FMEE 与FMES 在油田核桃壳滤料清洗剂配方中的应用

郑辉

（上海喜赫精细化工有限公司，上海 201620）

目前国内油田采出原油含水率高，特别是随着清蜡防蜡、压裂液助排、聚合物复合驱油等技术在油田开采过程中的应用，含有大量高分子化合物的污水加大了污水过滤系统负荷，增加了污水处理难度[1]。

由破乳与沉降后分离出的污水再经过滤罐过滤，滤罐中的滤材多选用成本低廉的核桃壳颗粒，通过核桃壳内部天然形成的多孔结构吸收污水中的油污和悬浮物[2]。核桃壳长时间使用后大部分孔隙会被堵塞，需定期更换。为减少滤料更换频率，需对污染失效的核桃壳进行彻底清洗，使其恢复一定的过滤能力，提高重复利用率。

PO 嵌段FMEE 及其磺化后产物FMES 在40 ℃的常温条件下对粘稠的油泥和沥青胶质的乳化力强，对核桃壳内部微小缝隙的污垢有良好的清除能力[3]。该研究以C14-16脂肪酸为初始原料，与环氧乙烷、环氧丙烷发生缩聚反应得到PO 封端FMEE 及其磺酸盐FMES，应用于核桃壳滤料清洗工艺。

1 实验

1.1 带PO 支链FMEE 与FMES 的合成路线

以C16-18脂肪酸为初始原料，先后与环氧乙烷、环氧丙烷发生加成反应，再通过甲基化反应引入甲酯基团得FMEE，再与氨基磺酸发生磺化反应得FMES[4]。

1.2 测试方法

1.2.1 核桃壳净洗率

将被污染的核桃壳滤料烘干后准确称其质量记为m1；置于反冲洗试验机30～40 ℃常温水冲洗30 min，静置5 min后移出上层清洗液，将核桃壳放入烘箱烘干后准确称其质量记为m2；烘干后的核桃壳用石油醚浸泡12 h后充分水洗并烘干，准确称其质量记为m0，按照式（1）计算净洗率。

1.2.2 吸光光度

将核桃壳清洗后静置5 min，用分光光度计在波长420 nm处检测上层残液吸光度，吸光度越大表明残液中来自滤料脱落的污垢越多，清洗剂的清洗效果越好。

2 实验结果与讨论

2.1 FMEE 与FMES 性能指标

分别测试产物FMEE 与FMES 的性能数据如表1所示。

表1 FMEE 与FMES 的各项性能指标

由表1 可知，FMEE 发泡力降低，可避免反冲洗环节产生过多泡沫[5]。FMEE 表面张力低，能够迅速在核桃壳表面铺展，快速挤压核桃壳内部缝隙内的空气，有利于清洗液进入核桃壳内部，减弱油污与核桃壳表面的附着力[6]。FMEE 磺化后得到阴离子型表面活性剂FMES，分子量的进一步提高使其具有优异分散性，在30～45 ℃低温条件下泡沫低，适用于清洗核桃壳滤料的反冲洗[7]。

2.2 正交试验因素水平确定

在油田污水处理过程中，核桃壳滤料截留的污垢主要是原油、高聚物压裂液以及沉积在滤料表面的无机盐或金属氧化物等硬垢颗粒。结合滤罐反冲洗设备的运行方式，选择低泡沫的FMEE、FMES、EDDHA-Na、乳化剂OP-8、溶剂乙醇作滤料清洗剂原料，确定滤料清洗正交试验因素水平如表2，极差分析见表3。

表2 正交试验因素水平

表3 正交实验结果

2.3 各因素对净洗效果影响

由表3 可知，FMEE 对净洗率的影响较为明显，PO 嵌段FMEE 与原油、沥青有类似的碳烃结构，根据相似相溶原理，FMEE 有利于将核桃壳内部缝隙的原油和沥青增溶乳化[8]，在30～45 ℃的较低温度条件下对滤料核桃壳有优异的清洗性能。工业乙醇是一种性能优异的溶剂，沸点78 ℃，在核桃壳清洗的温度条件下较为稳定，能快速溶解原油、沥青以及高分子聚合物，乙醇对净洗率的影响也较大。FMES 分子量大，分散性能优异，自身带有强负电荷，易于结合滤料表面带正电荷的污垢，对硬表面粘稠的污垢剥离效果明显。辛基酚聚氧乙烯醚OP-8 可将油污乳化成（O/W）型亲水的微乳液并脱离硬表面[9]。螯合剂乙二胺二邻苯基乙酸钠EDDHA-Na可与Ca2+、Mg2+、Fe2+形成稳定的多元环状结构，瓦解非水溶性的无机盐沉积[10]，由表3可知EDDHA-Na 影响因素最小，主要原因是核桃壳表面非水溶性金属盐占比较小。

表3中清洁率最高的14号实验，FMEE，FMES，OP-8，EDDHA-Na，工业乙醇最佳用量分别为4、2、3、0.5和8 g·L-1。根据上述用量，将PO嵌段FMEE、喜赫FMES、OP-8、无磷乙二胺二邻苯基乙酸钠、乙醇五种原料按照质量比8∶4∶6∶1∶16复配制得核桃壳清洗剂，配方如表4。

表4 核桃壳清洗剂配方

2.4 清洗剂用量对净洗效果影响

依据表4配得清洗剂，以不同用量按1.2.1方法用于核桃壳清洗，通过分析清洗剂用量对净洗率和残液吸光度影响确定了适用于该废弃核桃壳清洗的最佳用量。

由表5可知，随着净洗剂用量从5 g·L-1提高至35 g·L-1，核桃壳的净洗率和残液吸光度相应提升；但净洗剂用量超过25 g·L-1后吸光度升幅不明显。由此确定净洗剂的最佳用量为25 g·L-1。

表5 净洗剂用量对净洗率和吸光光度影响

2.5 现场应用

按照表5 配方制得核桃壳清洗剂用于联合水站的滤料清洗，该站采用两级沉降罐加两级过滤对含油污水进行净化。过滤器内核桃壳数量约6 000 kg，核桃壳平均粒径1.0 mm。正常核桃壳滤料的更换周期约12～16 个月，一般更换3 个月后滤压差升高，12 个月后测试处理污水的含油量高达2.40 m·L-1，悬浮物1.70 m·L-1，粒径中值＞2.0 um，已不能满足回注水质要求。

参考2.4 的实验结果将现场清洗工艺的清洗剂用量设定为2.5%，用30～45 ℃的冲洗水浸泡24 h，打气并搅拌30 min后常温水反洗，流量100 m3·h-1，反洗后的核桃壳基本恢复至原始棕褐色，过滤器内筛管、搅拌桨片、罐壁表面光亮如新。根据测试结果，清洗后过滤器出水口流速由312 m3·h-1提高至378 m3·h-1，出水口含油、悬浮物显著降低，完全满足回注水质要求。

3 结论

（1）PO 嵌段脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE 及其磺酸盐FMES与原油有类似的碳烃结构，对核桃壳缝隙内的污垢清洗能力强，在30～45 ℃的低温条件下对核桃壳滤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%、磺酸盐FMES 4%、辛基酚聚氧乙烯醚OP-8 6%、乙二胺二邻苯基乙酸钠EDDHA-Na 1%、工业乙醇16%、水65%的比例复配制得核桃壳清洗剂，并应用于污水站的滤料清洗，清洗剂用量为2.5%，清洗用水为30～45 ℃的处理后污水，清洗后过滤器流速由312 m3·h-1提高至378 m3·h-1，出水口含油量、悬浮物残留量显著降低，完全符合回注水质标准。