低温下水合物促进剂SDS 及SDBS溶液表面张力研究

王 静，李建敏，邰春磊，郑 璇，郭天宇

（1.长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100；2.常州大学石油工程学院、江苏省油气储运技术重点实验室，江苏常州 213016；3.中原油田物探研究院，河南濮阳 457000）

阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）可显著降低气液界面张力，减小气液相间传质助力，增大气液接触面积及气体在液相中的溶解度，故可加快气体水合物生成速率。气体水合物的生成包括气体溶解、水合物成核、水合物生长三个阶段。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

十二烷基硫酸钠：中国医药（集团）上海化学试剂公司；十二烷基苯磺酸钠：实验室自制。

实验仪器：K11 全自动表面张力仪；HAKKE 恒温水浴系统；FA2004B 型电子天平。

1.2 实验步骤

（1）用精度为0.1 mg 的FA2004B 型电子天平称取适量的表面活性剂SDS 及SDBS。

（2）配制浓度分别为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L 的SDS和SDBS 溶液。

（3）在测量表面活性剂溶液表面张力之前，测得20 ℃的纯水表面张力为72.0 mN/m，与标准值相同，说明由该实验仪器所得数据具有较高的可信度。

（4）通过设置HAKKE 恒温水浴系统将放置于K11全自动表面张力仪平台上的SDS 和SDBS 溶液温度调节至实验设定的温度，该实验中温度取2、4、6、8、10 ℃，并在实验过程中维持该温度。

（5）利用Wilhelmy 板法依次测量不同浓度的SDS和SDBS 溶液在一定温度下的表面张力，待所有浓度溶液表面张力测完后，继续测量其在另一温度下的表面张力，并记录数据。

2 实验结果分析

2.1 十二烷基硫酸钠溶液表面张力

2.1.1 不同温度下十二烷基硫酸钠溶液表面张力与浓度的关系 实验研究了在温度为2、4、6、8、10 ℃条件下，SDS 溶液的表面张力与浓度的关系（见图1）。

图1 不同温度下SDS 溶液表面张力与浓度的关系

由图1 可知，当浓度在0.1～0.5 g/L 时，随着SDS 溶液浓度的升高，其表面张力逐渐减小；当浓度在0.5～0.9 g/L 时，随着SDS 溶液浓度的升高，其表面张力逐渐增大。当SDS 溶液浓度为500 mg/L 时，其表面张力取得最小值。

2.1.2 不同浓度下十二烷基硫酸钠溶液表面张力与温度的关系 实验研究了在浓度为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L 条件下，SDS 溶液表面张力与温度的关系（见图2）。

图2 不同浓度下SDS 溶液表面张力与温度的关系

由图2 可知，在2～6 ℃的温度区间内，SDS 溶液表面张力减小速度较快，在6～10 ℃的温度区间内，SDS溶液表面张力减小缓慢。而在各温度点，500 mg/L 的SDS 溶液表面张力始终低于其它浓度SDS 溶液的表面张力。

2.2 十二烷基苯磺酸钠溶液表面张力

图3 不同温度下SDBS 溶液表面张力与浓度的关系

2.2.1 不同温度下十二烷基苯磺酸钠溶液表面张力与浓度的关系 实验研究了在温度为2、4、6、8、10 ℃条件下，SDBS 溶液的表面张力与浓度的关系（见图3）。由图3 可知，当浓度在0.1～0.7 g/L 时，随着SDBS溶液浓度的升高，其表面张力逐渐减小；当浓度在0.7～0.9 g/L 时，随着SDBS 溶液浓度的升高，其表面张力逐渐增大。当SDBS 溶液浓度为0.7 g/L 时，其表面张力取得最小值。

2.2.2 不同浓度下十二烷基苯磺酸钠溶液表面张力与温度的关系 实验研究了在浓度为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9 g/L 条件下，SDBS 溶液表面张力与温度的关系（见图4）。由图4 可知，对于0.5 g/L 的SDBS 溶液在2～4 ℃区间内，随着温度的升高，SDBS 溶液表面张力减小，在4～8 ℃区间内，随着温度的升高，SDBS 溶液表面张力增大，在8～10 ℃区间内，随着温度的升高，SDBS 溶液表面张力减小；对于0.9 g/L 的SDBS 溶液在2～4 ℃区间内，随着温度的升高，SDBS 溶液表面张力减小，在4～6 ℃区间内，随着温度的升高，SDBS 溶液表面张力增大，在6～10 ℃区间内，随着温度的升高，SDBS 溶液表面张力减小。在温度相同的条件下，浓度为0.7 g/L的SDBS 溶液表面张力始终低于其他浓度SDBS 的表面张力。

图4 不同浓度下SDBS 溶液表面张力与温度的关系

3 结论

（1）表面活性剂SDS 和SDBS 均能显著降低气液界面的表面张力，提高水合物成核速率，缩短诱导时间。

（2）在2～10 ℃的温度区间内，SDS 和SDBS 溶液表面张力均随浓度的升高先减小后增大，且在低浓度下，溶液浓度变化对其表面张力影响更大。

（3）在0.1～0.9 g/L 的浓度范围内，SDS 和SDBS 溶液表面张力均随温度的升高而逐渐减小，而SDBS 溶液表面张力减小幅度更小。

（4）在高浓度下，SDS 及SDBS 溶液表面张力随浓度的升高而增大，并且有研究表明气体水合物反应体系中气液界面处快速生成的水合物膜会阻碍气液界面间的传质。所以，浓度过高的表面活性剂SDS 和SDBS并不利于气体水合物的快速生成。

（5）在2～10 ℃温度区间内，SDS 及SDBS 溶液促进水合物生成的最佳浓度分别为500 mg/L 和700 mg/L，此时其表面张力取得最小值。

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