负载型反相破乳剂的合成及性能研究

摘要

三元复合驱采油技术较普通水驱提高采收率达20个百分点以上，对保持我国主力油田后期的稳产起到了重要作用，同时也产生了三元复合驱采出水水质复杂、相态稳定，油水分离难度大的难题。三元复合驱采出水处理是矿场油田开发和保护生态环境面临的重要课题，成为了三元复合驱技术推广的瓶颈之一。三元复合驱采出水处理在国内外尚无成熟的技术可供参考，而破乳脱稳是处理三元复合驱采出水首要解决的问题。近些年破乳剂的研究有了长足的进展，但适合三元复合驱采出水破乳的高效破乳剂有待研发。因此，本文提出了针对三元复合驱O/W型采出水破乳与吸附协同作用的破乳剂分子设计新思路。
　　采用表面枝接聚合法将预先制备的聚醚聚季铵盐（PPA）反相破乳剂分子键合到比表面积大、多孔性的水合二氧化硅（SiO2·nH2O、水合二氧化硅）表面，制备负载型聚醚聚季铵盐反相破乳剂。通过单因素条件实验考察了反应温度、反应时间、反应原料用量、催化剂用量等条件对合成中间产物与最终产品转化率的影响，并进一步优化了合成工艺。通过SEM和BET对水合二氧化硅的微观结构和孔结构进行表征，并通过FTIR、1H-NMR、SEM和XPS对合成产物进行了表征。
　　采用单一型PPA反相破乳剂进行破乳试验，考察了季铵盐与甲基醚的配比（亲水亲油性）、破乳剂用量、破乳温度、破乳时间等因素对破乳效果的影响，并对PPA反相破乳剂与其他商用破乳剂的破乳性能进行了比较。试验结果表明，在n（环氧醚）：n（甲基醚）=3:1，PPA投加量50mg L-1，破乳温度30℃，破乳时间60min条件下，PPA反相破乳剂的破乳率可达85.48%。采用PPA反相破乳剂破乳后油水分层，易于分离。采用单一型吸附剂MPS-SiO2吸附处理含油污水，在含油浓度500mg L-1，吸附剂投加量1.5g L-1，吸附时间60min，吸附温度30℃时，MPS-SiO2吸附除油率为46.8%。
　　采用负载型反相破乳剂SiO2@PPA破乳-吸附处理含油污水，在含油浓度500mg L-1，吸附剂投加量1.5g L-1，吸附时间60min，吸附温度30℃时，负载型反相破乳剂SiO2@PPA的除油率为91.6%，载体粒子吸附容量达301mg g-1，是颗粒活性炭（GAC）吸附容量的6倍。研究结果表明，负载型破乳剂SiO2@PPA载体粒子具有多孔隙结构，粒径小、比表面积大的特点，使得SiO2@PPA兼具破乳与吸附功能，负载型反相破乳剂SiO2@PPA通过破乳与吸附协同作用，可以适用于三元复合驱采出水破乳处理。
　　负载型破乳剂SiO2@PPA载体粒子吸附油滴的动力学试验表明，其吸附过程符合伪二级动力学方程；在等温吸附中，Langmuir等温吸附模型比Freundlich等温吸附模型更能合理描述SiO2@PPA载体粒子对油滴的吸附行为；热力学研究表明，该吸附过程ΔG＜0且ΔH＞0，说明SiO2@PPA载体粒子对油滴吸附是一个自发的、吸热的过程。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1研究背景及课题来源（Research Background and Source）

1.2 研究思路和研究内容（Research Thoughts and Contents）

2 文献综述

2.1采油技术发展的回顾（Review of Development of Oil Recovery Technology）

2.2 三元复合驱采出水水质特性及危害（ Water Quality Characteristics and Harm of ASP Flooding）

2.3含油污水的破乳方法与破乳剂研究进展（Research Progress on Demulsification and Demulsifier For Oily Wastewater）

2.4 含油污水破乳机理（ Demulsification Mechanism of oily Wastewater）

3 三元复合驱采出水模拟水样配制及性质分析

3.1 实验药品、仪器及设备（Experimental Agents, Apparatus and Equipments）

3.2 三元复合驱采出水模拟水样配制（ Preparation of the Simulated ASP Flooding Produced Water）

3.3 三元复合驱采出水模拟水样性质分析（Properties Analysis of the Simulated ASP Flooding Produced Water）

3.4 本章小结（Summary）

4 负载型反相破乳剂的合成及表征

4.1 实验药品、仪器及设备（Experimental Agents、Apparatus and Equipments）

4.2 共改性硅油的合成（Synthesis of Co-modified Silicones）

4.3 聚季铵盐的合成（Synthesis of Polyquaternium）

4.4 聚醚聚季铵盐（ PPA ）的合成（ Synthesis of Ployether Polyquaternium）

4.5 水合二氧化硅的疏水改性 (Hydrophobic Modification of Silica Gel Particles)

4.6 SiO2@PPA的合成（Synthesis of SiO2@PPA）

4.7 产品的表征（Characterization of the Products）

4.8 本章小结（Summary）

5负载型反相破乳剂性能研究

5.1 PPA 破乳除油性能研究（ Research of Demulsification Performance of PPA）

5.2 MPS-SiO2 吸附除油性能研究（ Research of Adsorption Performance of MPS-SiO2）

5.3 SiO2@PPA 破 乳 - 吸 附 除 油 性 能 研 究 (Research of Demulsification-Adsorption Performance of SiO2@PPA)

5.4 SiO2@PPA吸附动力学、热力学研究(Adsorption Kinetics and Thermodynamics)

5.5本章小结（Summary）

6结论与展望

6.1结论（Main Conclusions）

6.2 展望（Future Work）

参考文献

作者简历

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