不同性质原油及稠油预处理中新型表面活性剂的合成及基础应用研究

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随着原油重质化、劣质化的趋势加快,以破乳脱盐为主要任务的原油预处理变得越来越重要,有关技术的研究与开发受到国内外广泛重视。本文合成了DA、DB、DC等5个系列的聚醚类破乳剂,对破乳剂结构与11种不同性质的原油及稠油破乳脱盐效果的影响进行了研究。实验表明:DA等5个系列的破乳剂中,1#-8#原油中不同性质的原油所对应的有效破乳剂不同,而对9#-11#稠油不能达到满意的脱水效果。1#(胜利)、2#(鲁宁)、4#(卡宾达)、8#(阿曼)原油的胶质沥青质含量高,形成牢固的乳化界面膜,在相同系列中亲油性高的破乳剂能够快速的通过油相扩散而吸附到油水界面,DA2、DB2、DC2、DF2、DW2与同系列的破乳剂相比亲油性高有着最佳的破乳脱盐效果。以辛基酚胺树脂为起始剂合成得到的DF2破乳剂含有具有苯环的酚结构,与胶质、沥青质具有较强的亲和力;沥青质在油水界面膜上形成刚性膜碱性条件下强度弱,DF2分子结构中含氮呈碱性适合破乳,由于破乳剂在油水界面上形成多点吸附,由油包裹的水滴聚集较慢,因此脱水速度较低;因此DF2破乳剂具有脱水速度较低,但最终脱水效率高和脱盐率好的特点。 3#(大庆)和7#(罗凯里亚)原油密度与粘度较低,胶质沥青质含量低,3#原油含蜡量高,7#原油含酸量高,DA4、DB4、DC4、DF4、DW4破乳剂与同系列的破乳剂相比亲水性较高,在油水界面上形成亲油亲水平衡,对3#,7#原油有着最佳的破乳脱盐效果。5#(沙特)和6#(伊朗)原油的含硫量高,密度与粘度较低,单独使用DA、DB、DC等5个系列中有较好脱水效果的破乳剂,但脱盐效果并不理想。对5#,6#原油选用酸性助剂TJ1和TJ3与破乳剂DA2复配,5#和6#原油中含有较高的含硫盐类,加入酸性助剂后能将含硫盐类转化并脱除。对于1#和2#原油加入助剂TJ4以后,有较好脱钙,脱铁效果。TJ4为聚胺羧酸盐含有多个能与金属铁形成配价键的氮原子,这样有助于TJ4与金属络合形成两个环以上的螯合物;对于5#原油中随着助剂TJ1用量的增加脱镍和脱钒率可以达到50%左右。采用聚类法和灰色关联度法对不同原油的性质及破乳剂结构对原油破乳脱盐的影响进行了研究,并对原油预处理中的传质理论进行了初步探讨。 以对叔基苯酚和脂肪胺为原料,以甲醛作为联结剂,合成出中间产物,再与卤代烷进行季铵化,其中脂肪胺为二乙胺合成得到的产物为RA1系列;脂肪胺为二异丙胺合成得到的产物为RA2系列。以脂肪醇胺为原料,以二元酸作为联结剂,合成出中间产物,再与卤代烷进行季铵化,其中脂肪醇胺为叔丁基异丙醇胺合成得到的产物为RB1系列;脂肪醇胺为二异丙基异丙醇胺合成得到的产物为RB2系列。R型双连破乳剂具有两个亲油基团、两个亲水基团和一个联结链的双连破乳剂分子。在RA系列合成产物中RA2系列分子结构中亲油基团R1大于RA1系列,在RB系列合成产物中RB2系列分子结构中亲油基团R1大于RB1系列。对于双联表面活性剂由于有两个亲水基团,在增加亲油基团的同时,仍然保持其水溶性,从而使表面活性提高。对于3#、7#原油破乳性能RB2系列>RB1系列>RA2系列>RA1系列。R型双连破乳剂具有合成路线简化、原料便宜易得及不使用易燃易爆的环氧丙烷、环氧乙烷的特点。对不同性质的1#、3#、7#原油破乳适用性好,但仍不能有效的解决9#-11#稠油破乳的难题。 以多元醇、辛烷基酚醛树脂等六种起始剂合成得到的聚醚化合物,与己二酸、环氧化脂肪胺YM1合成得到新的聚合物,再进行季胺化反应得到N2系列产物,对1#、4#/8#混合原油有较好的破乳能力,而且用量由聚醚类的50mg/L降为10mg/L。对于11#(委内瑞拉)稠油具有较好的脱水能力。脱水效果较好的NB2、NC2和NF2合成产物是用以酚胺、酚醛为起始剂合成的破乳剂。NA型破乳剂对原油破乳效果,在R1、R2基团一定,EO/PO%(w)为30~33%的分子中PO与丙二醇的重量比在90~150之间为最佳;在PO与丙二醇的重量比为90的分子中EO/PO%(w)的最佳范围是30~48%。N型聚合物具有多功能作用,在H2S-HCl-H2O系统中具有较好的缓蚀效果。 DQX2系列破乳剂对9#(奥里)和10#(辽河)稠油有较好的破乳脱水效果,由于分子结构上具有长支链十八烷基,在水包油型稠油的油水界面上,起着对胶质、沥青质增溶的作用,同时减弱乳化剂分子间的结合力;同时由于起始剂中的长支链十八烷基起着亲油基的作用,因此增加EO的比例有利于破乳剂分子在水包油型稠油的油水界面上达到亲油亲水平衡。本文还合成了CE系列沥青分散剂,以不同碳链的烷基醇与丙烯酸乙酯反应得到CE10系列合成产物,以不同碳链与支链的丙烯酸酯与正十二醇反应得到CE20系列合成产物。并通过分子结构及油水乳状液的剪切粘度分析讨论了对油水界面膜上分散沥青质的机理。实验表明:CE系列沥青分散剂对沥青和胶质具有分散作用,对原油的破乳效果随着烷基醇分子中碳链R1的增长而增加,分子中带支链比没有支链的界面活性要好,因为长链,带支链对油水乳状液的界面膜上的沥青剂起到分散作用。在3#原油中加入20%沥青质,随着沥青质分散剂CE42的加入油水乳状液的剪切粘度降低;在沥青质含量高的1#(胜利)原油中添加沥青分散剂CE42、CE14,随着剪切速率的增加,油包水乳状液的剪切粘度逐渐下降。 在水包油型稠油的油水分离中,在加入破乳剂、沥青分散剂的基础上加入无机助剂,以进一步提高对稠油的破乳效果,无机电解质压缩油珠表面的扩散双电层,减少了表面活性剂离子头之间的排斥作用,有利于破乳脱水。模拟动态实验中逐步降低轻油的加入量,在不加轻油的条件下,对三种稠油取得了满意的脱水脱盐效果,9#(奥里)稠油脱水率为88.2%,脱盐率为93.6%;10#(辽河)稠油脱水率为98.5%,脱盐率为83.2%;11#(委内瑞拉)稠油脱水率为97.6%,脱盐率为95.2%。
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