FMEE 與FMES 在油田核桃殼濾料清洗劑配方中的應(yīng)用

鄭輝

（上海喜赫精細(xì)化工有限公司，上海 201620）

目前國(guó)內(nèi)油田采出原油含水率高，特別是隨著清蠟防蠟、壓裂液助排、聚合物復(fù)合驅(qū)油等技術(shù)在油田開(kāi)采過(guò)程中的應(yīng)用，含有大量高分子化合物的污水加大了污水過(guò)濾系統(tǒng)負(fù)荷，增加了污水處理難度[1]。

由破乳與沉降后分離出的污水再經(jīng)過(guò)濾罐過(guò)濾，濾罐中的濾材多選用成本低廉的核桃殼顆粒，通過(guò)核桃殼內(nèi)部天然形成的多孔結(jié)構(gòu)吸收污水中的油污和懸浮物[2]。核桃殼長(zhǎng)時(shí)間使用后大部分孔隙會(huì)被堵塞，需定期更換。為減少濾料更換頻率，需對(duì)污染失效的核桃殼進(jìn)行徹底清洗，使其恢復(fù)一定的過(guò)濾能力，提高重復(fù)利用率。

PO 嵌段FMEE 及其磺化后產(chǎn)物FMES 在40 ℃的常溫條件下對(duì)粘稠的油泥和瀝青膠質(zhì)的乳化力強(qiáng)，對(duì)核桃殼內(nèi)部微小縫隙的污垢有良好的清除能力[3]。該研究以C14-16脂肪酸為初始原料，與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷發(fā)生縮聚反應(yīng)得到PO 封端FMEE 及其磺酸鹽FMES，應(yīng)用于核桃殼濾料清洗工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 帶PO 支鏈FMEE 與FMES 的合成路線

以C16-18脂肪酸為初始原料，先后與環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷發(fā)生加成反應(yīng)，再通過(guò)甲基化反應(yīng)引入甲酯基團(tuán)得FMEE，再與氨基磺酸發(fā)生磺化反應(yīng)得FMES[4]。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 核桃殼凈洗率

將被污染的核桃殼濾料烘干后準(zhǔn)確稱其質(zhì)量記為m1；置于反沖洗試驗(yàn)機(jī)30～40 ℃常溫水沖洗30 min，靜置5 min后移出上層清洗液，將核桃殼放入烘箱烘干后準(zhǔn)確稱其質(zhì)量記為m2；烘干后的核桃殼用石油醚浸泡12 h后充分水洗并烘干，準(zhǔn)確稱其質(zhì)量記為m0，按照式（1）計(jì)算凈洗率。

1.2.2 吸光光度

將核桃殼清洗后靜置5 min，用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)420 nm處檢測(cè)上層殘液吸光度，吸光度越大表明殘液中來(lái)自濾料脫落的污垢越多，清洗劑的清洗效果越好。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 FMEE 與FMES 性能指標(biāo)

分別測(cè)試產(chǎn)物FMEE 與FMES 的性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 FMEE 與FMES 的各項(xiàng)性能指標(biāo)

由表1 可知，F(xiàn)MEE 發(fā)泡力降低，可避免反沖洗環(huán)節(jié)產(chǎn)生過(guò)多泡沫[5]。FMEE 表面張力低，能夠迅速在核桃殼表面鋪展，快速擠壓核桃殼內(nèi)部縫隙內(nèi)的空氣，有利于清洗液進(jìn)入核桃殼內(nèi)部，減弱油污與核桃殼表面的附著力[6]。FMEE 磺化后得到陰離子型表面活性劑FMES，分子量的進(jìn)一步提高使其具有優(yōu)異分散性，在30～45 ℃低溫條件下泡沫低，適用于清洗核桃殼濾料的反沖洗[7]。

2.2 正交試驗(yàn)因素水平確定

在油田污水處理過(guò)程中，核桃殼濾料截留的污垢主要是原油、高聚物壓裂液以及沉積在濾料表面的無(wú)機(jī)鹽或金屬氧化物等硬垢顆粒。結(jié)合濾罐反沖洗設(shè)備的運(yùn)行方式，選擇低泡沫的FMEE、FMES、EDDHA-Na、乳化劑OP-8、溶劑乙醇作濾料清洗劑原料，確定濾料清洗正交試驗(yàn)因素水平如表2，極差分析見(jiàn)表3。

表2 正交試驗(yàn)因素水平

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 各因素對(duì)凈洗效果影響

由表3 可知，F(xiàn)MEE 對(duì)凈洗率的影響較為明顯，PO 嵌段FMEE 與原油、瀝青有類似的碳烴結(jié)構(gòu)，根據(jù)相似相溶原理，F(xiàn)MEE 有利于將核桃殼內(nèi)部縫隙的原油和瀝青增溶乳化[8]，在30～45 ℃的較低溫度條件下對(duì)濾料核桃殼有優(yōu)異的清洗性能。工業(yè)乙醇是一種性能優(yōu)異的溶劑，沸點(diǎn)78 ℃，在核桃殼清洗的溫度條件下較為穩(wěn)定，能快速溶解原油、瀝青以及高分子聚合物，乙醇對(duì)凈洗率的影響也較大。FMES 分子量大，分散性能優(yōu)異，自身帶有強(qiáng)負(fù)電荷，易于結(jié)合濾料表面帶正電荷的污垢，對(duì)硬表面粘稠的污垢剝離效果明顯。辛基酚聚氧乙烯醚OP-8 可將油污乳化成（O/W）型親水的微乳液并脫離硬表面[9]。螯合劑乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na可與Ca2+、Mg2+、Fe2+形成穩(wěn)定的多元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，瓦解非水溶性的無(wú)機(jī)鹽沉積[10]，由表3可知EDDHA-Na 影響因素最小，主要原因是核桃殼表面非水溶性金屬鹽占比較小。

表3中清潔率最高的14號(hào)實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)MEE，F(xiàn)MES，OP-8，EDDHA-Na，工業(yè)乙醇最佳用量分別為4、2、3、0.5和8 g·L-1。根據(jù)上述用量，將PO嵌段FMEE、喜赫FMES、OP-8、無(wú)磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉、乙醇五種原料按照質(zhì)量比8∶4∶6∶1∶16復(fù)配制得核桃殼清洗劑，配方如表4。

表4 核桃殼清洗劑配方

2.4 清洗劑用量對(duì)凈洗效果影響

依據(jù)表4配得清洗劑，以不同用量按1.2.1方法用于核桃殼清洗，通過(guò)分析清洗劑用量對(duì)凈洗率和殘液吸光度影響確定了適用于該廢棄核桃殼清洗的最佳用量。

由表5可知，隨著凈洗劑用量從5 g·L-1提高至35 g·L-1，核桃殼的凈洗率和殘液吸光度相應(yīng)提升；但凈洗劑用量超過(guò)25 g·L-1后吸光度升幅不明顯。由此確定凈洗劑的最佳用量為25 g·L-1。

表5 凈洗劑用量對(duì)凈洗率和吸光光度影響

2.5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

按照表5 配方制得核桃殼清洗劑用于聯(lián)合水站的濾料清洗，該站采用兩級(jí)沉降罐加兩級(jí)過(guò)濾對(duì)含油污水進(jìn)行凈化。過(guò)濾器內(nèi)核桃殼數(shù)量約6 000 kg，核桃殼平均粒徑1.0 mm。正常核桃殼濾料的更換周期約12～16 個(gè)月，一般更換3 個(gè)月后濾壓差升高，12 個(gè)月后測(cè)試處理污水的含油量高達(dá)2.40 m·L-1，懸浮物1.70 m·L-1，粒徑中值＞2.0 um，已不能滿足回注水質(zhì)要求。

參考2.4 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果將現(xiàn)場(chǎng)清洗工藝的清洗劑用量設(shè)定為2.5%，用30～45 ℃的沖洗水浸泡24 h，打氣并攪拌30 min后常溫水反洗，流量100 m3·h-1，反洗后的核桃殼基本恢復(fù)至原始棕褐色，過(guò)濾器內(nèi)篩管、攪拌槳片、罐壁表面光亮如新。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，清洗后過(guò)濾器出水口流速由312 m3·h-1提高至378 m3·h-1，出水口含油、懸浮物顯著降低，完全滿足回注水質(zhì)要求。

3 結(jié)論

（1）PO 嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE 及其磺酸鹽FMES與原油有類似的碳烴結(jié)構(gòu)，對(duì)核桃殼縫隙內(nèi)的污垢清洗能力強(qiáng)，在30～45 ℃的低溫條件下對(duì)核桃殼濾料有良好的清洗效果。

（2）按照PO嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE 8%、磺酸鹽FMES 4%、辛基酚聚氧乙烯醚OP-8 6%、乙二胺二鄰苯基乙酸鈉EDDHA-Na 1%、工業(yè)乙醇16%、水65%的比例復(fù)配制得核桃殼清洗劑，并應(yīng)用于污水站的濾料清洗，清洗劑用量為2.5%，清洗用水為30～45 ℃的處理后污水，清洗后過(guò)濾器流速由312 m3·h-1提高至378 m3·h-1，出水口含油量、懸浮物殘留量顯著降低，完全符合回注水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。