CN116199825B - 一种用于油田污水的阻垢剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于油田污水的阻垢剂及其制备方法。所述制备方法如下：用氮气吹扫反应器及管路，反应器中加入1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑对甲苯磺酸盐、(S)‑2‑氨基‑2‑甲基‑4‑戊烯酸、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸、去离子水，搅拌均匀，调节pH；将反应器中的大部分混合溶液转移到第一高位槽中；在第二高位槽中加入引发剂，将部分引发剂投加到反应器中，同时反应器维持反应后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，滴加完毕后，升温搅拌，得到产品阻垢剂。本发明的阻垢剂成本低廉、制备方法简单，适合推广应用，且具有阻垢、缓蚀效果好的优点。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于油田污水的阻垢剂及其制备方法。
背景技术
油田开采进入中后期，为了保持或提高油层压力，获得较高的采收率，必须对油田进行注水，进行二次采油，注水的水源绝大部分来自油井的采出水，然而采出水成分复杂容易导致管路结垢，结垢会减小管线截面积，降低设备的处理能力，造成管道腐蚀和设备寿命缩短等问题，给整个开采过程带来巨大的困难，最终会导致经济性降低、影响安全生产。因此需要对回注水加入相应的药剂防止结垢，阻垢剂的特点和效果就显得非常重要。
CN105254039A公开了一种油田用固体缓蚀杀菌阻垢剂及其制备方法，该阻垢剂以紫锥花提取物、紫苏葶、阿散酸、青蒿醇、酒石酸、2-羟基二十四烷酸、山梨糖醇、羟基硬脂精、丙烯酰二甲基牛磺酸钠、磺基琥珀酸酯、脱氢枞酸、乙醇和水为原料，经过一系列的步骤制得，具有药剂有效保护周期长，药剂浪费少，缓蚀阻垢效果好的优点。但是原材料过于复杂，生产成本较高，难以大规模推广使用。
CN105949356B公开了一种聚合烯基次磷酸盐的制备方法，包括共轭二烯烃在催化剂条件下发生加聚反应，生成聚二烯烃；将所得聚二烯烃与次磷酸盐反应，在引发剂的作用下，生成含双键聚合烯基次磷酸盐。进而通过将所得聚合烯基次磷酸盐与金属化合物反应，生成聚合烯基次磷酸金属盐阻燃剂。所述方法可得到专一聚合烯基次磷酸盐，可避免二烯烃直接与次磷酸盐反应生成单烯基次磷酸盐、双烯基次磷酸盐、二聚体等混合产物的缺陷，从而消除产物成分、含量具有不确定性的弊端。进而合成的阻燃剂高磷含量、高纯度且结构稳定的阻燃剂具有优异的阻燃性能。但是其配方中含有磷，使用时会造成环境污染。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足而提供一种用于油田污水的阻垢剂及其制备方法。本发明的阻垢剂成本低廉、制备方法简单，且使用方便，用量少，适合推广应用，且具有阻垢、缓蚀效果好的优点。
根据本发明第一个方面，本发明公开了一种用于油田污水的阻垢剂，所述阻垢剂的分子结构式如下：
其中：a＝100-2000；
b＝50-1000；
c＝50-1000。
优选地，所述阻垢剂的分子量为50000-500000。
第二个方面，本发明公开了一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)用氮气吹扫反应器及管路5-10min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中的大部分混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入引发剂，将部分引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度250-300rpm；反应1-2h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，滴加完毕后，升温到50-55℃，继续搅拌1-1.5h，得到产品阻垢剂。
优选地，所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐的摩尔比为0.2-2：0.2-2：1。
优选地，步骤(1)中，所述的去离子水与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐的重量比为5-8：1。
优选地，步骤(2)中，所述的大部分混合溶液为混合溶液体积的60-90％。
优选地，步骤(3)中，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种与亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠中的一种的混合溶液，其中过硫酸盐的浓度为8-10wt％，亚硫酸氢钠或亚硫酸钠或硫代硫酸钠的浓度为5-6wt％，引发剂与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐的重量比为0.1-1：1。
优选地，步骤(3)中，所述的部分引发剂为引发剂重量的10-20％。
优选地，步骤(3)中，所述滴加时间为1-2h。
本发明所述阻垢剂的合成的反应方程式如下：
本发明的阻垢主剂是1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸三元共聚物，是线性高分子化合物，因此晶粒增长受到干扰而歪曲，晶粒变得细小，形成的垢层松软，极易被水流冲掉；本发明的分子中含有羧酸、磺酸、咪唑啉、氨基、酰胺等官能团，都具有螯合作用，可以降低高价离子在水中的游离浓度，减缓高价离子与碳酸根、硫酸根的接触几率，从而起到阻垢作用；咪唑啉基团中含有未共用的孤对电子，当遇到金属中的空轨道时就会发生相互作用而形成一个配位键使其能更好的吸附于金属表面之上，所以可以破坏垢晶体的正常生长，引起晶体畸变而阻垢；羧酸基团溶于水后发生电离，生成带负电荷的电子链，这些带负电荷的分子链可与金属离子形成能溶于水的络合物，从而使成垢化合物的溶解度增加，起到阻垢作用；磺酸基团可以有效地防止由于均聚物与水中离子反应产生难溶性聚合物一钙凝胶，特别对磷酸钙垢有较好的抑制作用，能有效地分散颗粒物，稳定金属离子，另外，由于磺酸基团对盐不敏感，具有良好的抗温、抗盐能力。咪唑啉基团存在着很强的正电性，因此能将位于金属表面的多余电子吸附掉并在表面形成一个相对稳定的保护膜，以起到子缓蚀的作用。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的阻垢剂成本低廉、制备方法简单，且使用方便，用量少，适合推广应用；
(2)本发明的阻垢剂合成过程为一锅法，收率为100％，生产过程中没有环境污染，配方中不含磷，使用时也没有环境污染；
(3)本发明的阻垢剂有良好的阻垢效果，同时具有缓蚀作用，在使用浓度5mg/L时，阻垢率≥90％，缓蚀率≥85％，可广泛地应用于油田污水防垢或阻垢中。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
下面结合具体实施例对发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
(1)用氮气吹扫反应器及管路5min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.02mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.2mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、235g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中60％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入2.49g引发剂，其中过硫酸钠的浓度为10wt％，亚硫酸钠的浓度为5wt％，将20wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度250rpm；反应1.2h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，1h滴加完毕后，升温到55℃，继续搅拌1h，得到产品阻垢剂A。
实施例2
(1)用氮气吹扫反应器及管路6min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.05mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.15mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、224g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中70％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入4.74g引发剂，其中过硫酸钾的浓度为10wt％，亚硫酸氢钠的浓度为6wt％，将18wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度300rpm；反应1h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，1.2h滴加完毕后，升温到50℃，继续搅拌1.2h，得到产品阻垢剂B。
实施例3
(1)用氮气吹扫反应器及管路5min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.08mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.1mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、211g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中90％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入8.18g引发剂，其中过硫酸铵的浓度为8wt％，硫代硫酸钠的浓度为5wt％，将16wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度260rpm；反应1.8h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，1.4h滴加完毕后，升温到54℃，继续搅拌1.3h，得到产品阻垢剂C。
实施例4
(1)用氮气吹扫反应器及管路8min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.1mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.08mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、196g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中80％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入11.76g引发剂，其中过硫酸钠的浓度为9wt％，亚硫酸氢钠的浓度为5wt％，将15wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度280rpm。反应1.2h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，1.6h滴加完毕后，升温到51℃，继续搅拌1.5h，得到产品阻垢剂D。
实施例5
(1)用氮气吹扫反应器及管路5min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.15mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.05mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、160g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中75％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入15.88g引发剂，其中过硫酸钾的浓度为10wt％，亚硫酸钠的浓度为5wt％，将11wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度260rpm；反应1.5h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，2h滴加完毕后，升温到53℃，继续搅拌1h，得到产品阻垢剂E。
实施例6
(1)用氮气吹扫反应器及管路10min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.2mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.02mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、161g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中73％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入20.81g引发剂，其中过硫酸铵的浓度为9wt％，亚硫酸钠的浓度为6wt％，将10wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度280rpm；反应1.3h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，1.7h滴加完毕后，升温到52℃，继续搅拌1.3h，得到产品阻垢剂F。
实施例7
(1)用氮气吹扫反应器及管路8min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.05mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.1mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、150g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中80％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入24.9g引发剂，其中过硫酸铵的浓度为10wt％，亚硫酸钠的浓度为6wt％，将12wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度270rpm；反应1.5h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，1.8h滴加完毕后，升温到50℃，继续搅拌1.2h，得到产品阻垢剂G。
实施例8
(1)用氮气吹扫反应器及管路5min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入0.1mol 1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、0.1mol(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、0.05mol2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、147g去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8。
(2)将反应器中75％体积的混合溶液转移到第一高位槽中。
(3)在第二高位槽中加入22.16g引发剂，其中过硫酸铵的浓度为8wt％，亚硫酸氢钠的浓度为5wt％，将14wt％的引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度250rpm；反应1.8h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，1.8h滴加完毕后，升温到55℃，继续搅拌1h，得到产品阻垢剂H。
实施例9阻垢、缓蚀效果评价
对本发明的阻垢、缓蚀效果进行室内评价。阻垢率评价方法参考SY/T5673-1993《油田用防垢剂性能评定方法》，缓蚀率评价方法参考SY/T5273-2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》。阻垢剂的加量为5、10mg/L，用乙二胺四亚甲基膦酸、聚马来酸做对比样品，测试结果见表1。
表1阻垢剂阻垢率和缓蚀率实验测定结果
从表1可以看出：
(1)本发明的阻垢剂A、B、C、D、E、F、G、H有良好的阻垢效果，在使用浓度5mg/L时，阻垢率均大于90％，其中阻垢剂H最高达到92.6％；而乙二胺四亚甲基膦酸、聚马来酸阻垢率分别为81.3％和71.6％，明显低于本发明；在使用浓度10mg/L时，本发明阻垢剂的阻垢率均大于97％，其中阻垢剂H最高达到99.0％；而乙二胺四亚甲基膦酸、聚马来酸阻垢率分别为91.1％和82.7％，明显低于本发明。
(2)本发明的阻垢剂A、B、C、D、E、F、G、H有良好的缓蚀作用，在使用浓度5mg/L时，缓蚀率均大于85％，其中阻垢剂H最高达到89.1％；而乙二胺四亚甲基膦酸、聚马来酸缓蚀率分别为73.3％和70.6％，明显低于本发明；在使用浓度10mg/L时，缓蚀率均大于92％，其中阻垢剂H最高达到95.0％；而乙二胺四亚甲基膦酸、聚马来酸缓蚀率分别为81.8％和78.9％，明显低于本发明。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于油田污水的阻垢剂，其特征在于，所述阻垢剂的分子结构式如下：
其中：a＝100-2000；
b＝50-1000；
c＝50-1000。
2.根据权利要求1所述一种用于油田污水的阻垢剂，其特征在于，所述阻垢剂的分子量为50000-500000。
3.一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体步骤如下：
(1)用氮气吹扫反应器及管路5-10min，整个合成过程中始终保持氮气氛围，使得反应器中的液体尽量少接触空气；反应器中加入1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐、(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、去离子水，搅拌均匀，用5wt％的氢氧化钠溶液调节pH7-8；
(2)将反应器中的大部分混合溶液转移到第一高位槽中；
(3)在第二高位槽中加入引发剂，将部分引发剂投加到反应器中，同时反应器维持搅拌速度250-300rpm；反应1-2h后，第一高位槽和第二高位槽的液体同时滴加到反应釜，滴加完毕后，升温到50-55℃，继续搅拌1-1.5h，得到产品阻垢剂。
4.根据权利要求3所述一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、(S)-2-氨基-2-甲基-4-戊烯酸与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐的摩尔比为0.2-2：0.2-2：1。
5.根据权利要求3所述一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的去离子水与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐的重量比为5-8：1。
6.根据权利要求3所述一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的大部分混合溶液为混合溶液体积的60-90％。
7.根据权利要求1所述一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种与亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、硫代硫酸钠中的一种的混合溶液，其中过硫酸盐的浓度为8-10wt％，亚硫酸氢钠或亚硫酸钠或硫代硫酸钠的浓度为5-6wt％，引发剂与1-烯丙基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐的重量比为0.1-1：1。
8.根据权利要求1所述一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的部分引发剂为引发剂重量的10-20％。
9.根据权利要求1所述一种用于油田污水的阻垢剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述滴加时间为1-2h。
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