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随着原油中胶质、沥青质含量增加和新型采油技术的使用,原油乳状液变得更加稳定,在稠油运输和炼制中需要破乳脱水,开展新型破乳剂的研究具有十分重要的实用价值。
依据破乳原理设计了马来酸酐改性破乳剂(PMDG),采用半经验量子化学方法模拟计算了设计的破乳剂分子和双层胶质模型化合物的分子结构。计算了破乳剂分子与胶质模型化合物氢键作用,发现破乳剂与胶质分子间形成了新的氢键,破坏了稠油中胶质分子之间的氢键,表明设计的破乳剂可起到破乳作用,计算结果为设计破乳剂提供了有用的信息。
根据参考文献和理论研究结果,确定采用聚丙二醇、马来酸酐、乙二醇及甲苯二异氰酸酯等为原料合成出两类破乳剂,经过红外光谱和破乳性能测试表明目的物被成功地合成出。对反应温度、物料比、反应时间和催化剂用量等工艺条件进行了单因素优化及正交实验探索,确定出了较好的合成反应条件。对PMDG型破乳剂合成研究发现,当反应物料聚丙二醇、马来酸酐和二乙二醇摩尔比为1:7:13,反应温度为120℃时,反应时间为3h,催化剂加量为总量的1%时,目的物产率较高,破乳性能较好。通过用甲苯二异氰酸酯交联聚丙二醇和乙二醇合成聚氨酯型破乳剂(PUD)研究发现,当聚丙二醇、乙二醇和甲苯二异氰酸酯的反应摩尔比为1:4:5,反应时间为2h,反应温度为60℃时产物性能较好。
采用瓶试法对目的物的破乳性能进行了测试,研究发现PMDG和PUD破乳剂对伊拉克、胜利、河南乳化原油均表现出一定的破乳性能。其中PMDG梳型破乳剂对伊拉克乳化液有较好的效果,在50℃、加剂量为200mg/L的实验条件下,对伊拉克乳化原油的最终脱水率可达99%,而单纯的PUD在相同条件下脱水率仅为86%。PMDG和PUD破乳剂对胜利和河南稠油均表现出相对较差的破乳性能,PMDG破乳剂在80℃、加量为200mg/L的实验条件下,对胜利原油的脱水率为44%,单纯的PUD仅为39%。对比PMDG和PUD型破乳剂的脱水率发现,具有梳状结构的破乳剂具有更好的破乳性能。
以合成的新型破乳剂为主剂,与盐、酸及絮凝剂进行复配研究,得到的破乳剂使用量在200mg/L,测试温度为80℃的条件下,对胜利稠油的脱水率为77%,对河南稠油脱水率为97%,显示出较好的复配效果。