Разработка технологии получения гранулированного анионного поверхностно активного вещества

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследований по созданию эффективного поверхностно-активного вещества (ПАВ) на основе местного вторичного сырья для приготовления буровых растворов. Основные компоненты синтезированного ПАВ-отходы масложировых, металлургических и химических заводов. Приводятся основные физико-химические и технологические параметры ПАВ в сравнении с их аналогами. Установлены оптимальные условия получения ПАВ (температура ,соотношение и концентрация компонентов, время синтеза) .

ABSTRACT

The article  results of research on the creation of an effective surfactant based on local secondary raw materials  obtain of drilling mads presents. The main components of the synthesized surfactant are wastes from oil refineries, fatty-oil, metallurgical and chemical plants. The basic physico-chemical parameters of surfactants are presented in comparison with another analogues. The optimal conditions for the preparation of surfactants (temperature, ratio and concentration of components, synthesis time) have been established.

Ключевые слова: поверхностно-активное вещество, буровой раствор, физико-химические параметры, оптимальные условия, температура, концентрация, время синтеза .

Keywords: surface activity substance, drilling mud, physico-chemical parameters, optimal conditions, temperature, concentration, synthesis time.

В настоящее время основное количество химических реагентов и препаратов, применяемым глубоком бурении на нефть, газ, твердые полезные ископаемые, являются сухими, гранулированными, а также порошкообразными материалами. Это связано с тем что основные месторождения нефти, газа и других твердых полезных ископаемых располагаются вдали от городов и крупных транспортных артерий. Все основные нефтяные и газовые месторождения Узбекистана располагаются в пустынных и полупустынных районах (центральные и Южные Кызылкумы, а также плато Устюрт).

Перед учеными коллоидниками ставится задача разработки новых высококачественных синтетических полимерных реагентов и поверхностно-активных веществ ( ПАВ) в сухом, гранулированном и порошкообразном виде с целью обеспечения его транспортабельности, а также удобства в хранении и применении.

Исходя из вышесказанного, в данной работе была поставлена цель получения гранулированного анионного ПАВ ( на основе вторичных продуктов химического производства), который используется для регулировании свойств промывочных жидкостей при бурении глубоких газо-нефтяных скважин.

Объектом исследования для получения ПАВ был принят КО ДЖК Катта- Каттакурганского масложиркомбината (Самаркандская область).

С целью определения его пригодности для получения ПАВ были проведены физико-химические исследования его компонентного состава [1-3]. Характеристики отдельных фракций КО ДЖК- приведены в таблице 1

Таблица 1.

Физико - химические характеристики фракционного состава КО ДЖК- Катта-курганского масложиркомбината

Основной компонент получения гранулированного ПАВ- кубовый остаток процесса дистилляции жирных кислот хлопковых соапстоков (КО ДЖК) содержит 60-65% жирных и оксижирных кислот (определяется по кислотному числу кубового остатка). Как показывают исследования его состава, (таблица №1) он может служить сырьем для получения различных ПАВ.

Изучение физико-химических свойств КО ДЖК показывает, он не растворяется в воде, имеет низкую зольность и сравнительно высокое кислотное число, а по величине молекулярной массы он относится к олигомерам ( таблица 2).

Таблица 2.

Физико-химические свойства КО ДЖК, выработанного на различных масложиркомбинатах Узбекистана

Другим основным компонентом являлся вторичный продукт переработки целлюлозасодержащего сырья ( отход гидролизных заводов) –лигнин.

Обычно наиболее распространенные анионные ПАВ  получают на основе карбоновых кислот, они содержат в молекуле гидрофобную часть, а также одну или несколько полярных групп.

Методы синтеза ПАВ в большинстве случаев основаны на последовательном проведении общеизвестных реакций органической химии [4-6] .

Суммарная реакция омыления нейтральных жиров, содержащихся в кубовом остатке ДЖК выражается следующим уравнением:

Диссоциирующие в водном растворе анионные ПАВ образуют отрицательно заряженные длинноцепочечные органические ионы, которые определяют их поверхностную активность.

Разнообразие свойств синтезируемых поверхностно-активных веществ объясняется пространственным строением гидрофобной части и наличием промежуточных функциональных групп.

Катион в анионных ПАВ может быть не только водородом или металлом, но и органическим основанием. Натриевые соли карбоновых кислот (мыла) являются типичными представителями анионных ПАВ. Омыляющая смесь на основе гидроксида натрия и отхода третичной переработки алюминиевых шлаков с добавкой лигнина способствуют гранулообразованию конечного продукта реакции[7-10].

В лабораторных условиях нами получены анионные ПАВ в пастообразном и гранулированном виде. Процесс приготовления проводился по следующей схеме[ 9 ]. В мини реактор объемом 5 литров берется расчетное количество КО ДЖК. Мини реактор снабжен термометром, мешалкой и обогревом.  КО ДЖК подогревается до расчетной температуры. Одновременно готовятся, водные растворы лигнина и гидроксида натрия и отход третичной переработки шлаков алюминиевого производства. Данный отход представляет собой порошок светло - серого цвета, который имеет следующий химический состав, (масс. %):

Оксид алюминия                    -70-76

Оксид железа                       -7-10

Оксид кремния                     -10-12

Органические примеси               -остальное

Гидроксид натрия также представлял собой побочный продукт электрохимического производства (АО »Максам-Чирчик»). Был использован “красный каустик”, представляющий собой отход производства металлического натрия. В составе “красного каустика” имеются следующие вещества, (мас. %):

Гидроксид натрия             -78-80,0

Углекислый натрий           -13-15

Сульфид натрия              -0,3-0,04

Двуокись кремния            -0,01-0,1

Оксид алюминия              -0,000-0,0

Хлорное железо              -0,004-0,01

Хлористый натрий             -1,0-1,5

Вода                         -2,4-7,5

Нами предварительно, перед началом процесса омыления КО ДЖК был приготовлен водный раствор каустика. К отходам третичной переработки алюминиевых шлаков (в дальнейшем отход ТПАШ), добавлялся в водный раствор каустика в определенном соотношении со щелочью. Приготовленная  омыляющая смесь предварительно охлаждается (так как процесс экзотермический и идет с выделением водорода), затем добавляется к КО ДЖК вместе с расчетным количеством лигнина. Прибавление лигнина и водного  раствора каустика к нагретому КО ДЖК производится небольшими порциями при интенсивном перемешивании. Продолжительность процесса введения каустика в КО ДЖК, а также его перемешивания при приготовлении длится 30 - 40 минут. Конечный продукт представляет собой рассыпчатые гранулы правильной формы различных размеров. Продукт не слипается и не слеживается при хранении.  Гранулированный реагент под условным названием-ОГСЛ (олигомерный гидролизованный состав с лигнином) хорошо растворяется в воде. При растворении гранулы предварительно набухают, а затем распускается. Приготовленный таким образом ПАВ после окончания процесса выгружается из мини реактора  и сушится.

Нами были исследованы физико-химические параметры растворов реагента ОГСЛ в присутствии небольшого количества глины и для сравнения без глины. Результаты исследований приведены в табл.3. Технологические параметры эмульсии без глины различной концентрации показывает на то что с увеличением содержания ПАВ ОГСЛ растет ее условная вязкость, снижаются показатели водоотдачи и коэффициента трения при улучшенных реологических параметров. Полученные результаты указывают на то, что синтезированный гранулированный ПАВ ОГСЛ может быть использован в качестве основы для получения высоко стабильного эмульсионного бурового раствора, который может быть рекомендован для применения при проходке глубоких газонефтяных скважин.

Таблица 3.

Сравнение с физико-химическими параметрами безглинистого раствора реагента ОГСЛ