高效复合型阻垢剂的研究

唐和清 冯改宁 朱丽华 王万红 陈玉娥
（华中科技大学化学系，湖北武汉，430074）

摘 要：用静态法研究了由有机膦酸类、磺基共聚物等为主成分的复合阻垢剂的阻垢性能，
并与 HEDP、单剂进行了比较。实验结果表明其阻垢性能优异，特别适合在油气田等结构问
题严重的场所使用。
关键词：有机膦酸类，磺基共聚物，羧酸高聚物，碳酸钙 HEDP

　　随着现代工业的飞速发展和环境要求的提高，单一组分的水处理剂已不能满足高效多功 能的要求，因此对现有水处理剂配方的优化以及对药剂之间协同作用的研究具有重要的现实 意义[1] 。
　　有机膦酸类阻垢剂如羟基亚乙基二膦酸（HEDP）能与钙、镁、铁等金属离子生成立体 结构的双环或多环螯合物[2] ，对水中金属无机盐的沉积具有很好的抑制作用，同时也能抑制 系统中金属的腐蚀。许多阻垢剂因其增溶作用[3] 和晶格畸变作用[4] 的存在，对水中金属无机 盐的沉积物有较好的抑制作用，同时对非结晶状的黏泥、粉尘和腐蚀产物如氧化铁等起分散 作用，使其随水流流动，避免污垢沉积引起垢下腐蚀。带磺酸基的共聚物由于磺酸基团的引 入使其共聚物链上既有强酸基，又有弱酸基。当弱酸基与结晶的活性阳离子点相结合时，强 酸基则仍保留离子化状态，这样有助于聚合物/结晶加合体的溶解性能与分散性能[5] 。作者选 择这三类阻垢剂中有代表性的单剂进行复配，研究了它们在苛刻条件下高硬度水中的阻垢性 能，并与HEDP、油田用阻垢剂S-1 和其单剂进行了比较。

1 实验

1.1 实验药品

　　单组分阻垢剂均为市售工业品，其中部分由常州市润洋化工有限公司提供；S-1 为油田 提供的现用的进口阻垢剂；所用CaCl2、NaHCO3、EDTA、HCl均为分析纯。

1.2 阻垢性能实验

　　移取一定量质量浓度为ρ＝2000mg/L的阻垢剂于锥形瓶中，再移取 100mL质量浓度为ρ （HCO3 — ）＝2000mg/L的储备阴离子水样和一定量质量浓度为ρ（Ca 2＋ ）＝2000mg/L的贮备 阳离子水样于锥形瓶中，定溶至 200mL。将锥形瓶置于一定温度的恒温水浴中，恒温 4 小 时候后取出冷却。移取上层清液 25mL，用已标定的HCl测定HCO3 —的残余浓度，根据所测值计算阻垢率。
　　实验分别在 70℃、80℃、90℃下进行，恒温 4 小时。水样中成垢阴离子HCO 含量为 1000ppm ， 并用 25g/L 的NaCl调节离子强度， 成垢阳离子Ca 2＋ 的含量分别为 250、 500、 750、 1000ppm。

2 结果与讨论

2.1 温度、钙浓度对复合阻垢剂阻垢效果的影响

　　从图 1 可以看出，复合阻垢剂的阻垢率随着温度的升高、钙浓度的增加而降低。当钙水 平比较低时，阻垢剂的阻垢率均可达到 95%以上，而且温度的改变对 3ppm 以上的阻垢效 果几乎没有影响；随着钙水平的提高，温度对阻垢性能有一定的影响。当温度为 90℃时， 提高钙水平为 750ppm 时，使用 10ppm 的阻垢剂其阻垢效果可达到 90%，当钙水平高达1000ppm 时，20ppm 的阻垢剂也能达到 80%。

2.2 复配阻垢剂阻垢效果与单剂和 HEDP 的比较

　　为了对此复合阻垢剂性能进行全面地评价，我们在钙浓度为 500ppm的条件下与 HEDP 和油田现用阻垢剂 S-1 进行了对比试验。结果见图 2。

　　由图可以看出，复合阻垢剂的阻垢效果均 优于油田现用阻垢剂 S-1。对于 HEDP，在低 浓度时复合阻垢剂的阻垢效果略差，这典型的 说明了有机磷酸类阻垢剂低用量高效率的特 点。但随着阻垢剂浓度的增大，HEDP 的阻垢 率不随浓度的增大而增大，且随着温度的升 高，最大阻垢率大幅降低，在 90℃时其阻垢率 已不能达到 80%； 而复合阻垢剂在高浓度时仍 可以达到 95%以上，且不受温度的影响。这可 能是由于复合阻垢剂中含有高分子类阻垢剂 的原因。这些阻垢剂不但可以抑制有机磷酸类 阻垢剂的水解，同时还可以发挥其分散能力， 从而取得很好的阻垢效果。
　　图 3 给出复配阻垢剂与其两种单剂的比较结果。可以看出，复合阻垢剂的阻垢效果在低 浓度时处于两种单剂中间，在高浓度时与单剂 A 相当。但复合阻垢剂中有机膦酸量较少， 大大降低了使用时磷的含量，增加了对环境友好。

3 结论

　　由有机膦酸类、 磺基共聚物等复配而成的复合阻垢剂在高硬度水中具有优异的阻垢分散 能力，同时又具有低磷无毒、价格低廉的优点，特别适合在油气田等结构问题严重的场所使 用。