聚氨酯石油破乳劑的合成及破乳原理

史法勝，龐寶才，邢書榮，戴元權

(1.青島科技大學 山東省生物化學工程重點實驗室，山東 濟南 250014；2. 山東中醫藥大學附屬醫院，山東 濟南 250014)

原油破乳劑分為陰離子、陽離子、非離子及高分子聚醚、聚酯型幾大類。我們所從事的研究為非離子PO-EO-嵌段共聚物以及高分子聚氧丙烯聚氨酯、PO-EO-嵌段共聚物聚氨酯破乳劑。先后研制了BP-2060、BP-2070、BP-2020、SP-169以及POI-2000、POI-2420等，在全國各油田推廣應用，取得了很好的經濟效益和社會效益。打破了依靠進口的局面，遺憾的是，雖然破乳劑研制的種類很多，效果也很好，但破乳原理至今沒有人提出自己的學說。作者曾在一篇論文中提出絮凝的原理。但上述破乳原理一直困擾著作者，經長期思考，將提出一個重要的理論，供大家討論。

1 實驗部分

1.1 聚氧丙烯聚氨酯的原油破乳劑的合成

1.1.1 丙二醇聚氧丙烯醚的合成

1.1.1.1 原料及規格

1.2一丙二醇：試劑或無水工業品；環氧丙烷：含量≥98% ，含醛含水≤0.1%； 氫氧化鉀：試劑(粒狀)。

1.1.1.2 原料配比

1.2一丙二醇：一份(質量)；環氧丙烷：199份(質量)。

1.1.2 反應方程式及聚氨酯的合成

1.1.3 操作方法

將計量的丙二醇和KOH置于250 mL的高壓釜中。封閉釜蓋，用氮氣吹掃釜內和管線中的空氣，將計量的環氧丙烷(PO)置于加料罐中。啟動攪拌并升溫至130℃，緩慢滴入環氧丙烷。滴畢繼續反應30min。所得產物為BP-09。稱取計量的BP-09和KOH置于250 mL高壓釜中，封閉覆蓋，用氮氣吹掃釜內和管線中的空氣，將計量的環氧丙烷置于加料罐中。按上述操作方法，緩慢滴加環氧丙烷，滴畢繼續反應30min，得到1∶99的丙二醇聚醚，稱作BP-99。取BP-99和KOH置于高壓釜中，按上述方法，滴入環氧丙烷，滴畢后繼續反應30min即得到1∶99的丙二醇聚醚(BP-99)，其相對分子質量約為2500 。

按配比量將BP-199和二甲苯加于500 mL三口瓶中，裝上攪拌器、溫度計和滴液漏斗。將甲苯二異氰酸酯(T.D.I)置于滴液漏斗，在油浴上升溫并攪拌。當溫度升至40℃時，緩慢滴加甲苯二異氰酸酯。滴畢，在40～80℃繼續反應0.5～1 h ，得到濃度為33%的粘稠液體。

1.2 PO-EO-嵌段共聚物聚氨酯原油破乳劑的合成

反應方程式：

式中：EO為ethylene oxid (環氧乙烷)

PO 為propylene oxid (環氧丙烷)

1.3 破乳性能

高分子聚丙二醇聚氨酯及PO-EO-嵌段共聚物聚氨酯(POI-2420)的破乳性能見表1和表2。

表1 各種破乳劑對勝利油田坨一站原油破乳效果

表2 PUA和PUE對大港油田高32# 井原油破乳效果

以POI-2420為代表的高分子聚醚聚氨酯原油破乳劑與效果較好的原油破乳劑相比(表1)POI-2420的破乳速度快，破乳能力強是顯而易見的。PUA為高分子聚丙二醇聚氨酯乳液，從表2可以看出，PUA的破乳效果仍然很好，無毒無味，便于生產和應用。

2 討論

(1)聚氧丙烯聚氨酯高分子化合物，就化學結構來看，它不是一個表面活劑，不存在親水基和疏水基，它是一個油溶性高分子化合物。但是它具有極強的破壞原油乳液的能力，其原理就在于氫鍵的形成，我們稱為氫鍵效應。這種高分子化合物平均分子量都在幾百萬左右，分子中存在著大量的氧原子。我們知道氧原子具有極強的吸電子作用，而氫原子具有給電子的能力。分子中氧原子吸著水分子中氫，形成氫鍵，帶有大量氧原子的高分子化合物吸引著大量的水分子，水分子聚集起來就形成水滴，小水滴逐漸變成大水滴，在重力作用下，沉降到油層下面，從而使油水分離，達到破乳的目的。我們把分子中的聚氧丙烯部分和水分子作用的情況，示意式表示一下：

由于高分子聚醚是油溶性的，它和原油相溶性很好，很容易進入(w/o)的原油乳液中，一旦形成氫鍵，乳液就會破壞，油和水分離，達到破乳的目的。浙江大學化工系相繼合成了超高(UH)相對分子質量的聚丙二醇，同樣具有超強的破乳能力。

(2)PO-EO-嵌段共聚物聚氨酯破乳劑的合成是在聚丙二醇聚氨酯的基礎上研制的又一品種。為了增加水溶性及使用性，在分子中又引進了聚乙二醇部分。最典型的產品為POI-2420，它雖然具有親水基和疏水基，由于相對分子質量很大，不溶于水，是油溶性的，它的聚丙二醇部分，仍然有多個氧原子，同樣具有氫鍵效應。

POI-2420是一種十分優良的石油破乳劑，對各種類型的原油都具有優秀的破乳效果。同時兼有清蠟、降粘、低溫輸送的效果，是一種多功能的破乳劑。綜上所述，氫鍵的形成是破乳機理的有利說明，歡迎同行們進行討論。