CN104829500A - 一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工技术领域，涉及一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，本发明首先将脂肪酸与碱反应，然后再加入磺酸盐在混合溶剂中形成均相体系进行反应，避免了使用相转移催化剂，节约了成本，低毒，环保，而且整个反应过程后处理简单，具有可应用化前景。

Description

一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，涉及一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法。

背景技术

磺酸盐表面活性剂是一类阴离子表面活性剂，其原料来源广泛，可取自动物、植物及矿物石油。磺酸盐表面活性剂分子中亲水基、亲油基依据所用原料不同而可调，因此可对其分子进行专门设计，以满足多种应用领域的特殊要求。近年来，随着经济需求和石油工业的发展，研究开发原料易得、活性高的脂肪酸磺酸盐表面活性剂具有重要意义。目前，大多数的脂肪酸磺酸盐表面活性剂的合成首先是将3-氯-2-羟基丙磺酸钠与磷酸钠闭环反应生成2,3-环氧丙磺酸钠，然后再与脂肪酸在催化剂存在的条件下反应生成脂肪酸磺酸盐表面活性剂，该方法中有副产物磷酸氢钠和氯化钠生成，对后续反应产生影响，并且反应需要催化剂，增加反应成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，本发明合成工艺简单，原料来源广泛，合成过程中没有副产物产生，属于环保型，具有可应用化前景。

本发明所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)将脂肪酸与碱加入水中，60-90℃搅拌反应3-6h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的脂肪酸盐和磺酸盐加入溶剂中，40-80℃搅拌反应3-8h，反应结束后，除去溶剂，烘干，得白色粉末状产物。

首先，脂肪酸与碱在水中进行反应，为了保证脂肪酸能够反应完全，脂肪酸与碱的摩尔比为1:1-5。采用的碱为氢氧化钠或碳酸钠或碳酸氢钠，可以保证反应完成后除了中间产物脂肪酸盐以外，不会有其他的副产物残留在反应体系中。生成的中间产物脂肪酸盐不溶于水，其他杂质包括过量的碱均溶于水中，因此可以通过抽滤将中间产物脂肪酸盐从反应体系中分离出来直接用于下一步的反应。步骤(1)中所述的脂肪酸为肉豆蔻酸或棕榈酸或硬脂酸或其混合物。之所以选择上述的脂肪酸，主要是由于上述的脂肪酸是以天然动植物油衍生出的脂肪酸，来源广泛，价格低廉，对人体和环境安全、绿色环保、易生物降解，适合用于采油中的添加剂。另外它还是一种性能比较优越的表面活性物质，因其一端具有极性分子(如脂肪酸的羧基)，在原油表面一层表面活性物质的极性端朝向水，被垂直地吸附在原油表面上作为定向排列，非极性端则朝外。第二层分子则相反，于是在水和油的界面形成吸附层并富集，使界面张力降低，减少收缩形成稳定的乳状液，起到乳化的作用，不会对原油基本性能造成影响，是较理想的驱油乳化剂。

将上述所得的脂肪酸盐和磺酸盐加入溶剂中，40-80℃搅拌反应3-8h。由于脂肪酸盐不溶于水，磺酸盐溶于水，为了保证整个反应体系为均相反应，本发明步骤(2)中所述的溶剂为有机溶剂与水的混合溶剂，所述的有机溶剂采用可以与水互溶的醇类溶剂，例如甲醇或乙醇或正丁醇或异丁醇或其混合物，从而保证了整个反应为均相反应，增加了脂肪酸盐和磺酸盐的接触几率，避免了使用相转移催化剂，节约了成本，另外，采用的有机溶剂为醇类溶剂，低毒，环保。经过发明人多次试验摸索发现当有机溶剂与水的体积比为1:1时，反应效果最好。

为了使得脂肪酸盐能够完全反应，步骤(2)中脂肪酸盐和磺酸盐的摩尔比为1:1-4，优选1:1-2。发明人经过多次试验摸索发现所述的磺酸盐为3-氯-2-羟基丙磺酸钠时取得的效果最好。

本发明所述的反应方程式为：

脂肪酸盐和3-氯-2-羟基丙磺酸钠反应完成后，除去溶剂，烘干，得白色粉末状产物。本发明步骤(2)除去溶剂的方式可以采用抽滤的方式也可以采用减压蒸馏的方式去除。由于反应中除了目标产物磺酸盐表面活性剂外，还会有一定的氯化钠生成，采用抽滤的方式，可以使得氯化钠以及多余的3-氯-2-羟基丙磺酸钠随着溶剂的去除而除去；若采用减压蒸馏方式，仅仅除去的是有机溶剂和水，最终的产物中还会有少量的氯化钠以及3-氯-2-羟基丙磺酸钠残留，但发明人意外发现，氯化钠的存在不仅对磺酸盐表面活性剂的使用效果没有影响，而且还能降低表面张力，提高驱油的效果，3-氯-2-羟基丙磺酸钠对最终产品的性能没有任何不良影响。

本发明合成磺酸盐表面活性剂，具有亲水基和亲油基的两亲表面活性剂，并且亲油基的分子结构与被乳化物的亲油基分子结构相似，加入模拟原油后能降低界面张力，在界面上发生吸附，形成具有一定强度的界面膜，起保护作用，在相互碰撞时液珠不易聚结。随着表面活性剂浓度的增加，其界面膜逐渐增强，增加到一定程度后，液珠聚结时会受到较大的阻力，故乳状液的稳定性较好。将本发明制得的磺酸盐表面活性剂作为添加剂直接加入到原油中时，其添加量为300-1000μg/g。

综上所述，本发明所述的制备方法工艺简单，原料来源广泛，合成过程中没有副产物，绿色环保，而且不需要催化剂即可进行反应，降低了反应成本，具有可应用化前景。

附图说明

图1为实施例1所述的磺酸盐表面活性剂的红外谱图；

图2为实施例2所述的磺酸盐表面活性剂的红外谱图；

图3为实施例3所述的磺酸盐表面活性剂的红外谱图。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，可以使本领域技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)将22.8g肉豆蔻酸与4.0g氢氧化钠加入水中，60℃搅拌反应6h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的12.5g脂肪酸盐和9.83g3-氯-2-羟基丙磺酸钠加入溶剂中，80℃搅拌反应3h，反应结束后，抽滤除去溶剂，烘干，得17.4g白色粉末状产物，总收率90％；所述的溶剂为甲醇与水的混合溶剂，醇与水的体积比为1:1。

实施例2

一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)将25.6g棕榈酸与21.2g碳酸钠加入水中，90℃搅拌反应3h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的13.9g脂肪酸盐和9.83g3-氯-2-羟基丙磺酸钠加入溶剂中，40℃搅拌反应8h，反应结束后，抽滤除去溶剂，烘干，得18.5g白色粉末状产物，总收率89％；所述的溶剂为乙醇与水的混合溶剂，醇与水的体积比为1:1。

实施例3

一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)将28.4g硬脂酸与25.2g碳酸氢钠加入水中，75℃搅拌反应5.5h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的15.3g脂肪酸盐和29.4g3-氯-2-羟基丙磺酸钠加入溶剂中，60℃搅拌反应5.5h，反应结束后，抽滤除去溶剂，烘干，得19.3g白色粉末状产物，总收率87％；所述的溶剂为正丁醇与水的混合溶剂，醇与水的体积比为1:1。

实施例4

一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)将28.4g硬脂酸与33.6g碳酸氢钠加入水中，65℃搅拌反应4.5h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的15.3g脂肪酸盐和39.3g3-氯-2-羟基丙磺酸钠加入溶剂中，50℃搅拌反应6h，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂，烘干，得50.6g白色粉末状产物；所述的溶剂为异丁醇与水的混合溶剂，醇与水的体积比为1:1。

实施例5

一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)将25.6g棕榈酸与53.0g碳酸钠加入水中，85℃搅拌反应3.5h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的13.9g脂肪酸盐和24.5g3-氯-2-羟基丙磺酸钠加入溶剂中，70℃搅拌反应4h，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂，烘干，得36.2g白色粉末状产物；所述的溶剂为乙醇与水的混合溶剂，醇与水的体积比为1:1。

实施例6

一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其具体步骤为：

(1)将22.8g肉豆蔻酸与12.0g氢氧化钠加入水中，80℃搅拌反应5h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的12.5g脂肪酸盐和34.4g3-氯-2-羟基丙磺酸钠加入溶剂中，75℃搅拌反应5.5h，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂，烘干，得40.9g白色粉末状产物；所述的溶剂为甲醇与水的混合溶剂，醇与水的体积比为1:1。

试验例：

将实施例1-6中所制备的磺酸盐表面活性剂分别以500μg/g加入到模拟油(原油与煤油配制)中进行乳化实验，试验条件为：45℃(油藏温度)条件下恒温观察析水量，每天记录析水量。在25℃下，配制不同浓度的水溶液，采用XZD-5型旋滴界面张力仪测定每种表面活性剂溶液的表面张力，测试结果见表1所示。

表1-磺酸盐表面活性剂性能测试结果

由表1可以看出，本发明得到的磺酸盐表面活性剂能大幅度降低模拟油的表面张力，并且该表面活性剂的水溶液与模拟油形成的微乳状液大部分存在于水相中，为winsorⅠo/w型微乳液，与剩余油相呈平衡的体系，故乳状液的稳定效果较好。而且，采用减压蒸馏的后处理方式获得的最终的产物中由于有少量的氯化钠残留，表现出了更好的使用效果。

Claims (10)

1.一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：其具体步骤为：

(1)将脂肪酸与碱加入水中，60-90℃搅拌反应3-6h，反应结束后，抽滤，干燥，得白色粉末状中间产物脂肪酸盐；

(2)将上述所得的脂肪酸盐和磺酸盐加入溶剂中，40-80℃搅拌反应3-8h，反应结束后，除去溶剂，烘干，得白色粉末状产物。

2.根据权利要求1所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的碱为氢氧化钠或碳酸钠或碳酸氢钠。

3.根据权利要求1所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中脂肪酸与碱的摩尔比为1:1-5。

4.根据权利要求1所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的脂肪酸为肉豆蔻酸或棕榈酸或硬脂酸或其混合物。

5.根据权利要求1所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的溶剂为有机溶剂与水的混合溶剂。

6.根据权利要求5所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂与水的体积比为1:1。

7.根据权利要求5所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为甲醇或乙醇或正丁醇或异丁醇或其混合物。

8.根据权利要求1所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中脂肪酸盐和磺酸盐的摩尔比为1:1-4。

9.根据权利要求1所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的磺酸盐为3-氯-2-羟基丙磺酸钠。

10.根据权利要求1所述的一种脂肪酸磺酸盐表面活性剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中采用减压蒸馏或者抽滤的方式除去溶剂。