量分数对防垢剂性能的影响
结果与讨论
由图2可知,随着单体质量分数的增加,防垢
2.1单体配比对防垢剂性能的影响
剂的防垢率开始上升,当单体质量分数达到25%
防垢剂分子结构中官能团的多少和不同对防时,加入3mgL防垢剂,防垢率为88.53%。单
垢性能有很大的影响,这是由于结构中的不同官体质量分数大于25%,防圻剂的防垢率开始下
能闭所带电荷不同,分子间的作用力使这些高分降。因为随着单体质量分数的增加,聚合物的黏
子在水溶液中具有不同的伸展形态,对不同的微度开始增加,相对分子质量开始上升。当单体质
粒具有不同的吸附性能,因此对防垢剂的防垢性量过大时,聚合物黏度开始急剧增加,相对分子质
能有很大的影响。实验中固定单体质量分数量太大,不利于防垢,防垢剂的防垢率有所下降
25%,引发剂用量1%,反应温度80℃,反应时间2.3引发剂用量对防垢剂性能的影响
4h,考察单体配比对防垢性能的影响,结果见图
由引发剂的微观动力学研究表明,引发剂的
用量与聚合物相对分子质量成反比。实验固定单
1:0.5:0.95:0.05
体配比1:0.5:0.5:0.5、单体质量分数25%、
2"1:1.5:985:0.15
9031:0.5:0.75:0.25
反应温度80℃和反应时间4h,考察引发剂用量
41:05:0.65:0.35
对防垢性能的影响,结果见图3
51:0.5:0.5.5:0.4.5
61:05:05:0.5
71:05:0.45:0.55
75
65
单体配比
图1单体配比对防垢剂性能的影响
由图1可知,当单体配比为1:0.5:0.5:
50
0.5时,防垢剂中羧酸基团、磺酸基团、酰胺基团有
1.4
引发剂用量,%
较好的协同作用,对Ca2有较好的络合作用。当
图3引发剂浓度对防垢剂性能的影响
防垢剂的加量为3mg/L,防垢剂的防垢率可达到
由图3可知,随着引发剂的增加,防垢剂的防
87.91%。
垢率也在增加,当引发剂用量为单体总质量的