烷基酚聚氧丙烯醚硫酸/磺酸钠的合成与性能

作     者：张美军 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方云

授予年度：2012年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：表面活性剂 合成 性能 阴-非离子型 延展型 改良型 聚氧丙烯醚 界面张力 

摘      要：以获得具有一定耐温、耐盐和耐硬水能力的驱油用表面活性剂为目的,本文以壬基酚为原料,通过烷氧基化加成、磺化或硫酸酯化、再经中和反应合成出七种烷氧基化阴离子表面活性剂,考察了一系列相关性能,特别是降低界面张力的能力。 以壬基酚(NP)和环氧丙烷(PO)为原料,通过丙氧基化加成制备了三种不同PO加成数(n =3、6、9)的中间体壬基酚聚氧丙烯醚(NPP-n)。 对NPP-3和NPP-6的苯环进行磺化和中和反应,合成出两种改良型阴离子表面活性剂壬基酚聚氧丙烯醚-φ-磺酸钠(φ-NPPS-n);以φ-NPPS-6为例,采用FT-IR、H-NMR和ESI-MS等手段对其纯化产物进行了结构表征。用单因素实验优化NPP-6的磺化反应,适宜条件为:溶剂1, 2-二氯乙烷,老化时间1 h,老化温度50℃,磺化剂用量n(ClSOH) : n(NPP-6) = 3.5。同样,以商品壬基酚聚氧乙烯醚(3)(NPE-3)为原料,合成了一种阴-非离子型表面活性剂—壬基酚聚氧乙烯醚(3)-φ-磺酸钠(φ-NPES-3)。 对NPP-3、NPP-6和NPP-9的端位羟基进行硫酸酯化和中和反应,合成出三种extended型阴离子表面活性剂—壬基酚聚氧丙烯醚硫酸酯钠(NPPS-n);以NPPS-6为例,采用FT-IR、H-NMR等手段对其纯化产物进行了结构表征。用单因素实验优化NPP-6的硫酸酯化反应,适宜条件为:反应溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF),老化时间15 min,老化温度35℃,硫酸酯化剂用量n(ClSOH) : n(NPP-6) = 1.4。同样, NPE-3为原料,合成了另一种阴-非离子型表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(3)硫酸酯钠(NPES-3)。 测定合成出的七种表面活性剂的表面张力、cmc、耐盐性、钙离子稳定性、热水解稳定性,pH水解稳定性和油水界面性能,结果表明: (1)两种阴-非离子型表面活性剂的耐盐性和耐硬水性能较好。NPES-3和φ-NPES-3的耐盐能力分别为28和155 g/L;耐Ca浓度分别为945.4和3516.2 mg/L,但是它们的界面性能较差,改变油水体系中NaCl含量,最小平衡界面张力始终维持在1 mN/m以上,由此可见,这两种表面活性剂不适合于驱油。 (2)两种改良型阴离子表面活性剂的耐盐和耐硬水能力均优于聚氧丙烯醚(PPO)链长度相等的extended型阴离子表面活性剂,界面性能优于上述两种阴-非离子型表面活性剂,但是,通过界面性能研究发现,它们的最小平衡界面张力始终维持在10-1 mN/m以上,也不符合驱油用表面活性剂要求。 (3) extended型阴离子表面活性剂具有一定的耐温、耐盐和耐硬水能力,而且界面性能良好,在不添加助剂醇的情况下,NPPS-3、NPPS-6和NPPS-9的平衡界面张力能达到超低,最低值分别为:9.87×10、8.91×10和6.11×10 mN/m,对应的最佳盐含量分别为15.0%、12.5%和6.5%,此时可用于高矿化度油田;加入异戊醇后,最低平衡界面张力和最佳盐含量都下降,NPPS-3、NPPS-6和NPPS-9的最低平衡界面张力分别为:3.69×10、3.98×10和2.30×10 mN/m;对应的最佳盐含量分别为11.0%、5.5%和3.5%,也适合于高矿化度油田驱油。由此还发现,通过加入异戊醇和改变PPO链的长度可以调节达到超低界面张力所需的盐含量,而且这类表面活性剂的适用范围广,在异戊醇的体积分数为0.9%和最佳盐含量的情况下,表面活性剂含量在质量分数为0.1% 0.3%的范围内,其平衡界面张力均能达到超低。