絮凝劑在煤層氣井采出水處理中的研究

鄢 崢

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司臨汾分公司，山西臨汾 042300）

絮凝劑在煤層氣井采出水處理中的研究

鄢 崢

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司臨汾分公司，山西臨汾 042300）

在煤層氣生產(chǎn)過程中，會(huì)排出懸浮細(xì)煤粉的排采水，如果直接排放，會(huì)造成環(huán)境污染。目前在工業(yè)廢水處理上采用絮凝沉淀法，研制出能絮凝排采水中的細(xì)煤粉的淀粉磷酸酯。

煤層氣；細(xì)煤粉；絮凝劑；淀粉磷酸酯

1 緒論

目前在工業(yè)廢水處理上采用絮凝沉淀法，在煤層氣井生產(chǎn)過程中，會(huì)排出懸浮細(xì)煤粉的排采水，沉降時(shí)間超過24h，直接排放會(huì)造成環(huán)境污染。若在廢水中加入絮凝劑，使細(xì)煤粉絮凝成較大的絮凝體，快速分離出來，能達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

淀粉磷酸酯對(duì)細(xì)煤粉具有絮凝效果[1]，淀粉磷酸酯為天然高分子，分子上的羥基和磷酸鹽基團(tuán)可對(duì)細(xì)煤粉產(chǎn)生吸附架橋和因極性基表面吸附作用，形成絮團(tuán)沉降[2]。國(guó)內(nèi)淀粉資源豐富，若能充分利用淀粉資源，能達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益。

本課題研究的目的是制備一種高效無毒，成本合理的淀粉磷酸酯絮凝劑，使其能夠絮凝排采水中的細(xì)煤粉。

2 設(shè)計(jì)和研究方法

2.1 酯化劑的選擇

淀粉中含有三個(gè)羥基，均能與磷酸基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。Na2HPO4和NaH2PO4是正磷酸鹽，與淀粉發(fā)生一酯化反應(yīng)反應(yīng)生成淀粉磷酸單酯，且兩種鹽作用各不相同，本次實(shí)驗(yàn)選用兩種鹽的混合物作為酯化劑。

2.2 制備方法的確定

淀粉磷酸酯的制備方法主要有濕法、半干法、干法，由于半干法對(duì)設(shè)備要求不高，且混合過程在液相中進(jìn)行，混合程度比較均勻，本次實(shí)驗(yàn)采用半干法。

2.3 引發(fā)劑的選擇

尿素在催化磷酸酯化反應(yīng)中可通過提高酯化程度，降低降解程度提高結(jié)合磷含量，利于在煤粉粒上的吸附，還能參與反應(yīng)生成含有氮取代基的磷酸基團(tuán)，本次實(shí)驗(yàn)采用尿素作為引發(fā)劑。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 合成步驟

（1）在燒杯中將一定配比的Na2HPO4和NaH2PO4溶于蒸餾水，調(diào)節(jié)適當(dāng)pH值，邊攪拌邊加入玉米原淀粉，得到淀粉漿；

（2）將燒杯放入50℃恒溫水浴中，開啟攪拌器，加入尿素催化劑，反應(yīng)一定時(shí)間，真空抽濾得到濕淀粉濾餅；

（3）將濕淀粉濾餅于40～50℃干燥至含水率15%以下，粉碎過篩，高溫酯化反應(yīng)一定時(shí)間，冷卻水洗，再干燥得到產(chǎn)物。

實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)考慮到反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、單體濃度、引發(fā)劑加量及pH值。

3.2 反應(yīng)條件的選擇

（1）單體加量的選擇

吸光率降低率隨著質(zhì)量比增大，在1∶1時(shí)達(dá)到最大值，若繼續(xù)增加吸光度降低率變小，且產(chǎn)物中游離磷增多，因此最佳的單體配比為1∶1。淀粉中羥基數(shù)量不變，單體加量少會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品濃度低，隨溶劑流失較多，加量多時(shí)殘留磷酸鹽較多，反應(yīng)效率降低。因此最佳單體濃度為12g，吸光度為0.155 3，吸光度降低率為87.39%。

（2）反應(yīng)溫度的選擇

溫度過低時(shí)酯化反應(yīng)速率較低，吸光度降低率較小，隨著溫度升高吸光度降低率逐漸增大，但在150℃后開始減少，且溫度過高產(chǎn)物會(huì)出現(xiàn)炭化情況。因此最佳反應(yīng)溫度為150℃，吸光度為0.191 1，吸光度降低率為84.49%。

（3）反應(yīng)時(shí)間的選擇

反應(yīng)時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)進(jìn)行不完全，而反應(yīng)2.5h的吸光度降低率與2h幾乎無變化證明2h時(shí)反應(yīng)已完成，繼續(xù)反應(yīng)耗能更高，因此最佳反應(yīng)時(shí)間為2h，吸光度為0.228 6，吸光度降低率為81.44%。

（4）引發(fā)劑加量的選擇

引發(fā)劑加量少時(shí)酯化反應(yīng)產(chǎn)生活性中心少，反應(yīng)速率低，單體殘余量多；當(dāng)加量過多時(shí)速率增加緩慢。因此最佳引發(fā)劑加量為6g，吸光度為0.189 1，吸光度降低率為84.65%。

（5）pH值的選擇

pH值較低時(shí)淀粉過度水解黏度降低，較高時(shí)淀粉糊化影響反應(yīng)效率，因此控制在5.5最佳，吸光度為0.189 3，吸光度降低率為84.63%。

3.3 正交試驗(yàn)

單因素實(shí)驗(yàn)后，采用正交試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，采用五因素四水平正交實(shí)驗(yàn)表。處理結(jié)果如表1：

表1 正交試驗(yàn)表

對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響因素由大到小分別是：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、引發(fā)劑加量、pH值和單體加量。優(yōu)化后的反應(yīng)條件是反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)時(shí)間2h，引發(fā)劑加量6g，pH值5.5，單體加量12g。

3.4 合成絮凝劑

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按以下步驟合成絮凝劑：

（1）將6g Na2HPO4和6g NaH2PO4溶于75mL蒸餾水，加入100g玉米淀粉，調(diào)節(jié)pH值至5.5，得到淀粉漿；

（2）在50℃的恒溫水浴中開啟攪拌器，加入6g尿素，反應(yīng)30min得到濕淀粉濾餅；

（3）將濕淀粉濾餅于40～50℃真空抽濾干燥至含水率15%以下，粉碎過篩，150℃下酯化反應(yīng)2h，冷卻水洗，再干燥得到產(chǎn)物。

4 結(jié)論

1）采用尿素為催化劑，通過酯化反應(yīng)合成淀粉磷酸酯絮凝劑。

2）研究了影響反應(yīng)的因素如反應(yīng)溫度、引發(fā)劑加量、單體加量、反應(yīng)時(shí)間及pH值，得出合成的最佳條件為：?jiǎn)误w配比1∶1，反應(yīng)溫度150℃，引發(fā)劑加量4g，單體濃度12g，反應(yīng)時(shí)間2h，pH值5.5。

[1] 李文德，張力田，張新建.薯類淀粉磷酸酯用為細(xì)粉絮凝劑的研究[J].淀粉與淀粉糖，1993，（2）：10-14.

[2] Whistler.Roy L.Methods in carbohydrate chemistry[M].Academic Press：1964.

Study on Flocculant in Coalbed Methane Well Water Treatment

Yan Zheng

In the process of coalbed methane production，the discharge of suspended fine pulverized coal is discharged，and if it is discharged directly，it will cause environmental pollution.At present，the fl occulation and sedimentation method of industrial wastewater treatment is used to develop the starch phosphate of the fi ne pulverized coal in fl occulation.

coalbed methane；f i ne coal powder；f l occulant；starch phosphate

X752

：A

：1003–6490（2017）04–0224–02

2017–04–07

劉粉玲（1987—），女，陜西靖邊人，助理工程師，主要負(fù)責(zé)油田生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)用電分析的技術(shù)工作。

收稿日期：2017–04–06

作者簡(jiǎn)介： 鄢崢（1990—），男，四川成都人，助理工程師，主要研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué)。