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1、摘要摘 要酚醛树脂作前聚体的聚醚型非离子型破乳剂破乳性能好，应用广泛，是目前发展最快的一类破乳剂，但是被用作前聚体的烷基酚醛树脂种类较少且结构较单一，其中以苯乙烯化苯酚甲醛树脂作为前聚体合成破乳剂还未有过系统研究。本文以苯乙烯化苯酚甲醛树脂为前聚体，与不同配比的环氧丙烷与环氧乙烷聚合得系列破乳剂样品，并对影响脱水效果的因素进行了考察。用正交试验法考察了反应温度、催化剂用量及反应时间对苯乙烯化苯酚产率的影响，用信噪比计算并选择出了最优合成条件组，对最优产率做了计算预测，并对预测值进行了实验验证，发现反应温度及催化剂用量均有一个最适合点，而反应时间越长越有利于产率的提高。催化苯乙烯化苯酚最佳合成条
2、件是：反应温度130，催化剂用量0.5%(wt.%)，反应时间90min，在此条件下的产率可达88.5%，计算值与验证产率基本吻合。对合成出的酚醛树脂做了红外图谱测试，苯乙烯化苯酚的特征峰明显，从红外图谱可以分析出苯乙烯在苯酚上的取代数及位置，苯乙烯的加入量增加后，苯乙烯在苯酚上有单取代变为多位取代，苯乙烯化苯酚的支链状结构明显增加。用组合化学法筛选了环氧丙烷与环氧乙烷的配比。发现在本文所设定的配比范围内，环氧丙烷及环氧乙烷的含量越高对破乳越有利，在实验设计的基础上选择出了适合的环氧丙烷及环氧乙烷配比。对破乳剂进行了红外图谱测试，图谱中聚醚键的特征峰明显。测得了破乳剂的RSN，验证了RSN的变
3、化与破乳剂的结构的关系，发现前聚体中苯乙烯含量的增加确实能增大破乳剂油头的分子量，表现为破乳剂亲油性的加强，RSN的减小。验证了RSN与破乳剂破乳性能之间的关系，发现对此类破乳剂RSN大的即水溶好的破乳剂破乳效果更好。对所合成的破乳剂进行了破乳脱水实验，分析了破乳剂结构的变化对破乳效果的影响，筛选出几种较好的破乳剂样品进行了不同原油的脱水实验，发现本文所合成破乳剂对稠油有着较好脱水效果。 关键词：苯乙烯化苯酚，非离子表面活性剂，聚醚类破乳剂，原油脱水IAbstractAbstractThe polyether demulsifier synthesized with phenolic resi
4、n, propylene oxide and ethylene oxide was considered to be the best performance, most widely used and fastest developing. However the phenolic resins used to synthesis polyether demulsifier was little in quantity and few in species. Nobody has had systematic study on synthesizing styrenated phenol a
5、s precursor till now, so synthesizing styrenated phenol as precursor was studied. Analysis and characterization of precursor and demulsifier also was shown in this paper.The effects of heating temperature, quantity of catalyst and heating time on synthesis of styrenated phenol were analyzed. The opt
6、imum synthetic condition obtained based on means of the orthognal designing Experiments was the temperature 130, the quantity of catalyst 0.5%(wt.%) and reaction time 90min. Screened the amount of PO and Eo for synthesizing demulsifier using a combinatorial chemical method, found that high content o
7、f PO and EO was favorable for demulsifier.The infared spectrum of precursors and demulsifiers were analyzed. The relative solubility numbers were got by a simple testing method. And to discuss and analyse the relationship between infared spectrum and RSN(Relative solubility numbers).The influence of
8、 the demulsifier increment and the type of crude oil on the ratio of emulsification was studied. With the oil dewatering experiment on the demulsifiers, we can get that the demulsifier synthesized in this paper were more suitable for viscous crude oil.Key words: styrenated phenol, nonionic surfactan
9、t, polyether demulsifier, crude oil dehydration目录目 录摘 要IABSTRACTII目 录IV第一章 绪 论11.1 引言11.2 原油乳状液的形成11.3 乳液的稳定性21.3.1界面膜31.3.1.1空间因素31.3.1.2 液晶41.3.1.3固体粒子41.3.1.4双电层51.3.2沥青质、胶质与蜡61.3.2.1沥青质61.3.2.2胶质71.3.2.3蜡81.3.3 油水界面张力与界面压力81.3.4 界面流变性91.3.5矿化度与温度91.4 原油脱水的必要性91.5 原油乳液的非化学破乳方法111.5.1机械破乳法:111.5.2
10、物理破乳法121.5.3超声波破乳121.5.4电解质法121.6化学破乳法121.6.1化学破乳机理131.6.2破乳剂的发展及分类151.6.3理想破乳剂的特征181.6.4破乳剂的发展趋势181.7 本文研究内容19第二章 破乳剂的合成与分析212.1 引言212.2 实验部分212.2.1 实验试剂和仪器212.2.2 苯乙烯化苯酚的合成232.2.3 气相色谱法分析苯乙烯化苯酚中的有效组分及含量242.2.3.1色谱柱条件242.2.3.2校正因子的测定242.2.3.3分析计算252.2.4 苯乙烯基苯酚甲醛化252.2.5 酚醛树脂接环氧丙烷及环氧乙烷252.2.6 烷基酚醛树脂
11、的红外图谱测定272.2.7 破乳剂脱水性能的评价272.2.7.1 原油乳状液的配制272.2.7.2 原油破乳剂溶液配制272.2.7.3 脱水操作272.3 苯乙烯化苯酚合成过程优化分析282.3.1 概念介绍282.3.2信噪比值的计算282.3.3 最优组合选择302.3.4 预测与验证322.3.5 烷基化反应机理322.3.6 甲醛化反应机理352.4 混合裂分法优化破乳剂组成352.4.1 环氧丙烷与环氧乙烷接入量选择352.4.2 反应原理382.5 小结39第三章 图谱及脱水数据分析403.1 前聚体红外结构分析403.2 破乳剂成品红外图谱及脱水数据分析433.2.1 破
12、乳剂红外图谱分析433.2.2 破乳剂脱水数据分析443.2.3 相对溶解度值(Relative solubility number)463.2.4 破乳剂筛选49第四章 结 论51参考文献52致谢57第一章 绪论第一章 绪 论1.1 引言石油是一个国家的重要战略物资，是经济赖以运转的血液。随着工业的迅速发展，石油的需求量越来越大。原油破乳剂作为一种重要的石油化学品，在提高石油收集率上有着重要作用，在充分利用有限的石油资源、提高石油采收率上有着重要意义。随着采油技术的发展，原油的粘稠度不断增加，因此急需一种新的破乳剂针对此类原油进行破乳脱水。另一方面，现在部分破乳剂的原料价格持续上涨，此类破乳
13、剂的利润被压缩，为了应对这类破乳剂成本变高这一现状，需要研制一种新的破乳剂，以求在不降低破乳效果的同时，替代低利润率的破乳剂。针对这些情况，本文就新型原油破乳剂的合成与应用展开研究。1.2 原油乳状液的形成原油本身是一种多组分混合物，主要有不同相对分子量、不同结构的烃，以及少量非烃化合物组成，并且含有水以及溶解于水的无机盐、机械杂质(砂、粘土等)、游离的硫化氢、氯化氢等以不同形式分散于原油中。研究和经验表明，经过亿万年的自然沉降，原油在地层中是油水分离的，原油中含水并不多，是原油开采、输送过程中增加了原油中的含水量，促进了原油乳状液的形成。原油从地下采出时，油层的底水和边水会伴随原油一起采出，
14、采出水以游离水和乳化水的形式存在于原油中，游离水很容易受重力作用的影响从原油中分出。而乳化水是水的微滴分散在原油中，难于分离。从地层中油水分离到采输过程中原油乳状液的形成需要具备下面三个条件13:1. 存在互不相溶的两相，也就是原油和水；2. 原油中存在乳化剂和稳定剂以稳定乳状液，如复合驱油剂以及天然乳化剂；3. 使油水形成乳状液的适合的混合能。主要是原油在地层中的流动、在油嘴和管线中的紊流，油泵浆叶的剪切作用及高压液滴的冲刷作用以及在井口溶解气的逸出等，这些对原油和水混合物起着良好的搅拌作用。下图为原油乳液的界面模拟图：图1.1 乳液的界面模拟图Fig 1.1 Simulated diagr
15、am of the emulsions interface从原油开采过程来看，随着开采的进行，采出原油的性质也大不同。原油开采初级阶段，依靠油田本身的天然能量如油藏岩石和流体的弹性能量、液体本身的重力、气体的压力和边水的水压等进行采油，易于流动的轻质油先被采出，此阶段采出原油质量好，含水量低。石油开采后期，油层中留下的是较稠较重、极性较强的油质(如重质胶质、沥青质等)，需要在水以及化学驱油剂的作用下才能被采出，油田采取了各种增油措施，如酸化、压裂、堵水等井下作业，聚合物驱、碱驱、复合驱等三次采油作业4，这些采油新技术的应用，将大量的化学药剂带入地层，使得采出液性质发生很大变化，此阶段采出原油成分更加复杂，含水量也大幅增加，原油乳状液稳定性增加，对脱水试剂的要求也更高。1.3 乳状液的稳定性乳状液定义：指一种或者多种液体以液珠形式分散在与它不相混溶的液体中形成的分散体系5。原油乳状液是指在乳化剂的作用下，经过开采过程中的物理作用，极性物质水以液珠形式分散在与它不相混溶的非极性物质原油中构成的分散体系。因此原油乳状液属于粗分散体，液珠直径0.1m，属于热
