FMEE 與FMES 在油田核桃殼濾料清洗劑配方中的應用

鄭輝

（上海喜赫精細化工有限公司，上海 201620）

目前國內油田采出原油含水率高，特別是隨著清蠟防蠟、壓裂液助排、聚合物復合驅油等技術在油田開采過程中的應用，含有大量高分子化合物的污水加大了污水過濾系統負荷，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過濾罐過濾，濾罐中的濾材多選用成本低廉的核桃殼顆粒，通過核桃殼內部天然形成的多孔結構吸收污水中的油污和懸浮物[2]。核桃殼長時間使用后大部分孔隙會被堵塞，需定期更換。為減少濾料更換頻率，需對污染失效的核桃殼進行徹底清洗，使其恢復一定的過濾能力，提高重復利用率。

PO 嵌段FMEE 及其磺化后產物FMES 在40 ℃的常溫條件下對粘稠的油泥和瀝青膠質的乳化力強，對核桃殼內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，與環氧乙烷、環氧丙烷發生縮聚反應得到PO 封端FMEE 及其磺酸鹽FMES，應用于核桃殼濾料清洗工藝。

1 實驗

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，先后與環氧乙烷、環氧丙烷發生加成反應，再通過甲基化反應引入甲酯基團得FMEE，再與氨基磺酸發生磺化反應得FMES[4]。

1.2 測試方法

1.2.1 核桃殼凈洗率

將被污染的核桃殼濾料烘干后準確稱其質量記為m1；置于反沖洗試驗機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確稱其質量記為m2；烘干后的核桃殼用石油醚浸泡12 h后充分水洗并烘干，準確稱其質量記為m0，按照式（1）計算凈洗率。

1.2.2 吸光光度

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

2 實驗結果與討論

2.1 FMEE 與FMES 性能指標

分別測試產物FMEE 與FMES 的性能數據如表1所示。

表1 FMEE 與FMES 的各項性能指標

由表1 可知，FMEE 發泡力降低，可避免反沖洗環節產生過多泡沫[5]。FMEE 表面張力低，能夠迅速在核桃殼表面鋪展，快速擠壓核桃殼內部縫隙內的空氣，有利于清洗液進入核桃殼內部，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，分子量的進一步提高使其具有優異分散性，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 正交試驗因素水平確定

在油田污水處理過程中，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機鹽或金屬氧化物等硬垢顆粒。結合濾罐反沖洗設備的運行方式，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因素水平如表2，極差分析見表3。

表2 正交試驗因素水平

表3 正交實驗結果

2.3 各因素對凈洗效果影響

由表3 可知，FMEE 對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構，根據相似相溶原理，FMEE 有利于將核桃殼內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濾料核桃殼有優異的清洗性能。工業乙醇是一種性能優異的溶劑，沸點78 ℃，在核桃殼清洗的溫度條件下較為穩定，能快速溶解原油、瀝青以及高分子聚合物，乙醇對凈洗率的影響也較大。FMES 分子量大，分散性能優異，自身帶有強負電荷，易于結合濾料表面帶正電荷的污垢，對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+形成穩定的多元環狀結構，瓦解非水溶性的無機鹽沉積[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號實驗，FMEE，FMES，OP-8，EDDHA-Na，工業乙醇最佳用量分別為4、2、3、0.5和8 g·L-1。根據上述用量，將PO嵌段FMEE、喜赫FMES、OP-8、無磷乙二胺二鄰苯基乙酸鈉、乙醇五種原料按照質量比8∶4∶6∶1∶16復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 清洗劑用量對凈洗效果影響

依據表4配得清洗劑，以不同用量按1.2.1方法用于核桃殼清洗，通過分析清洗劑用量對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提升；但凈洗劑用量超過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 凈洗劑用量對凈洗率和吸光光度影響

2.5 現場應用

按照表5 配方制得核桃殼清洗劑用于聯合水站的濾料清洗，該站采用兩級沉降罐加兩級過濾對含油污水進行凈化。過濾器內核桃殼數量約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 個月，一般更換3 個月后濾壓差升高，12 個月后測試處理污水的含油量高達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要求。

參考2.4 的實驗結果將現場清洗工藝的清洗劑用量設定為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至原始棕褐色，過濾器內篩管、攪拌槳片、罐壁表面光亮如新。根據測試結果，清洗后過濾器出水口流速由312 m3·h-1提高至378 m3·h-1，出水口含油、懸浮物顯著降低，完全滿足回注水質要求。

3 結論

（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構，對核桃殼縫隙內的污垢清洗能力強，在30～45 ℃的低溫條件下對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%、工業乙醇16%、水65%的比例復配制得核桃殼清洗劑，并應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，完全符合回注水質標準。