专利名称：一种萘取代α-烯烃磺酸盐表面活性剂及其制备和应用的制作方法
技术领域：
一种萘取代a-烯烃磺酸盐表面活性剂及其制备和应用，属于胶体与界面化 学领域。本发明涉及的萘取代a-烯烃磺酸盐由a-烯烃的磺化产物与萘反应制得。
背景技术：
随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国的石油消费量 急剧增加，需要大量进口石油来满足国内需求。2007年我国进口石油近2亿吨， 石油对外依存度突破50%。另一方面，我国仍拥有巨大的石油储量，问题在于 相当部分的储量用常规方法难以采出。
通常用常规的一采(自喷)和二采(注水驱)方法仅能采出地下石油储量的 40%左右。剩下的残余油被圈捕在多孔岩石的孔隙中，由于毛细作用在常规注水 压力下难以流出。为了开采出这些残余油，需要采用新的技术，即三次采油技 术。
理论上如果注入表面活性剂水溶液使原油/水界面张力降至10—3 mN/m数量 级，则在常规注水压力下就能使被圈捕的油滴从多孔介质中流出。这就是所谓 的超低界面张力驱油，是表面活性剂驱油的主要机理。
在过去的一、二十年中，国内外广泛开展了碱-表面活性剂-聚合物三元复合 驱研究。结果表明，三元复合驱能将原油/地层水界面张力降至l(T3 mN/m数量 级，在水驱基础上提高采收率15%~20%，是一种有效的三次采油方法。然而近 年来的一些矿场试验表明，强碱(NaOH)的使用将带来一系列的副作用，其中最 主要的是碱可能通过与岩石或地层水中的矿物质反应，生成不溶性物质，导致 油井结垢和毛细通道堵塞，破坏地层的多孔性结构，严重的可能导致油井报废。 为了克服使用NaOH导致的副作用，研究人员试图开发新的表面活性剂，在无 碱条件下能使原油/水界面张力降至超低。然而新型无碱驱油用表面活性剂的成 本一般相对较高，因此开发弱碱三元复合驱用表面活性剂，即以弱碱如碳酸钠、 磷酸钠、硅酸钠等代替NaOH，也受到人们的重视。
用于三元复合驱的常用廉价表面活性剂，如石油磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、 石油羧酸盐、天然羧酸盐、木质素磺酸盐等，在无碱条件下一般不能获得超低 界面张力。虽然在弱碱条件下有可能获得超低界面张力，但它们普遍成分复杂， 并含有部分结构不明的成分，生产过程中质量和性能的控制相对较为困难，重 现性往往不够好。另一方面，分子结构明确的常用表面活性剂由于亲油性不足 而不适合用作驱油剂。为此开发分子结构明确、具有足够亲油性的表面活性剂
3对无碱和弱碱驱油剂的开发就显得尤为重要了 。
发明内容
本发明的目的是提出一种萘取代a-烯烃磺酸盐阴离子表面活性剂，即在a-烯烃磺酸盐的垸基链上接上一个萘基，使其亲油性显著提高。该表面活性剂具 有明确的分子结构。
本发明的技术方案 一种萘取代a-烯烃磺酸盐表面活性剂，该表面活性剂 由a-烯烃的磺化产物与萘反应，生成萘取代a-烯烃磺酸，再用NaOH中和得到， 是一种阴离子型表面活性剂，a-烯烃磺化产物与萘的反应式及萘取代a-烯烃磺 酸的结构式为
RjCH二CH(ch2)nSO;jH +
RiCH—ch2(ch2)nS03H
,CH2——CH2
R2CH
0-
+
o2
R2CH——CH2——CH2——S03H
,CH厂ch2 R3CH 》H2
\q——so2
+
R3CH——CH2—CH2—CH2——S03H
其中R,， R2， R3为长链烷基，各垸基中的碳原子总数为12 18; 中和后得到萘取代a-烯烃磺酸盐表面活性剂。
所述的表面活性剂，原料a-烯烃磺化产物碳链中碳原子数为C12 C18，尤以 (:14-(:16为最佳。a-烯烃磺化产物为a-烯烃经SOJ莫式磺化后得到的中间产物(未 经中和及水解)。
所述的表面活性剂的制备方法，用萘与a-烯烃的磺化产物进行反应，生成 萘取代a-烯烃磺酸，再用NaOH中和得到。萘与a-烯烃磺化产物的摩尔比为 (1.0 1.3):1，反应温度140~190。C，反应时间5~8小时，转化率80% 90%。经红 外、紫外和质谱分析鉴定，证明产品具有上式所示的分子结构。
所述的表面活性剂的应用，通过将其与其它表面活性剂复配使用，用作弱 碱三元复合驱油剂，其中萘取代a-烯烃磺酸盐的摩尔分数为0.40~0.80，在复合 驱油剂中总表面活性剂质量浓度为0.1%~0.5%、加聚丙烯酰胺浓度1000mg/L， 加入碱性盐Na2CQ3 1.0%~2.0%， 45。C、不加NaOH，能使大庆原油/地层水界面张力降至1(^mN/m数量级，适用于弱碱三元复合驱提高石油采收率。
性能特征将纯化后的产品溶于超纯水，测定表面张力和临界胶束浓度， 结果表明萘取代a-烯烃磺酸盐的临界胶束浓度比相应的ot-烯烃磺酸盐降低了两 个数量级，即从10—Smol/L数量级下降到l(^mol/L数量级，表明其亲油性显著 增加。萘取代a-烯烃磺酸盐保持了a-烯烃磺酸盐的分子结构，即磺酸基连在烷 基链上，而不是连在萘环上，因而类似于a-烯烃磺酸盐，具有优良的耐盐/抗硬 水性。在室温(20。C)下以10mM浓度溶于《300ppm的CaCl2水溶液中，得到透 明澄清溶液，无沉淀形成；溶于400 ppm CaCl2水溶液中，得到基本透明的溶液， 无沉淀析出；溶于500 ppm CaCl2溶液中，溶液变浑浊但无肉眼可见的沉淀析出。 应用方式鉴于萘取代a-烯烃磺酸盐具有良好的油溶性，因而适合用作驱 油剂。将其与其它表面活性剂复配，溶于油田地层水，表面活性剂总浓度(质量 分数)0.1% 0.5%,聚合物(聚丙烯酰胺)浓度1000 ppm，加入碱性盐如Na2C03 1.0%~2.0%，可以使原油/地层水界面张力降到1(^mN/m数量级。
本发明的有益效果由于在a-烯烃磺化产物的垸基链中引入了萘基，使得 表面活性剂分子的亲油性大大增加，临界胶束浓度显著减小。由于保持了a-烯 烃磺酸盐的结构特征，即磺酸基团连在垸基链上而不是连在芳环上，产品具备 优良的耐盐/抗硬水特性。通过与其它表面活性剂复配，并加入适量碱性盐，在 45°C、总活性物浓度(质量分数)0.1%~0.5%条件下，可以使大庆原油/地层水界面 张力降低至1(^mN/m数量级，适用于弱碱三元复合驱提高石油采收率。
图1合成产品萘取代a-烯烃磺酸盐的质谱图。图中荷/质比403.2和431.2 分别对应于目标产物萘取代C14 ot-烯烃磺酸盐和萘取代C16 a-烯烃磺酸盐。 图2纯化萘取代oc-烯烃磺酸盐的红外吸收光谱。
图3纯化萘取代a-烯烃磺酸盐(上)及相应的ot-烯烃磺酸盐(下)的紫外吸收光谱。
图4萘取代a-烯烃磺酸盐(N-AOS)和相应的a-烯烃磺酸盐(AOS) 的表面张力随浓度的变化。
图5原油/地层水界面张力随平衡时间的变化。测定条件大庆四厂原油和 地层水，45°C，表面活性剂总浓度(质量分数)0.5%，混合表面活性剂中萘取代 a-烯烃磺酸盐摩尔分数0.6， Na2C03浓度1.5%。
图6原油/地层水界面张力随平衡时间的变化。测定条件大庆四厂原油和 地层水，45°C，表面活性剂总浓度(质量分数)0.2%，混合表面活性剂中萘取代 a-烯烃磺酸盐摩尔分数0.6， Na2C(V浓度1.5°/。。
具体实施例方式
实施例1萘取代oc-烯烃磺酸盐的制备用a-烯烃的磺化产物与萘反应。a-烯烃磺化 产物来自中轻物产化工有限公司，碳链长度为C14-C16。萘与a-烯烃磺化产物的 摩尔比为1.1:1，反应温度150°C，反应时间6小时，转化率达到85%。用NaOH 中和得到萘取代a-烯烃磺酸盐。经升华除去未反应萘、萃取分离除去未反应磺 内酯，作质谱分析(负电荷模式)，结果如图l所示，其中荷/质比分别为403.2 和431.2的两个物质即为目标产物萘取代d4和d6 a-烯烃磺酸盐。经进一步 用柱色谱纯化，可得到纯度》99%的纯化产物。图2是纯化产物的红外光谱。图 3是纯化产物的紫外吸收图谱，可见有明显的萘环吸收，而相应的a-烯烃磺酸盐 无萘环吸收。
实施例2
萘取代a-烯烃磺酸盐的特征性能将纯化产物溶于超纯水，测定不同浓度 下的表面张力(，LogC曲线)，结果如图4所示。从图4可见，与相应的a-烯烃磺 酸盐相比，临界胶束浓度(cmc)从lxl(^mol/L下降到lxl(T5mol/L，即下降了两 个数量级，表明产物的亲油性确有显著增加。
将萘取代a-烯烃磺酸盐于室温(20。C)下溶于CaCl2水溶液，萘取代a-烯烃磺 酸盐的浓度为0.01mol/L(10mM)。当CaCl2浓度《300 mg/L(ppm)时，得到透明 澄清溶液，无沉淀析出；当CaCl2浓度达到400ppm时，得到基本透明的溶液， 无沉淀析出；当CaCl2浓度达到500 ppm时，溶液变浑浊，但无肉眼可见的沉 淀析出。与之相对照，分子量类似的重烷基苯磺酸盐溶于100ppmCaCl2水溶液 中，即有肉眼可见的沉淀析出。因此，萘取代a-烯烃磺酸盐具有优良的耐盐/抗 硬水性。
实施例3
萘取代a-烯烃磺酸盐的应用用制备的萘取代a-烯烃磺酸盐与磺酸盐型阴 离子复配，其中萘取代oc-烯烃磺酸盐摩尔分数为0.6。将混合表面活性剂溶于含 有1000ppm聚丙烯酰胺的大庆地层水中，总表面活性剂浓度(质量分数)为0.5°/。， 加入弱碱Na2C03，质量浓度为1.5%，在45。C下测定与大庆原油的界面张力， 平衡界面张力能降到1(^mN/m数量级，如图5所示。
用制备的萘取代a-烯烃磺酸盐与磺酸盐型阴离子复配，其中萘取代a-烯烃 磺酸盐摩尔分数为0.6。将混合表面活性剂溶于含有1000 ppm聚丙烯酰胺的大 庆地层水中，总表面活性剂浓度(质量分数)为0.2%，加入弱碱Na2C03，质量浓 度为1.5%，在45°C下测定与大庆原油的界面张力，平衡界面张力能降到10—3 mN/m数量级，如图6所示。
权利要求
1、一种萘取代α-烯烃磺酸盐表面活性剂，其特征是该表面活性剂由α-烯烃的磺化产物与萘反应并中和得到，是一种阴离子型表面活性剂，α-烯烃磺化产物与萘的反应式及萘取代α-烯烃磺酸的结构为其中R1，R2，R3为长链烷基，各烷基中的碳原子总数为12～18；中和后得到萘取代α-烯烃磺酸盐表面活性剂。
2、 根据权利要求1所述的表面活性剂，其特征是原料a-烯烃磺化产物碳链中碳原子数为C12~C18。
3、 权利要求1所述的表面活性剂的制备方法，其特征是用萘与oc-烯烃的磺化产物进行反应，并经中和得到；萘与a-烯烃磺化产物的摩尔比为(1.0 1.3):l，反应温度140 190°C，反应时间5 8小时，转化率80% 90°/0。
4、 权利要求l所述的表面活性剂的应用，其特征是通过将其与其它表面活性剂复配使用，用作弱碱三元复合驱油剂，其中萘取代a-烯烃磺酸盐的摩尔分数为0.40 0.80，在复合驱油剂中总表面活性剂质量浓度为0.1%~0.5%、加聚丙烯酰胺浓度1000 mg/L，加入碱性盐Na2C03 1.0°/0~2.0%， 45°C、不加NaOH，能使大庆原油/地层水界面张力降至l(T3 mN/m数量级，适用于弱碱三元复合驱提高石油采收率。
全文摘要
一种萘取代α-烯烃磺酸盐表面活性剂及其制备和应用，属于胶体与界面化学领域。本发明通过用α-烯烃的磺化产物与萘反应并中和，制备了一种新型萘取代α-烯烃磺酸盐，是一种阴离子型表面活性剂。由于在α-烯烃磺化产物的烷基链中引入萘基，使得表面活性剂的亲油性大幅度增加，临界胶束浓度显著减小。与烷基苯磺酸盐系列相比，萘取代α-烯烃磺酸盐由于磺酸基团连在烷基链上，保持了α-烯烃磺酸盐的优良耐盐/抗硬水能力，因而适合用作驱油剂。通过与其它表面活性剂复配，并加入适量弱碱(Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>)，在45℃、总活性物浓度(质量分数)0.1％～0.5％条件下，萘取代α-烯烃磺酸盐可以使大庆原油/地层水界面张力降至10<sup>-3</sup>mN/m数量级，适用于弱碱三元复合驱提高石油采收率。
文档编号B01F17/12GK101549264SQ20091003047
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者崔正刚, 汤佳庆, 峰 王, 蒋建中 申请人:江南大学