CN102304069A - 一种驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法。该合成包括下列两步：首先以饱和腰果酚为原料，发烟硫酸为磺化剂，二氯甲烷为溶剂，进行磺化反应，经减压蒸馏，即得饱和腰果酚磺酸；然后以合成的饱和腰果酚磺酸和氢氧化钠为原料，乙醇为溶剂，进行中和反应，所得混合物负压过滤，干燥，得到饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。该合成的反应条件温和，产品提纯容易，收率较高，且其原料为低廉生物酚。该表面活性剂具有较高的界面活性和良好的耐盐性能，可作为一种绿色环保型驱油用表面活性剂。
Description
技术领域
本发明属于一种驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，具体地说是以绿色环保的生物质饱和腰果酚为原料，在室温条件下，通过磺化和中和两步简单的有机反应合成一类绿色环保型驱油用表面活性剂。
背景技术
表面活性剂由于其特殊两亲结构和性质，广泛应用于洗涤、润滑、食品、化妆品、农业、采油等多个行业和领域。其中阴离子型表面活性剂具有较高界面活性和耐高温性等优点，作为驱油剂广泛应用于三次采油技术，用于提高原油的采收率。木质素磺酸盐是最早推荐用于驱油的表面活性剂，但由于界面活性差，仅作为牺牲剂在表面活性剂驱中使用。真正大量用作驱油剂的阴离子型表面活性剂是石油磺酸盐和合成磺酸盐。其中石油磺酸盐具有生产工艺简单，价格低廉，与原油的配伍性好等优点，作为驱油剂被广泛应用于三次采油领域；但是对于含盐量高于3%的油层，其驱油性能大大降低，且吸附量和产品性能差异性较大。20世纪90年代后，国外驱油用表面活性剂的研发主要集中在重烷基苯磺酸盐上。该类表面活性剂在无碱或弱碱条件下，均具有较高的界面活性，可将油水的界面张力降低至超低界面张力的范围，大幅度提高原油的采收率，但是由于生产原料纯度低，导致了产品的纯度低，稳定性差，同时价格相对昂贵。近年来人们一直在寻找替代产品，开发相对廉价驱油用表面活性剂。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明合成了一种驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。该表面活性剂是以生物质饱和腰果酚为原料，生产工艺简单，价格低廉，产品的纯度较高；且具有较高的界面活性和耐盐性。
本发明所采用的技术方案内容为：驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成包括以下实验步骤，以饱和腰果酚为原料，发烟硫酸为磺化剂，二氯甲烷为溶剂，在10~30℃下磺化反应1~4 h，将反应产物在20~70℃、50~266.6Pa条件下减压蒸馏，即得饱和腰果酚磺酸；然后以该饱和腰果酚磺酸和氢氧化钠为原料，乙醇为溶剂，在10~30℃下中和反应至体系pH至为7~8，反应产物经负压过滤，所得固体在40~80℃下真空干燥5~12h。即得驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。
上述饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成中，饱和腰果酚与发烟硫酸的质量比为1:0.8-1.5，优选为1:1.05；所述发烟硫酸为含10-50%游离SO3，优选20%游离SO3的发烟硫酸，所用溶剂二氯甲烷在整个磺化反应体系中的体积分数为50%~70%；磺化反应过程中，慢慢滴加发烟硫酸，滴加时的温度为0~30℃、滴加时间为1~4h，磺化温度为10~30℃，磺化时间为1~4h。中和反应过程中，所用氢氧化钠可为水溶液的形式，其浓度为3~7mol/L，优选为5 mol/L；中和反应的温度为10~30℃，中和反应终止时体系的pH为7~8，所用溶剂乙醇为整个中和反应体系的体积分数为60~80%。
本发明的有益效果是：本发明提出了采用生物质饱和腰果酚为原料，利用苯环取代基效应，通过简单的有机反应，合成一类新型驱油用磺酸盐类表面活性剂。由于采用了低廉生物质饱和腰果酚为原料，发烟硫酸为磺化剂，故该反应温度为温和，反应时间较短，操作也比较简单，且提纯容易，克服了传统磺酸盐表面活性剂成本高、操作复杂等问题。本发明合成的饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂属于典型的表面活性剂，分子中含有15个碳的长链亲油基团，具有较高的界面活性，可广泛适用于三采过程中表面活性剂驱和三元复合驱。
附图说明：
图1为饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成反应方程式；
图2为饱和腰果酚磺酸盐的收率和活性物含量随发烟硫酸滴加温度的变化曲线；
图3为饱和腰果酚磺酸盐的收率和活性物含量随发烟硫酸滴加时间的变化曲线；
图4为饱和腰果酚磺酸盐的收率和活性物含量随磺化时间的变化曲线；
图5为饱和腰果酚磺酸盐的收率和活性物含量随氢氧化钠浓度的变化曲线；
图6为饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂在45℃时的动态界面张力。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：准确称取饱和腰果酚10g溶于50mL二氯甲烷中，0~30℃下边搅拌边缓慢滴加10.5g含20%游离SO3的发烟硫酸，滴加时间为2h，滴加完毕后，升温至25℃下反应3h，在50℃、133.3Pa的条件下减压蒸馏，得饱和腰果酚磺酸。用50mL乙醇将饱和腰果酚磺酸完全溶解，向饱和腰果酚磺酸的乙醇溶液中加入5mol/L的氢氧化钠水溶液，在25℃下进行中和反应，直至反应体系的pH为7，过滤除去无机盐，在50℃、133.3Pa减压蒸馏，得到饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。滴加发烟硫酸时的温度对饱和腰果酚磺酸盐收率及活性物含量的影响如图2所示。当滴加发烟硫酸时的温度为10℃时，其收率超过80%，活性物含量在95%以上。
实施例2：准确称取饱和腰果酚10g溶于50mL二氯甲烷中，10℃下边搅拌边缓慢滴加10.5g含20%游离SO3的发烟硫酸，滴加完毕后，升温至25℃下反应3h，在50℃、133.3Pa的条件下减压蒸馏，得到饱和腰果酚磺酸。用50mL乙醇将饱和腰果酚磺酸完全溶解，向饱和腰果酚磺酸的乙醇溶液中加入5mol/L的氢氧化钠水溶液，在25℃下进行中和反应，直至反应体系的pH为7.5，过滤除去无机盐，在50℃、133.3Pa减压蒸馏，得饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。发烟硫酸的滴加时间对饱和腰果酚磺酸盐收率及活性物含量的影响如图3所示。当发烟硫酸滴加时间为1~2h时，其收率均超过80%，活性物含量均在80%以上。
实施例3：准确称取饱和腰果酚10g溶于50mL二氯甲烷中，10℃下边搅拌边缓慢滴加10.5g含20%游离SO3的发烟硫酸，滴加时间为2h，滴加完毕后，升温至25℃下反应1~4小时，在50℃、133.3Pa的条件下减压蒸馏，得到饱和腰果酚磺酸。用50mL乙醇将饱和腰果酚磺酸完全溶解，向饱和腰果酚磺酸的乙醇溶液中加入5mol/L的氢氧化钠水溶液，在20~30℃下进行中和反应，直至反应体系的pH为7，过滤除去无机盐，在50℃、133.3Pa减压蒸馏，得饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。磺化反应时间对饱和腰果酚磺酸盐收率及活性物含量的影响如图4所示。当磺化时间为3h时，其收率为82.4%，活性物含量为98.7%。
实施例4：准确称取饱和腰果酚10g溶于50mL二氯甲烷中，10℃下边搅拌边缓慢滴加10.5g含20%游离SO3的发烟硫酸，滴加时间为2h，滴加完毕，升温至25℃下反应3h，在50℃、133.3Pa的条件下减压蒸馏，得饱和腰果酚磺酸。用50mL乙醇将饱和腰果酚磺酸完全溶解，向饱和腰果酚磺酸的乙醇溶液中加入浓度为3~7mol/L的氢氧化钠水溶液，在20~30℃下进行中和反应和，直至反应体系的pH为8，过滤除去无机盐，在50℃、133.3Pa减压蒸馏，得到饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。中和反应中氢氧化钠水溶液浓度对饱和腰果酚磺酸盐收率及活性物含量的影响如图5所示。当氢氧化钠浓度为4.5~5.5mol/L时，其收率在80%以上，活性物含量均在90%以上。
实施例5：准确称取饱和腰果酚10g溶于50mL二氯甲烷中，10℃下边搅拌边缓慢滴加10.5g含30%游离SO3的发烟硫酸，滴加时间为2h，滴加完毕，升温至25℃下反应3h，在50℃、133.3Pa的条件下减压蒸馏，得到饱和腰果酚磺酸。用50mL乙醇将饱和腰果酚磺酸完全溶解，向饱和腰果酚磺酸的乙醇溶液中加入5mol/L的氢氧化钠溶液，在20~30℃进行中和反应和，直至反应体系至pH为7~8，过滤除去无机盐，在50℃、133.3Pa减压蒸馏，得饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。中和反应终止体系的pH对饱和腰果酚磺酸盐收率及活性物含量的影响如表2所示。当体系pH为7~8时，饱和腰果酚磺酸盐的收率在80%以上，活性物含量在98%以上。
表1
| pH值 | 7 | 8 |
| 产率/% | 81.9 | 82.4 |
| 活性物含量/% | 98.6 | 98.7 |
实施例6：根据附图2~5的数据，当饱和腰果酚与发烟硫酸的质量比为1:1.05，发烟硫酸中游离SO3的浓度为20~30%，滴加时间为2h，滴加温度为10℃，磺化温度为20~30℃，磺化时间为3h；中和反应的氢氧化钠水溶液浓度为5mol/L，中和反应温度为25℃，中和反应终止时体系pH为7时，合成得到的饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的收率为82.4%，活性物含量为98.7%。且该表面活性剂在其水溶液中的质量分数为0.3%、氯化钠质量分数为3.5%、氢氧化钠质量分数为1.2%时，使用Model500C型全自动旋转滴界面张力仪测定45℃时该水溶液与油界面间的动态界面张力，结果见图6。结果表明，在此条件下，该表面活性剂可将油水界面张力降低至2.19×10-4 mN/m的极低水平，从而表明该表面活性剂具有优良的界面活性。
Claims (9)
1.一种驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：以饱和腰果酚为原料，发烟硫酸为磺化剂，二氯甲烷为溶剂，进行磺化反应，所得混合物经减压蒸馏，即得饱和腰果酚磺酸；然后以合成的饱和腰果酚磺酸和氢氧化钠为原料，乙醇为溶剂，进行中和反应，所得混合物经负压过滤，干燥，即得饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂。
2.按照权利要求1所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：饱和腰果酚与发烟硫酸的质量比为1:( 0.8-1.5)，发烟硫酸中游离SO3的浓度为10-50%。
3.按照权利要求2所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：饱和腰果酚与发烟硫酸的质量比为1:1.05，发烟硫酸中游离SO3的浓度为20%。
4.按照权利要求1所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：磺化反应过程中，所用溶剂二氯甲烷在整个磺化反应体系中的体积分数为50%~70%；滴加发烟硫酸时的温度为0~30℃，滴加时间为1~4h；磺化温度为10~30℃，磺化时间为1~4h。
5. 按照权利要求4所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：滴加发烟硫酸时的温度为10℃，磺化时间为3h。
6.按照权利要求1所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：中和反应过程中，氢氧化钠为水溶液形式，其浓度为3~7mol/L；中和反应终止时体系的pH为7~8。
7.按照权利要求6所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：中和反应过程中，氢氧化钠为水溶液形式，其浓度为5mol/L。
8.按照权利要求1所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：中和反应过程中，所用溶剂乙醇在整个中和反应体系中的体积分数为60~80%，中和反应的温度为10~30℃。
9.按照权利要求1所述的驱油用饱和腰果酚磺酸盐表面活性剂的合成方法，其特征在于：该表面活性剂的水溶液在其质量分数为0.3%、氯化钠质量分数为3.5%、氢氧化钠质量分数为1.2%时，该表面活性剂可将油水的界面张力降低至2.19×10-4 mN/m。
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