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十六烷基二苯醚二磺酸钠的合成及其在三次采油中的应用研究

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十六 烷基 二苯醚二磺酸钠 合成 及其 三次采油 中的 应用 研究
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第33卷第9期 2010年9月 日用化学品科学 0o.9 010 十六烷基二苯醚二磺酸钠的合成及其在三次采油中的应用研究 李君 (大庆职业学院,黑龙江大庆163255) 摘要:采用 一十六烯与二苯醚在催化剂的作用下合成了十六烷基二苯醚,再经磺化反应合成十六烷基二 苯醚二磺酸钠。反应产物中,活性物含量为58.44%,单程收率可达44.8%以上。并重点考察了十六烷基二 苯醚二磺酸钠在三元弱碱复合驱方面的应用。 关键词:烷基二苯醚磺酸盐;烷基化;磺化;三次采油;弱碱化驱油 中图分类号:1 文献标识码:A 文章编号:1006—7264(2010)09—0051—04 。 烷基二苯醚二磺酸钠类表面活性剂是最早实现工 业化的阴离子双子型表面活性剂,由最早于1958年成功开发出工业化产品,商品代号 类表面活性剂分子结构中具有独特的 双磺酸基,2个亲水基由二苯醚联接,分子内产生超 共轭效应,因而具有极强的表面活性、耐酸碱、耐高 温等特性,受到广泛关注『于烷基二苯醚二磺酸 盐类表面活性剂具有较好的耐多价阳离子性和较小的 吸附损失,因此,非常适合于三次采油[3’4J。目前, 该产品合成用的烃基原料主要为卤代烃、脂肪醇以及 由四聚丙烯法生产的中,由四聚丙烯 法生产的 一烯烃因含有较多支链结构,存在磺化产 物生物降解能力差及油田采出液的处理难度大等缺 点。 下面采用乙烯齐聚法生产的c 直链合成十六烷基二苯醚,经磺化和中和后,得到十六烷 基二苯醚二磺酸钠,并对其在三元弱碱复合驱方面的 应用进行了研究。 .1主要试剂与仪器 一十六烯(纯正化学株式会社)、二苯醚(上 海远帆助剂厂)、发烟硫酸(游离量50%,沈 阳市华东试剂厂)、无水天津市恒兴化学试剂 制造有限公司)、二氯甲烷(淄博恒联化工有限公司) 和聚丙烯酰胺(平均相对分子量2 500万,大庆炼化 公司),以上试剂均为分析纯。 红外光谱仪(10美国核 收稿日期:2010—07—18 作者简介:李君(1968一),女,黑龙江勃利人,副教授。 磁共振仪(国)和旋滴式界面张力仪(国)。 1.2合成方法 采用C 一烯烃与二苯醚发生烷基化反应生成 十六烷基二苯醚,再经磺化生成十六烷基二苯醚二磺 酸,最后经中和得十六烷基二苯醚二磺酸钠(c 其反应过程为: + 0 催化剂 0 —————~ 0 —————~+2— 0 —~~~——一 0 —~~———一 № —— 0 —~——~+2H 20 1.2.1十六烷基二苯醚的制备 把二苯醚加入于燥的三口烧瓶,加入催化剂无水 加热并搅拌,使之溶解,并升温至反应温度; 把计量的十六烯装入恒压滴液漏斗,并在0.5 到反应瓶中,搅拌,控制温度,恒温反应。每隔 1.0 反应结束后,依次用等体积的去离子水、饱和 O 溶液和去离子水洗涤和分离,弃去水层,用 无水燥油层,过滤,在400 先将未反应的原料全部蒸出,继续蒸馏,得到目标产 ·5l· 融 日用化学品科学 第33卷 物十六烷基二苯醚。 1.2.2十六烷基二苯醚二磺酸钠的制备 将一定量的十六烷基二苯醚加人三口烧瓶中, 搅拌并升温至反应温度,在0.5 硫酸,反应一定时间。反应结束后,将等体积的水 缓慢加入到反应混合物中,然后用质量分数为30% 的,然后蒸除水分即得粗产 品,用两相滴定法分析磺化产物中活性物的含量。 将粗产品溶于热的无水乙醇中,趁热过滤,去除 无机盐。在滤液中加人适量水,用石油醚萃取3次, 除去未磺化的十六烷基二苯醚。水相萃取液蒸除水分 后,将产物再次溶于热无水乙醇中,过滤,蒸除无水 乙醇,即得精制的烷基二苯醚磺酸钠。 1.3界面张力测定方法 用旋滴法测定平衡界面张力,油相为大庆采油二 厂脱水脱气原油,水相为大庆采油二厂污水,聚丙烯 酰胺浓度为:1 000 mg/定条件为:旋转速 率3 000 r/度为:45℃,时间为:1202结果与讨论 2.1烷基化产物的结构表征 1)红外光谱分析(见图1) 4 500 4000 3 500 3 000 2 500 2000 1 500 1 000 500 0 波长/1 单十六烷基二苯醚红外光谱图 IR of 图1中看出,在3 300,表明:十六醇已除去。3 025右是二苯醚 中苯环上的C— 230右是 590 1 490 1 460 右的吸收是苯环骨架振动特征峰,2 920 2 850 右是一明二 苯醚苯环上有烷基取代。 2) 00 6:7.33~7.25(H), ·52· 7.14~6.99 m,5H),6.94~6.87 m,2H),1.63~1.55 m, 2H),1.25~1.18(11H),0.89~0.80(m,3H)。结构式 为: b 0 。囝: :!: 一r a b d e e e e e e e 综合上述得到的结果基本与目标 产物结构吻合。 2.2磺化剂及磺化工艺条件对磺化产物中活性物含 量的影响 2.2.1磺化剂种类对活性物含量的影响 磺化反应常用的磺化剂有浓硫酸、发烟硫酸、三 氧化硫和氯磺酸等。在研究中考察了浓硫酸、发烟硫 酸和氯磺酸对磺化粗产品中活性物含量的影响,结果 见表1。 表1不同磺化剂对活性物含量的影响 of on 表1可见,发烟硫酸在磺化剂所得反应粗产品 中活性物含量最高,分析可能原因为: ①浓硫酸与烷基二苯醚进行磺化反应时为可逆 反应,随着反应的进行,硫酸浓度逐渐降低,反应速 度减慢,至一定浓度后,反应达到平衡,难以向右进 行,总转化率低;②以发烟硫酸为磺化剂,反应也 是可逆进行,但由于发烟硫酸中游离量高,反 应活性大,故磺化率高于浓硫酸;③氯磺酸活性较 强,易发生过磺化反应,磺化率反而降低。鉴于发烟 硫酸作为磺化剂的反应更容易控制,因此,在以后的 实验中选择发烟硫酸作为磺化剂。 2.2.2磺化剂用量对产品活性物含量的影响 固定磺化反应温度9O 加发烟硫酸,反应 时间0.5 h,老化0.5 h,考察磺化剂用量对粗产品中 活性物含量的影响,结果见图2。 由图2可见,选择单烷基二苯醚与发烟硫酸摩尔 比为1.0:1.6较为合适,反应产物中活性物含量达到 58.44%。继续增大磺化剂的加入量,产品活性物含 量反而有所下降,可能是由于过磺化所致。 2.3在三元复合驱方面的应用研究 2.3.1单一体系的界面张力(见表2) 从表2可知,在弱碱的使用条件下,十六烷基二 第9期 李君:十六烷基二苯醚二磺酸钠的合成及其在三次采油中的应用研究 删ⅢI】 抽 船 图2磺化剂用量对产品活性物含量的影响 of on 2十六烷基二苯醚二磺酸钠单独使用的 平衡界面张力 of 质量分数/% 不同表面活性剂浓度界面张力/mN·m 0.1% 0.2% 0_3% 苯醚二磺酸钠单独使用时,最低可将油水界面张力降 低到2.65×10 mN/m,而在使用强碱,质量分数为1.2%,有多个点可达超低界面 张力(1.0×10 mN/ 由此可见,十六烷基二苯醚二磺酸钠具有良好降 低油/水界面张力的能力。 2.3.2复配体系的界面张力 在三次采油中,为达到油水超低界面张力,通常需 要将2种或多种表面活性剂进行复配,混合体系的协 同效应增强了胶束的能力,并有效降低了界面张力问。 选用烷醇酰胺类非离子表面活性剂与十六烷基二苯醚 二磺酸钠进行复配研究。烷醇酰胺类非离子表面活性 剂单独使用时,油水界面张力仅维持在10 mN/m,二 者经复配后,界面活性表现优异,不同复配体系下的 界面张力见表3。 由表3可知,十六烷基二苯醚二磺酸钠与烷醇酰 胺类非离子复配后,二者间具有明显的协同作用,表 现出更加优异的降低油/水界面张力的能力。在碱质 表3十六烷基二苯醚二磺酸钠与非离子的复配体系下 的界面张力 in m(阴离子) 碱质量不同表面活性剂浓度界面张力/mN·m m(非离子)分数/%0.1% O.2%0_3% 量分数O.6%,表面活性剂质量分数0.2%,复配比例 为5:1的三元弱碱体系中,油水界面张力值达到最 低值1.87×10 mN/m。因此,十六烷基二苯醚二磺 酸钠有望作为一种性能优良的三次采油用表面活性 剂,可应用在三元复合驱的弱碱化体系当中。 3结论 1)用 一十六烯与二苯醚进行烷基化及磺化反 应合成十六烷基二苯醚二磺酸钠,适宜反应条件为: 反应温度为90℃,以发烟硫酸为磺化剂,C O/一烯 烃与二苯醚摩尔比在1.0:1.6的条件下,反应6 h, 合成十六烷基二苯醚二磺酸钠,产物中活性物含量为 58.44%,单程收率可达44.8%以上。 2)在弱碱的使用条件下,碱浓度为1.2%,表 面活性剂浓度为0.2%,十六烷基二苯醚二磺酸钠单 独使用时,油水界面张力可降低到2.65×10 mN/m; 当与烷醇酰胺类非离子以5:1的比例进行复配时, 油水界面张力在碱质量分数为0.6%,表面活性剂浓 度为0.2%条件下,可达1.87×10 mN/m。 参考文献: 【1】赵剑曦.杂双子表面活性剂的研究进展[J】.化学进展, 2005,17(6):987—993. [2],.of on 1.J.991,30 (2):133—137. 【3]et 53· 日用化学品科学 第33卷 国,3945437[P].1975—03—26. et S,520341 1[P]. 19930. [5】魏文珑,等.烷基二苯醚二磺酸钠的合成日用化学工业, 2006,36(3):196—198. [6】 J,et in of 】. 993,157(1):254—259. of 0R 63255,by of by of as he in 8.44%.up 4.8%or on of in SP as SP 上接第41页) 2)磺酸盐型表面活性剂在工业领域的应用非常 广泛,尤其是三次采油对表面活性剂品种和用量的 需求正在迅速增加,磺化厂家应充分利用这一机会, 与油田相关单位共同开发磺化产品的新品种,以满 足油田用户对产品性能的需要。 3)开发适合不同应用领域的油脂基功能性表面 活性剂,符合绿色环保及可持续发展的战略,并可 减少对石油基原料的依赖,势必引起各磺化厂家的 关注。 参考文献: 【1】牛金平,张高勇.功能模块型磺化产品的制造技术及发展前 景用化学品科学,2004,27(2):12—14. 万田,韩向丽.烷基二苯醚双磺酸盐类表面活性 剂的多功能性和应用前景『002,25 (3):38—41. [3]赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M】.北京:中国轻工 业出版社,2003:225—233. 尚华,王红霞,张高勇,等.表面活性剂溶致液晶的流变 学性质[J】.化学进展,2004,16(5):687—694. [5]戴乐蓉,卜林涛.离子型与非离子型混合表面活性剂体系溶 致液晶相图及结构的研究北京大学学报(自然科学版), 1999,35(2):137—142. [6】,]. 996,236【7]岳晓云,楼诸红,韩冬,等.石油磺酸盐表面活性剂在三次 采油中的应用[细石油化工进展,2005,6(2):48—51. [8]郑延成,韩冬,杨普华.磺酸盐表面活性剂研究进展[J].精 细化工,2005,22(8):578—582. 【9】王业飞,李继勇,赵福麟.耐温耐盐型表面活性剂及其在油 田中的应用[J】_000,23(130—132. 『金平,李秋小.脂肪醇醚磺酸盐类表面活性剂 研究进展[J】.008,38(4):253—257. [1 1]王业飞,赵福麟.由究[J].精细石油化工,1996(5):22—26. [12]高美莹.绿色化学的原料改革 广州化工,2009,37(5): 58[13】兰云军,黄秀娟.磺化技术在生产皮革加脂剂中的应用[J]. 中国皮革,2001,30(11):9[14]陈大钧,陈馥,等,油气田应用化学【M】.北京:石油工业 出版社,2007:19,37,141. a—30001,he of of be to of in OR be be in to 54·
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