新型防垢剂膦基聚丙烯酸的研制

付文耀，段骁宸，李媛（中石油长庆油田分公司第一采油技术服务处，陕西 西安710200）

李继彪，刘克胜 （中石油长庆油田分公司第一采油技术服务处，陕西 西安710200）

冷却水在使用时不断循环和浓缩，水中的矿物质含量随之不断增加，从而引起设备管道结垢、腐蚀，这不但影响传热效率，还会产生垢下腐蚀［1－3］。目前，在工业循环冷却水处理过程中，大多采用投加化学药剂的方法控制污垢的形成，现场应用效果较差。为此，笔者以丙烯酸为基本单体，以过氧化物和次磷酸钠（亦可视为反应单体）做引发剂，以磷酸为催化剂，合成一种新型防垢剂膦基聚丙烯酸并对其性能进行了评价，以便为油田管道除垢提供帮助。

1 试验部分

1.1 主要仪器及试剂

1）主要仪器 有机合成装置、旋盖式塑料过滤器、分析天平等。

2）主要试剂 丙烯酸、次磷酸钠、过氧化氢、氯化钙、乙二胺四乙酸二钠等，以上试剂均为分析纯。

1.2 防垢剂的合成

取一定量的亚磷酸（或次磷酸钠）、丙烯酸和磷酸于反应瓶中，催化剂加量为单体的1%，以去离子水作为溶剂，混合物在一定温度下加热回流一段时间后，向其中滴加一定量双氧水（滴加时间控制在1.5h以内），继续加热回流2h后将混合物冷却到室温，最终得到目标产物膦基聚丙烯酸。

1.3 防垢速率测试

采用静态阻垢法来评定膦基聚丙烯酸的阻垢性能，具体而言，即利用碳酸钙沉积法进行阻垢性能测定［4－5］。

2 试验结果与讨论

2.1 合成条件的优化

按照聚合物防垢剂的合成方法，通过正交试验优化反应条件（见表1）。由表1可知，试验最优水平组合为次磷酸钠／丙烯酸质量比为0.15∶1，催化剂含量为1.0%，引发剂双氧水加量为15%，反应时间为4h，反应温度为90℃。

表1 正交试验表

2.2 防垢剂加量对防垢率的影响

在试验温度为40℃、其他反应条件不变时，测定膦基聚丙烯酸不同质量浓度时的碳酸钙防垢率（见图1）。由图1可知，随着防垢剂加量的增加，防垢率逐渐增大，但其增大趋势逐渐减缓，当防垢剂加量在60mg／L后防垢率基本不随着防垢剂加量的增加而增大，因而将防垢剂的加量控制在60mg／L较为适宜。

2.3 温度对碳酸钙防垢率影响

在防垢剂加量为60mg／L、其他反应条件不变时，测定不同温度条件下膦基聚丙烯酸对碳酸钙防垢率（见图2）。由图2可知，膦基聚丙烯酸的碳酸钙防垢率随着温度的升高而降低，且防垢率都在88%以上，说明膦基聚丙烯酸有较好的耐温性。

图1 不同防垢剂加量对膦基聚丙烯酸防垢效果影响曲线图

图2 不同温度对膦基聚丙烯酸防垢效果影响曲线图

2.4 防垢剂的复配

将按最佳合成条件合成的膦基聚丙烯酸分别与杀菌剂SJ66和SJ99进行复配，测试单独的防垢剂和复配后的防垢剂（药剂加量均为50mg／L）在合水油田庄一联、庄二联等11种现场水样的防垢效果（见图3）。由图3可知，膦基聚丙烯酸与杀菌剂SJ66和SJ99进行复配后，都具有协同增效的作用，且合成产品与SJ66复配后的增效最显著。

3 结论

1）新型防垢剂膦基聚丙烯酸的最佳合成条件如下：次磷酸钠／丙烯酸质量比为0.15∶1，催化剂含量为1.0%，引发剂双氧水加量为15%，反应时间为4h，反应温度为90℃。

2）随着膦基聚丙烯酸加量的增加，防垢率逐渐增大，但是其增大的趋势逐渐减缓，当膦基聚丙烯酸加量在60mg／L后防垢率基本不再变化，因而其加量以60mg／L较为适宜。

3）膦基聚丙烯酸的碳酸钙防垢率随着温度的升高而降低，且防垢率都在88%以上，说明膦基聚丙烯酸具有较好的耐温性。

4）膦基聚丙烯酸与杀菌剂SJ66和SJ99进行复配后都具有协同增效的作用，且膦基聚丙烯酸与SJ66复配后的增效最显著。

图3 膦基聚丙烯酸及其与SJ66和SJ99复配后的防垢效果比较图

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