一种新型环境友好高效卤水阻垢剂

摘要

在地下卤水的开采过程中，随着地下地质条件及其采提卤过程中温度和压力的变化，卤水中不同组分会发生不同程度的析晶、结垢现象，减小了管道的有效容积，增加了管道阻力，进而减少了产量，制约了卤水的开采和可持续利用。针对卤水开采过程中易出现的析晶、结垢现象，需要加入阻垢剂来抑制垢的产生，从而提高卤水的开采量，降低能耗，确保采提卤设备与构筑物的持续利用。在阻垢剂的研制过程中，要考虑到后续对环境的影响，所以要选择无磷、无氮、易生物降解的单体制备。本文依托国家863计划黄河三角洲深层卤水高效开采关键技术，在查阅国内外相关文献的基础上，针对深层卤水在采提输过程中易发生不同程度的析盐结垢问题，在分析采提卤过程结垢机理的基础上，研发了一种新型绿色阻垢剂，不仅对其抗温性、抗盐性进行了研究，还分析了其先进性、环境友好性以及阻垢机理，研究的主要内容和结果如下:
　　(1)采用ICP-AES、离子选择电极法、温度压力模拟法等分析手段，分别对不饱和、饱和卤水在采提取过程中卤水主要析盐结垢元素的浓度变化及其主要析盐结垢元素在各温度、压力下的饱和溶解度变化规律进行了系统研究，结果表明:①对于不饱和卤水，卤水主要析盐结垢元素的浓度不随提卤深度的变化而变化;②对于饱和卤水，主要析盐结垢离子的浓度变化显著，其中Ca2+最先析出，其次是Ba2+、Sr2+，同时伴随着NaCl的析出。在从地下1500m提至500m的过程中，Sr2+的浓度变化最大;③常压下饱和卤水中四种主要析盐结垢离子的饱和溶解度随温度的变化率与饱和溶解度随提升高度的变化率基本一致。当温度由120℃降至80℃时，Ca2+浓度的变化率最大，从80℃降至60℃时，Ba2+浓度的变化率最大，从60℃降至20℃时，Sr2+浓度的变化率最大;④60℃时，饱和卤水中四种主要析盐结垢离子的饱和溶解度随压力增加而增大，但变化率基本相同。因此，饱和卤水在提输过程中的温度变化是影响析盐结垢离子析出顺序的主要因素。
　　(2)盐垢的形成过程可以表示为:卤水→结垢元素饱和→结垢元素过饱和→形成晶核→NaCl共沉淀→晶体长大→盐垢，而其主要成分为NaCl、CaSO4、BaSO4、SrSO4。在采提过程中，不饱和卤水中析盐结垢现象较轻，饱和卤水析盐结垢现象严重。当温度由120℃降至80℃时，形成的是以CaSO4为主BaSO4、SrSO4为辅并吸附共沉淀NaCl的盐垢;从80℃降至60℃时，形成的是以BaSO4为主CaSO4、 SrSO4为辅并吸附共沉淀NaCl的盐垢;从60℃降至20℃时，形成的是以SrSO4为主CaSO4、 BaSO4为辅并吸附共沉淀NaCl的盐垢。
　　(3)结合上述析盐结垢影响因素和形成过程的研究，详细阐述了析盐结垢机理，具体如下:随着温度、压力等热力学条件的改变，当溶液中的成垢离子浓度高于平衡浓度时，阴、阳离子相互作用形成离子对，离子对遇到管壁或其他杂质形成晶核，溶液中的成垢离子不断向壁面扩散、结晶、长大，最终在管壁上形成结垢，由于吸附、共沉淀作用，NaCl晶体也随之析出，形成混合盐垢，析盐与结垢之间存在着相互促进的关系。盐垢的形成还会受到管道表面状态、卤水流速、微生物种类和数量等的影响。
　　(4)通过研究聚环氧琥珀酸PESA、聚天冬氨酸PASP、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9、壬基酚聚氧乙烯醚TX-10的阻垢抑垢性能，开发了以聚环氧琥珀酸和木质素磺酸钠为主要成分的新型阻垢剂，并进行了性能测试，结果表明:该阻垢剂不含氮、磷，在聚环氧琥珀酸和木质素磺酸钠复配比为3∶2，投加量为35mg/L时，对卤水中Na+、Ca2+、Ba2+、Sr2+的阻垢率分别达到了99.43％、99.45％、99.24％、90.85％，加权阻垢率99.15％;通过对比加入阻垢剂前后卤水垢物、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、氯化钠的扫描电镜图，得出新型复配阻垢剂对卤水垢物的晶格畸变、螯合作用和电荷分散作用较强。其中对硫酸钙的螯合作用和电荷分散作用较强，对硫酸钡、硫酸锶的晶格畸变、螯合作用较强，对氯化钠的电荷分散作用较强。
　　(5)新型阻垢剂在信发集团肥城胜利化工有限公司、东营东岳盐业有限公司、山东默锐化工有限公司、寿光市国力化工有限公司分别进行了现场应用，应用结果表明:新型阻垢剂具有良好的阻垢性和一定的缓蚀作用，阻垢率可达到90％以上。与国内外适用于采提卤过程中的阻垢剂相比，新型阻垢剂具有环境友好、不含磷氮、阻垢效果好、功能多等优点。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 研究背景

1．1．1 地下卤水的简介

1．1．2 黄河三角洲深层卤水

1．1．3 山东省深层卤水资源及其开发利用现状

1．2 防垢技术概述

1．2．1 常用的防垢技术

1．2．2 阻垢剂的发展及类型

1．3 阻垢剂的阻垢机理

1．3．1 螯合增溶机理

1．3．2 电荷分散作用

1．3．3 晶格畸变

1．3．4 再生-自解脱膜假说

1．3．5 双电层作用机理

1．4 本课题研究的主要内容及意义

第2章 黄河三角洲典型深层卤水的组成与特征

2．1 样品的采集

2．2 实验试剂、仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 卤水中各元素的测定方法

2．3．1 卤水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+的测定

2．3．2 卤水中总铁的测定

2．3．3 卤水中SO42-的测定

2．3．4 卤水中F-、Cl-、Br-、I-的测定

2．4 结果与讨论

2．5 小结

第3章 深层卤水采提取过程中结垢机理的研究

3．1 实验试剂及仪器

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．2 提卤过程中不同深度卤水主要成分的浓度分布

3．2．1 实验方法

3．2．2 结果与讨论

3．3 温度、压力对卤水中主要成分析盐结垢浓度的影响

3．3．1 实验方法

3．3．2 结果与讨论

3．4 结垢机理

3．4．1 析盐结垢过程分析

3．4．2 析盐结垢机理分析

3．5 小结

第4章 新型2元绿色环境友好型阻垢剂

4．1 实验试剂及仪器

4．1．1 实验试剂

4．1．2 实验仪器

4．2 阻垢剂性能评价方法

4．3 实验方法

4．3．1 新型阻垢剂制备单体的选择

4．3．2 新型阻垢剂的制备及性能测试

4．3．3 新型阻垢剂阻垢机理研究

4．3．4 新型阻垢剂技术指标测定

4．3．5 新型阻垢剂环境友好性分析

4．3．6 新型阻垢剂应用研究

4．4 结果与讨论

4．4．1 新型阻垢剂制备单体的选择

4．4．2 新型阻垢剂的制备及性能测试

4．4．3 新型阻垢剂阻垢机理

4．4．4 新型阻垢剂技术指标

4．4．5 新型阻垢剂先进性、环境友好性分析

4．4．6 新型阻垢剂应用研究

4．5 小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

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