阴离子型丙烯酸酯乳液反相破乳剂合成的正交优化

涂云

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江524057)

油田开采过程中会产生大量含有原油、固体颗粒、各种盐类及采油助剂等成分的含油污水，其主要污染物有浮油、分散油、乳化油及微量的溶解油等，而且乳化油的处理难度最大[1，2]。生产中常用的应对方法是在原油采出液油水分离阶段加入反相破乳剂来加速原油采出液的破乳及污水除油速率。常规的反相破乳剂品种较多，主要有阳离子有机高分子型凝聚剂（如聚二甲基二烯丙基氯化铵，环氧氯丙烷—脂肪胺等）、非离子型有机高分子型凝聚剂（环氧乙烷—环氧丙烷系列）、阳离子—非离子型凝聚剂、无机破乳剂（如聚铝、聚铁、聚铁铝）、无机—有机复合絮凝剂等[2]。由于阳离子类反相破乳剂配伍性较差等原因，导致其在很多油田应用效果并不理想。而阴离子乳液反相破乳剂和缓蚀阻垢剂等具备良好的离子型配伍，逐渐成为国内外热门的研究方向[3～5]。本文采用正交试验法合成了丙烯酸酯乳液反相破乳剂，考察了反应时间、温度、物料物质的量比以及催化剂用量等对产品除油性能的影响，并优化得出最佳的产品合成条件。

1 实验

1.1 主要原料

单体：甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸；催化剂：过硫酸钠；乳化剂：十二烷基苯磺酸钠；均为分析纯，天津化学试剂厂生产。

1.2 丙烯酸酯乳液反相破乳剂的合成

首先向装有滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中加入一定量的单体，并加入适量的水和乳化剂，搅拌均匀，将四口烧瓶置于恒温水浴锅，升温至反应温度，氮气保护下滴加部分引发剂，引发聚合20min后制得种子乳液。将剩余引发剂逐步滴入种子乳液中，进行聚合反应，催化剂滴加完毕保温30min后降温至室温，得到丙烯酸酯乳液反相破乳剂。

1.3 产品性能评价

依据SY/T 0530—93和SY/T 5797-93以及SY/T 5329-94的标准方法对产品的反相破乳性能进行检测，本文采用渤海油田某高含水油田采出液进行反相破乳实验，并计算除油率[6]。

2 结果与讨论

2.1 聚合单体的选择

阴离子丙烯酸酯乳液反相破乳剂是在乳化剂条件下由丙烯酸酯类单体与阴离子单体完成乳液聚合制得，目前应用较多的阴离子单体主要有丙烯酸、丙烯酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠等，通过调节单体比例，可以赋予丙烯酸酯乳液不同亲水亲油值。这类乳液不仅具有传统有机高分子清水剂的吸附架桥作用，而且还可以通过分子链上亲水、疏水基团对油珠的结合能力不同从而达到去除油污的目的。

2.2 正交实验

2.2.1 确定因素水平表

根据以往积累的的大量数据和实验经验，筛选出四个影响实验结果的主要因素，分别为：A(反应时间)、B(反应温度）、C（物料物质的量比）和D（催化剂用量），每个因素分别设置3个水平的正交试验表如表1所示。

2.2.2 结果分析

丙烯酸乳液主要用作反相破乳剂，产品的除油率是衡量反相破乳剂的一项重要指标，因此选用产品的除油率来分析各因素对产品性能的影响。根据上述因素和水平，以除油率作为考察指标，列出L9(34)正交设计表2，并按此设计实验进行极差分析，结果见表3。

表1 正交实验的因素水平表

表2 L9(34)正交实验数据及处理结果

表3 正交实验计算结果（极差分析法）

由表3中的极差分析数据可知，影响产品除油率的因素大小顺序为B＞A＞D＞C；不同因素水平对结果影响强弱顺序为A2＞A3＞A1，B3＞B2＞B1，C3＞C1＞C2＞C3，D3＞D1＞D2。在正交实验结果分析基础上，确定了丙烯酸乳液反相破乳剂的最佳反应工艺条件为：反应时间8h、反应温度100℃、反应物物质的量比1∶1和催化剂用量0.6%。

3 产品性能测试

以正交试验优化的最佳合成工艺进行反相破乳剂的合成，选取3个批号样品进行实测。对正交合成的3个批号样I、II、III进行性能测试，参照本文1.3对渤海油田某高含水油田采出液进行现场瓶试实验，实验结果如表4所示。

表4 破乳剂瓶试结果

由表4可见：通过正交条件优化合成的3个批号样I、II、III，在加量50mg/L时处理渤海油田某高含水原油采出液具有良好的破乳和净水效果，破乳5min时下层污水除油率在98%以上。

4 结论

1）以十二烷基苯磺酸钠（SDBS)为乳化剂，用甲基丙烯酸甲酯（MMA)和功能单体丙烯酸，制备丙烯酸酯乳液反相破乳剂，运用正交试验法对丙烯酸乳液反相破乳剂的合成工艺进行了优化分析，确定了最佳反应工艺条件为：反应时间8h、反应温度100℃、反应物物质的量比1：1和催化剂用量0.6%。

2）根据最优工艺合成的丙烯酸乳液反相破乳剂处理原油污水，在实验5min时除油率高达98%以上，合成的产品经现场瓶试实验测试显示，在加量50mg/L时处理渤海油田某高含水原油采出液具有良好的破乳和净水效果。