杜世宇 范振忠

1東北石油大學化學化工學院2東北石油大學科研處

環(huán)保型稠油乳化劑十二烷基糖苷的性能評價

杜世宇1范振忠2

1東北石油大學化學化工學院2東北石油大學科研處

室內(nèi)評價了十二烷基糖苷對稠油的乳化性能及環(huán)保性能，十二烷基糖苷與稠油之間的界面張力可以達到10-3數(shù)量級；乳化力比Span、Tween、AEO、LAS強，且乳狀液流動性好；十二烷基糖苷LD50值為9 150 mg/kg，LC50值為68.1 mg/L，沒有毒性；十二烷基糖苷聚合度越高，發(fā)光菌半有效濃度越大，毒性越低，其對微生物基本沒有影響，具有良好的環(huán)保性能。

十二烷基糖苷；乳化劑；界面張力；乳化力；稠油

近年來美國、加拿大、俄羅斯以及中國非常重視對稠油乳化降黏的探索，并對稠油乳比降黏進行了深入地研究[1]。1983年，委內(nèi)瑞拉國家石油公司和加拿大BP研究中心研制開發(fā)了TRANSOIL重油乳化技術，利用二步法制成水包油乳狀液[2]，乳狀液在輸送過程中性能穩(wěn)定而在破乳過程中性能不穩(wěn)定。1993年，委內(nèi)瑞拉開始把乳化降黏技術應用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在直徑152.4mm、長55 km管線上輸送奧里諾科重油帶的Zuata重油。隨著環(huán)保要求越來越高，合成具有環(huán)保型的稠油乳化劑成為稠油乳化降黏的關鍵技術[3]。

環(huán)保型稠油乳化劑烷基糖苷是由天然或再生資源的原料（如淀粉中的葡萄糖）與脂肪醇反應得到的一種新型的非離子表面活性劑組成，具有乳化性能優(yōu)良、毒性低及對微生物影響小等特點，所用原材料是葡萄糖和脂肪醇。此產(chǎn)品由于無毒、無刺激，將是傳統(tǒng)表面活性劑的替代產(chǎn)品，具有廣闊的應用前景。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與實驗藥品

實驗儀器：美國科諾TX500D旋轉滴界面張力儀、XSP—2XC生物顯微鏡、恒溫水浴鍋、電子天平等。

實驗藥品：稠油取自遼河油田歡喜嶺采油廠；十二烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚類（AEO）、烷基苯磺酸鹽（LAS）、非離子表面活性劑Span、Tween，工業(yè)品。

1.2 界面張力的測定

界面張力是反映表面活性劑作用能力的一個很重要的指標。乳化劑分子在油水界面上的定向吸咐引起凈吸引力的變化，使得油水界面張力降低。在稠油乳化劑十二烷基糖苷加量為2.0 g/L條件下，測定不同時間下的油水界面張力，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同時間下稠油乳化劑十二烷基糖苷的界面張力

由表1可見，乳化劑十二烷基糖苷的界面張力隨測定時間的增加不斷下降，100min后界面張力趨于最低，達到1×10-3數(shù)量級，且不再變化。這說明十二烷基糖苷乳化劑具有良好的降低界面張力特性。

固定界面張力的測定時間為100min，改變?nèi)榛瘎┦榛擒盏臐舛?，測定不同乳化劑濃度下的界面張力，實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同濃度乳化劑的界面張力

由表2可見，隨著乳化劑十二烷基糖苷濃度的增加，界面張力逐漸減小。當乳化劑濃度＞2.0 g/L時，界面張力達到1×10-3數(shù)量級，當達到一定濃度后界面張力降到最低且保持不變。

2 性能評價

2.1 乳化能力

乳化劑的親水親油平衡值(HLB)處于9～16之間時可以用作水包油型乳化劑。將乳化劑十二烷基糖苷用蒸餾水配制成0.8%的水溶液，取10mL乳化劑十二烷基糖苷溶液和10mL原油加入到25mL具塞量筒中，上下?lián)u晃20次，停放3min后再上下?lián)u晃20次，然后將乳液倒入另一個具塞量筒中。在60℃恒溫條件下，記錄乳液分離出2.5mL水時所用的時間即為乳化劑對原油的乳化力(EP)。實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可見，AEO和LAS都是較差的乳化劑，而常用的Span和Tween系列非離子乳化劑也不如乳化劑十二烷基糖苷。

表3 乳化劑十二烷基糖苷與其他類乳化劑乳化力的比較

2.2 毒性

乳化劑毒性強弱通常用半致死量LD50來表示。將不同劑量的乳化劑投喂一些動物，估測并察看一半動物死亡時所用劑量，記為LD50（單位為mg/kg，kg為受試動物體重，mg為乳化劑量）。LD50值越大，其毒性就越低，LD50值在10 000mg/kg以上為無毒，500～l0 000 mg/kg為低毒，100～500 mg/kg為中毒，100mg/kg以下為劇毒。

而魚毒性用LC50來表示，單位為mg/L。通常乳化劑使水的表面張力降低到50mN/m時，魚類生存就非常困難。對于LC50值非常低的乳化劑，在使用時應注意其濃度。LC50值在60mg/L為無毒。表4為乳化劑十二烷基糖苷與其他乳化劑毒性LD50及魚毒性LC50值。

表4 十二烷基糖苷與其他乳化劑LD50及LC50值

由表4中數(shù)據(jù)可見，陰離子型乳化劑LAS有較高毒性，非離子型乳化劑AEO毒性一般較低。乳化劑十二烷基糖苷的LD50值為9 150mg/kg，LC50值為68.1 mg/L，由此可見，這種物質(zhì)是安全無毒的。

2.3 對微生物的影響

乳化劑十二烷基糖苷對微生物的影響測定方法采用《油田化學劑、鉆井液生物毒性分級及檢測方法—發(fā)光細菌法（Q/SY 111—2007）》，通過測定發(fā)光細菌在接觸被測樣品15min后，發(fā)光菌的相對發(fā)光度被抑制至一半時樣品的濃度即為半有效濃度，得出樣品的毒性等級。

選取不同聚合度的乳化劑十二烷基糖苷，按照上述實驗方法測定發(fā)光度，計算發(fā)光菌半有效濃度。一個樣品重復3次，計算平均值，實驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 不同聚合度十二烷基糖苷對發(fā)光菌半有效濃度的影響

聚合度越高，引入的烷基鏈越多。一般來說，分子內(nèi)引入聚氧乙烯基后刺激性可以減輕，增大分子內(nèi)的聚氧乙烯基數(shù)量，刺激性會下降。因此聚合度越高，發(fā)光菌半有效濃度越大，毒性越低。

2.4 顯微鏡照片分析

為了對稠油乳化性能進行分析，選擇遼河油田歡喜嶺稠油，摻入量分別為40%和70%，形成水包油型乳狀液。XSP—2XC生物顯微鏡放大320倍拍攝照片見圖1和圖2。

圖1 水包油型乳狀液微觀照片（40%）

圖2 水包油型乳狀液微觀照片（70%）

從拍照過程中可以看出，稠油以球形液滴的形狀分散在水中，小液滴在不停地運動，像小溪中的流水一樣流動，說明此乳狀液流動性非常好。

3 結論

（1）室內(nèi)評價了十二烷基糖苷對稠油的乳化性能及環(huán)保性能，稠油乳化劑十二烷基糖苷的界面張力可以達到1×10-3數(shù)量級，具有良好的降低界面張力特性。

（2）乳化劑十二烷基糖苷乳化力比Span、Tween、AEO、LAS強，且乳狀液流動性好。

（3）乳化劑十二烷基糖苷無毒性；十二烷基糖苷聚合度越高，發(fā)光菌半有效濃度越大，毒性越低。

[1]劉忠運，李麗娜．稠油乳化降黏劑研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J]．化工技術與開發(fā)．2009（12）：23-26.

[2]貝歇爾．乳狀液理論與實踐[M]．北京：科學出版社，1978.

[3]趙福麟．采油用化學劑研究進展[J]．中國石油大學學報：自然科學版，2007，31（1）：162-170.

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.075