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勝利油田常規(guī)和親油性石油磺酸鹽組成、色譜、質(zhì)譜、界面張力測定(二)

來源:石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào) 瀏覽 4 次 發(fā)布時(shí)間:2025-05-21

2結(jié)果與討論


2.1色譜分析


樣品PS-a和PS-b的液相色譜分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 PS-a(a)和PS-b(b)色譜分離


從色譜圖及色譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果得知:PS-a和PS-b均含有單磺酸鹽和雙磺酸鹽,但兩者所含單、雙磺酸鹽的量差別較大;如果以峰面積為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),樣品PS-b中幾乎不含雙磺酸鹽部分,而樣品PS-a中單、雙磺酸鹽所含比例相當(dāng),約為1∶1。


2.2結(jié)構(gòu)解析


在確定的質(zhì)譜分析條件下,樣品PS-a和PS-b的質(zhì)譜圖如圖2所示。

圖2 PS-a(a)和PS-b(b)質(zhì)譜圖


從質(zhì)譜圖中可以初步得出:PS-b的相對分子質(zhì)量分布范圍較窄,且豐度較大的分子離子峰較為集中,聚集在487 min附近;而PS-a的主要分子離子峰較為分散,聚集在320、459 min附近。為了更加具體的對兩者組成的結(jié)構(gòu)差異進(jìn)行分析比較,選出各自質(zhì)譜圖中相對豐度最大的20個(gè)分子離子峰,對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒別,對應(yīng)的化合物結(jié)構(gòu)信息如圖3所示。

圖3 PS-a和PS-b中主要化合物的分子式結(jié)構(gòu)


對于PS-b,相對含量較大的20個(gè)化合物中,按照相對含量大小依次為:烷基萘磺酸鹽(C17~C21)、烷基苯磺酸鹽(C17~C24)、烷基茚滿磺酸鹽(C17~C21)、烷基四氫萘磺酸鹽(C19~C20);而對于PS-a,按照相對含量大小依次為:烷基苯磺酸鹽(C11~C13、C18~C23)、烷基萘磺酸鹽(C12、C18~C20)、烷基茚滿磺酸鹽(C16~C18)、烷基四氫萘磺酸鹽(C13、C17~C18)。


結(jié)果表明:樣品PS-b中,萘環(huán)結(jié)構(gòu)占主要,苯環(huán)結(jié)構(gòu)次之,另外支鏈碳數(shù)分布較為集中,如萘環(huán)支鏈碳數(shù)分布在17~21;樣品PS-a中,苯環(huán)結(jié)構(gòu)占主要,萘環(huán)結(jié)構(gòu)次之,支鏈碳數(shù)分布較為分散,如苯環(huán)支鏈碳數(shù)除分布在18~23,還分布在11~13。


2.3 HLB值測定


在不同體積比的待測/標(biāo)準(zhǔn)表面活性劑配比下,分別測得PS-a和PS-b的乳化層體積如圖4所示。

圖4 PS-a和PS-b的HLB值實(shí)驗(yàn)結(jié)果


根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,按照乳化層體積最大時(shí)的待測/標(biāo)準(zhǔn)表面活性劑配比,計(jì)算出PS-a和PS-b的HLB值分別為13.5和12.0。PS-b的HLB值小于PS-a的HLB值,表明PS-b的親水性比PS-a的親水性小。根據(jù)Davis法計(jì)算HLB值的原理,可知:


對于親水基團(tuán)數(shù)相同的PS-a和PS-b而言,HLB值越小,∑(疏水基團(tuán)常數(shù))就越大,即疏水基團(tuán)碳鏈就越長(參照常見基團(tuán)親水及疏水基團(tuán)常數(shù)表)。因此,可以推測:PS-b所含主要組份的相對分子質(zhì)量較PS-a的大,這種結(jié)果與質(zhì)譜分析結(jié)果相吻合。另外,從圖4中可以得知:PS-b的乳化效果明顯低于PS-a,因此推測,在界面活性方面,PS-b不如PS-a的效果好。


2.4界面活性


對于PS-a和PS-b單元體系,測得其界面張力分別為2.5×10-1mN/m和NaN(代表油滴附于旋轉(zhuǎn)壁上,不能有效拉展)。因此根據(jù)此實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可知PS-b具有非常弱或無界面活性。


對于石油磺酸鹽-聚合物復(fù)配體系,界面張力測定結(jié)果如圖5所示(實(shí)驗(yàn)中PAM質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.2%、0.3%,不同濃度下測試結(jié)果一致,且實(shí)際數(shù)值大于此設(shè)定值)。

圖5 PS-PAM二元體系的界面張力


由圖5結(jié)果可知,PAM單元體系以及PAMPS-b二元體系,均不能降低原油的界面張力;為了便于在圖形中對比分析,將其界面張力設(shè)定為1.0 mN/m而PAM-PS-a二元體系可以將原油的界面張力維持在10-1數(shù)量級,數(shù)值與PS-a單元體系的界面張力數(shù)值相近,因此可以得出:無論是PS單元體系,還是PAM-PS復(fù)配體系,PS-b均不能降低原油的界面張力。


對于石油磺酸鹽-無機(jī)堿復(fù)配體系,界面張力測定結(jié)果如圖6所示。

圖6 PS-無機(jī)堿體系的界面張力


由圖6可以看出:PS-b與NaOH復(fù)配,原油的界面張力只可以降到10-2數(shù)量級,而PS-a與NaOH復(fù)配,可以將原油的界面張力降至10-4數(shù)量級;PS-b與Na2CO3復(fù)配,原油的界面張力可以降到10-2數(shù)量級;PS-a與Na2CO3復(fù)配,可以將原油的界面張力降至10-3數(shù)量級。綜上分析可以得出:PS-b的界面活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PS-a;PS-a的復(fù)配體系可以達(dá)到超低界面張力(10-3~10-4mN/m),而PS-b不能。


綜上所述,通過對比分析常規(guī)和親油性石油磺酸鹽的組成及界面活性,可以得出:親油性石油磺酸鹽中主要化合物的相對分子質(zhì)量較常規(guī)石油磺酸鹽的大,且相對分子質(zhì)量分布范圍較窄;其降低油/水界面張力的能力很弱,不能達(dá)到超低界面張力的要求。另外,根據(jù)樣品結(jié)構(gòu)解析及界面活性測試結(jié)果,在降低界面張力方面,可以推測(針對勝利油田區(qū)塊):苯環(huán)結(jié)構(gòu)磺酸鹽占主體的樣品較萘環(huán)結(jié)構(gòu)占主體的樣品要好;苯環(huán)支鏈碳數(shù)分布要合適,既含有較低碳數(shù)如C11~C13,又含有較高碳數(shù)如C18~C23的樣品效果較好;樣品中即含有較高比例單磺酸鹽、又含有較高比例雙磺酸鹽時(shí),降低界面張力效果較好。


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