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高性能氟碳表面活性剂介绍

2019年08月01日 点击:

一, 高性能氟碳表面活性剂简介:

氟表面活性剂是特种表面活性剂的一类。普通表面活性剂的碳氢链中的氢原子部分或全部被氟原子取代后,具有碳氟链憎水基的表面活性剂被称为氟表面活性剂。氟表面活性剂的亲水基部分和普通表面活性剂的亲水基是基本一样的,它的分类也和碳氢表面活性剂相同,按离子性分类。与碳氢表面活性剂相比,氟表面活性剂主要有以下优点:

(1) 高表面活性。氟表面活性剂是迄今为止所有表面活性剂中表面活性最高的一种,这也是氟表面活性剂最重要的性质。它在浓度很低时就能使溶液的表面张力显著降低。一般氟表面活性剂的浓度为0. 01 %左右时,其水溶液的表面张力可以降低至1520 mN/ m

(2) 高化学稳定性。氟表面活性剂中的C2F 键十分稳定,使它具有很高的抗强酸、强碱、强氧化剂的能力,可以在更多苛刻的环境中使用。

(3) 高热稳定性。一般氟表面活性剂加热到400 ℃以上不会分解,这也与C2F 键十分稳定有关。

(4) 既憎水又憎油。氟表面活性剂分子中的含氟烃基,既是憎水基又是憎油基,这使一些含氟表面活性剂在固体材料的表面不能粘附水性或油性的物质,大大减少了污染。

(5) 良好的润湿渗透性和起泡稳泡性。添加氟表面活性剂的液体润湿力和渗透力大为提高,在各种不同的物质表面上都能很容易润湿铺展。在普通表面活性剂不能起泡的物质中,使用氟表面活性剂可以形成稳定的泡沫。

(6) 优良的复配性能。氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配后,具有更高的降低表面张力的能力。这可以大大降低氟表面活性剂的使用成本。

而且氟表面活性剂在水中可以形成含水的稳定液晶,成为不溶于水的活性物质,分散于水中,从而使任何两种不同类型的氟表面活性剂可以相互复配。

(7) 环境友好。氟表面活性剂的毒性很低,而且使用浓度很小,对环境的污染比较轻微。

(8) 其它优良性能。包括乳化分散性、抗静电性、润滑流平性、脱膜性等。

由于氟表面活性剂具有许多比碳氢表面活性剂和其它特种表面活性剂更加优良的特性,使其在化学、机械、纺织、电气、造纸、颜料涂料、油墨、玻璃陶瓷、冶金、燃料、皮革、感光材料、建筑、石油、消防等众多工业领域有十分广泛的用途。

二,氟表面活性剂的不同用途:

1) 阴离子型氟表面活性剂。主要包括羧酸盐型(CnF2n + 1COONaCnF2n + 1 (CH2 ) mCOONa) 、磺酸盐型(CnF2n + 1 SO3Na CnF2n + 1C6H4SO3Na) 、硫酸酯盐型(CnF2n + 1 (CH2) mOSO3Na) 和磷酸酯盐型。适用领域有:洗涤剂、涂料颜料添加剂、乳化剂、分散剂、润湿剂、氟蛋白灭火剂、起泡剂、抗静电剂、铬雾抑制剂、流平剂、脱膜剂、纸张防油处理剂等。

2) 阳离子型氟表面活性剂。主要包括季铵盐型和氧化胺型。适用领域有:洗净剂、涂料颜料和油墨添加剂、乳化剂、润湿剂、防水防油剂、皮革纤维加工添加剂、流平剂、电镀浴添加剂、浮选剂、金属缓释添加剂、铺展剂、脱膜剂等。

3) 两性型氟表面活性剂。主要为甜菜碱型。适用领域有:灭火剂、乳化剂、分散剂、纤维树脂加工添加剂、增泡剂、稳泡剂、金属缓释添加剂、润湿剂、石油捕集剂等。

4) 非离子型氟表面活性剂。主要为聚乙二醇型。适用领域有:洗净剂、涂料颜料添加剂、乳化剂、润湿剂、流平剂、铺展剂、抗静电剂、石油捕集剂、脱膜剂等。

三,氟表面活性剂在石油工业的应用

在石油工业中,表面活性剂广泛应用于采油、钻井、原油降粘降凝、原油破乳脱水集油、炼油等各种生产环节,对于提高原油采收率、保证钻井安全、提高原油质量、保护原油运输设备、减少环境污染等有重要作用。表面活性剂已经成为石油工业中必不可少的化学助剂。氟表面活性剂由于具有特殊的化学性能,尽管其价格较高,但在能源紧张、石油工业面临严峻挑战的今天,它仍然受到越来越广泛的关注。

(1) 驱油添加剂

石油开采可分为三个阶段。一次采油是依靠地层能量进行自喷开采产量约占蕴藏量的5 %20 %。在地层能量释放以后用人工注水或注气的方法,增补油藏能量,维持地层压力,使原油得到连续开采,称之为二次采油,其采收率约为15 %20 %。当二次采油开展几十年后,剩余60 %70 %的原油以不连续的油块被圈捕在油藏砂岩孔隙中,必须依靠其它物理和化学方法进行开采,这样的开采称之为三次采油。表面活性剂作为驱油添加剂开采原油是三次采油的重要方法。表面活性剂可以降低原油与驱油体系的油水界面张力至103 mN/ m(称为超低界面张力) ,增加洗油效率,使原油从岩石和油砂上脱离出来,与驱油体系一起被水驱替到地面,从而提高采收率。同时,由于原油与碱作用可以生成石油皂,而加入的表面活性剂与石油皂能够产生复配增效作用,进一步提高了表面活性。根据前面的介绍,氟表面活性剂有很高的表面活性,但是仅仅把它作为添加剂驱油是不现实的,因为氟表面活性剂的成本十分昂贵。我们可以用廉价的表面活性剂作为主要添加剂,如石油磺酸盐、石油羧酸盐、天然羧酸盐等,然后复配极少量的氟表面活性剂。由于氟表面活性剂的高表面活性和良好的复配性能,这样的驱油体系会有更高的驱油效果。

另外,氟表面活性剂能提高和改善地层岩石的润湿性、渗透性、扩散性以及原油的流动性,也可以被用作热采工艺中的表面活性剂,以进一步提高驱油效率。由氟表面活性剂稳定的泡沫用于地下油线流的形成,从而降低和控制气体驱动流体的流动性。

驱动气体为惰性气体,CO2N2CH4,氟表面活性剂溶液与两性或阴离子碳氢表面活性剂溶液混合,这种泡沫液形成的泡沫与油接触时远比单独使用碳氢表面活性剂生成的泡沫稳定。比较合适的氟表面活性剂有全氟甜菜碱、全氟磺酸甜菜碱和全氟羧酸甜菜碱。氟表面活性剂和异聚醚表面活性剂复配而成的起泡剂,可以使注入到油层的低碳醇起泡,从而使油气层破裂或原地层裂缝扩展延伸,达到释放出油气、增加采收率的目的。

(2) 原油破乳剂

近年来,随着原油开采进入中后期,原油中胶质、沥青质含量增加,使得原油乳状液更加稳定;加上采油技术的不断开发和应用,大量的表面活性剂用来驱油,使原油的组成变得更加复杂,油田采出的原油含水含盐率逐年增加 。原油破乳对开采、集输和加工过程十分重要。原油中含有以上杂质,会增加泵、管线和储罐负荷,引起金属表面腐蚀和结垢;而排放的水中含油也会造成环境污染和原油浪费。因此不论从经济角度,还是从环境保护角度,均需对原油进行破乳脱水和污水除油。原油破乳的关键是改变油水界面的性质,降低界面张力和膜的强度。界面活性越高、降低油水界面张力和膜强度能力越强的破乳剂,其破乳效果越好。目前国内外多数使用聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物作为原油破乳剂中的表面活性剂。由于氟表面活性剂具有很高的表面活性,它与碳氢表面活性剂复配,可以显著降低油水界面张力,达到比普通表面活性剂更优秀的破乳效果。目前随着破乳剂的发展,复配型的破乳剂越来越受到重视,氟表面活性剂必将发挥更加重要的作用。

(3) 原油捕集剂

在河流和海洋上运输石油时,原油泄漏事故时有发生,而水面上的石油会迅速扩散到相当大的区域,对水环境和生物资源造成严重污染和破坏。表面活性剂的加入可以降低海水(或河水的表面张力,使原油不能在水面上扩散铺展,而使油面收缩集中,形成一定厚度的油层,便于清理收集原油,减少环境污染和危害。这样的体系被称为原油捕集剂或集油剂。

将氟表面活性剂与碳氢表面活性剂复配,作为原油捕集剂中的表面活性剂,具有更高的界面活性,能更大程度降低水的表面活性,从而使原油迅速收缩集中,在更短的时间内实现更好的集油效果,将危害减小到最低限度。

(4) 石油灭火剂

石油中含有85 %87 %的碳和11 %14 %的氢,闪点低,极易燃烧,而且燃烧速度快,发热量高。因此,选择一种高效灭火剂无疑对及时有效地扑灭火灾至关重要。氟表面活性剂在石油灭火剂中有不可替代的重要作用。其中氟蛋白泡沫灭火剂和轻水灭火剂已经成为扑灭石油、柴油、汽油等油类火灾的首选灭火剂。在第三部分中将对此作详细介绍。

(5) 其它应用

(1) 压裂液助排剂。在压裂液中添加一种阴离子氟表面活性剂作为助排剂,增加压裂效果,利用水基压裂可以提高原油产量。

(2) 燃油增效剂。在燃料油中加入氟表面活性剂,可以使燃油充分雾化,燃烧完全,提高燃烧效率,节省燃料,降低尾气排放,减小环境污染,而且能改善发动机工作状况,延长机械寿命。

(3) 油罐防腐剂。石油中的水分和盐类能够腐蚀油罐,根据氟表面活性剂憎水憎油的特点,采用含氟表面活性剂的涂料涂覆于油罐内壁,可以明显延长油罐的使用寿命,并且能稳定原油质量。

(4) 原油蒸发抑制剂。氟表面活性剂的高表面活性和良好的铺展性能,可以在原油表面形成一层水膜,从而有效地抑制原油蒸发。

三,高性能氟碳表面活性剂生产及产品AF系列介绍:

AF系列氟碳表面活性剂具有高表面活性、高热稳定性及高化学稳定性等特点,产量、质量稳定,性能超过进口产品,能提高和改善开采液对地层岩石的润湿性、渗透性、扩散性及原油的流动性,有效降低油水界面张力,提高泡沫的强度和稳定性。对地层伤害小,在高温、酸性、矿化度高的恶劣环境下性能稳定。该产品经克拉玛依、辽河油田、长庆油田等单位使用后,得到良好评价,是目前市场上性价比最好的产品。其中:

l AF4018-YAF4018-SJ用于助排破乳、压裂酸化;

l AF4018-G用于活性剂驱油;

l AF4018-R用于热采,降粘。

(3) 理化指标:


AF4018-Y

AF4018-SJ

AF4018-G

AF4018-R

外观

浅黄色液体

浅褐色液体

浅褐色液体

浅褐色液体

PH (0.5%)

6~7

6~7

6~7

5~8

溶解度(水)

任何比例溶解

任何比例溶解

任何比例溶解

任何比例溶解

离子型

非离子型

阳离子型

非离子型

非离子型

含量

25%

27%

25%

25%

(4) 不同浓度的水溶液表面张力:单位: dyn/cm


0.01%

0.005%

0.003%

0.002%

0.001%

AF4018-Y

15.96

16.1

16.23

16.46

17.47

AF4018-G

15.88

16.05

16.72

17.65

19.92

AF4018-R

16.26

16.35

16.53

16.80

17.86

AF4018-SJ






误差±0.6dyn/cm

(5) 在超高含盐矿层水中不同浓度的表面张力(中原油田矿层水)

单位: dyn/cm


0.03%

0.01%

0.005%

0.003%

0.001%

AF4018-Y

16.50

16.50

16.50

16.80

20.00

AF4018-SJ


16.88

16.97

17.37

18.50

测试温度:28 ℃/测量方法:环法/溶剂:二次蒸馏水 误差±0.6dyn/cm