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任公司臨汾分公司，山西臨汾 042300）

在煤層氣生產過程中，會排出懸浮細煤粉的排采水，如果直接排放，會造成環(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煤粉的淀粉磷酸酯。

煤層氣；細煤粉；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，在煤層氣井生產過程中，會排出懸浮細煤粉的排采水，沉降時間超過24h，直接排放會造成環(huán)境污染。若在廢水中加入絮凝劑，使細煤粉絮凝成較大的絮凝體，快速分離出來，能達到凈化水質的目的。

淀粉磷酸酯對細煤粉具有絮凝效果[1]，淀粉磷酸酯為天然高分子，分子上的羥基和磷酸鹽基團可對細煤粉產生吸附架橋和因極性基表面吸附作用，形成絮團沉降[2]。國內淀粉資源豐富，若能充分利用淀粉資源，能達到良好的經濟效益。

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煤粉。

2 設計和研究方法

2.1 酯化劑的選擇

淀粉中含有三個羥基，均能與磷酸基團發(fā)生反應。Na2HPO4和NaH2PO4是正磷酸鹽，與淀粉發(fā)生一酯化反應反應生成淀粉磷酸單酯，且兩種鹽作用各不相同，本次實驗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，由于半干法對設備要求不高，且混合過程在液相中進行，混合程度比較均勻，本次實驗采用半干法。

2.3 引發(fā)劑的選擇

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

3 實驗

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，調節(jié)適當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，反應一定時間，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，高溫酯化反應一定時間，冷卻水洗，再干燥得到產物。

實驗過程中應考慮到反應溫度、反應時間、單體濃度、引發(fā)劑加量及pH值。

3.2 反應條件的選擇

（1）單體加量的選擇

吸光率降低率隨著質量比增大，在1∶1時達到最大值，若繼續(xù)增加吸光度降低率變小，且產物中游離磷增多，因此最佳的單體配比為1∶1。淀粉中羥基數量不變，單體加量少會導致產品濃度低，隨溶劑流失較多，加量多時殘留磷酸鹽較多，反應效率降低。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）反應溫度的選擇

溫度過低時酯化反應速率較低，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，且溫度過高產物會出現炭化情況。因此最佳反應溫度為150℃，吸光度為0.191 1，吸光度降低率為84.49%。

（3）反應時間的選擇

反應時間過短會導致反應進行不完全，而反應2.5h的吸光度降低率與2h幾乎無變化證明2h時反應已完成，繼續(xù)反應耗能更高，因此最佳反應時間為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)劑加量少時酯化反應產生活性中心少，反應速率低，單體殘余量多；當加量過多時速率增加緩慢。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值較低時淀粉過度水解黏度降低，較高時淀粉糊化影響反應效率，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

單因素實驗后，采用正交試驗進行優(yōu)化，采用五因素四水平正交實驗表。處理結果如表1：

表1 正交試驗表

對實驗的影響因素由大到小分別是：反應溫度、反應時間、引發(fā)劑加量、pH值和單體加量。優(yōu)化后的反應條件是反應溫度150℃，反應時間2h，引發(fā)劑加量6g，pH值5.5，單體加量12g。

3.4 合成絮凝劑

根據實驗結果，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2h，冷卻水洗，再干燥得到產物。

4 結論

1）采用尿素為催化劑，通過酯化反應合成淀粉磷酸酯絮凝劑。

2）研究了影響反應的因素如反應溫度、引發(fā)劑加量、單體加量、反應時間及pH值，得出合成的最佳條件為：單體配比1∶1，反應溫度150℃，引發(fā)劑加量4g，單體濃度12g，反應時間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，主要負責油田生產中經濟用電分析的技術工作。

收稿日期：2017–04–06

作者簡介： 鄢崢（1990—），男，四川成都人，助理工程師，主要研究方向為應用化學。