絮凝剂在煤层气井采出水处理中的研究

鄢 峥

（中石油煤层气有限责任公司临汾分公司，山西临汾 042300）

絮凝剂在煤层气井采出水处理中的研究

鄢 峥

（中石油煤层气有限责任公司临汾分公司，山西临汾 042300）

在煤层气生产过程中，会排出悬浮细煤粉的排采水，如果直接排放，会造成环境污染。目前在工业废水处理上采用絮凝沉淀法，研制出能絮凝排采水中的细煤粉的淀粉磷酸酯。

煤层气；细煤粉；絮凝剂；淀粉磷酸酯

1 绪论

目前在工业废水处理上采用絮凝沉淀法，在煤层气井生产过程中，会排出悬浮细煤粉的排采水，沉降时间超过24h，直接排放会造成环境污染。若在废水中加入絮凝剂，使细煤粉絮凝成较大的絮凝体，快速分离出来，能达到净化水质的目的。

淀粉磷酸酯对细煤粉具有絮凝效果[1]，淀粉磷酸酯为天然高分子，分子上的羟基和磷酸盐基团可对细煤粉产生吸附架桥和因极性基表面吸附作用，形成絮团沉降[2]。国内淀粉资源丰富，若能充分利用淀粉资源，能达到良好的经济效益。

本课题研究的目的是制备一种高效无毒，成本合理的淀粉磷酸酯絮凝剂，使其能够絮凝排采水中的细煤粉。

2 设计和研究方法

2.1 酯化剂的选择

淀粉中含有三个羟基，均能与磷酸基团发生反应。Na2HPO4和NaH2PO4是正磷酸盐，与淀粉发生一酯化反应反应生成淀粉磷酸单酯，且两种盐作用各不相同，本次实验选用两种盐的混合物作为酯化剂。

2.2 制备方法的确定

淀粉磷酸酯的制备方法主要有湿法、半干法、干法，由于半干法对设备要求不高，且混合过程在液相中进行，混合程度比较均匀，本次实验采用半干法。

2.3 引发剂的选择

尿素在催化磷酸酯化反应中可通过提高酯化程度，降低降解程度提高结合磷含量，利于在煤粉粒上的吸附，还能参与反应生成含有氮取代基的磷酸基团，本次实验采用尿素作为引发剂。

3 实验

3.1 合成步骤

（1）在烧杯中将一定配比的Na2HPO4和NaH2PO4溶于蒸馏水，调节适当pH值，边搅拌边加入玉米原淀粉，得到淀粉浆；

（2）将烧杯放入50℃恒温水浴中，开启搅拌器，加入尿素催化剂，反应一定时间，真空抽滤得到湿淀粉滤饼；

（3）将湿淀粉滤饼于40～50℃干燥至含水率15%以下，粉碎过筛，高温酯化反应一定时间，冷却水洗，再干燥得到产物。

实验过程中应考虑到反应温度、反应时间、单体浓度、引发剂加量及pH值。

3.2 反应条件的选择

（1）单体加量的选择

吸光率降低率随着质量比增大，在1∶1时达到最大值，若继续增加吸光度降低率变小，且产物中游离磷增多，因此最佳的单体配比为1∶1。淀粉中羟基数量不变，单体加量少会导致产品浓度低，随溶剂流失较多，加量多时残留磷酸盐较多，反应效率降低。因此最佳单体浓度为12g，吸光度为0.155 3，吸光度降低率为87.39%。

（2）反应温度的选择

温度过低时酯化反应速率较低，吸光度降低率较小，随着温度升高吸光度降低率逐渐增大，但在150℃后开始减少，且温度过高产物会出现炭化情况。因此最佳反应温度为150℃，吸光度为0.191 1，吸光度降低率为84.49%。

（3）反应时间的选择

反应时间过短会导致反应进行不完全，而反应2.5h的吸光度降低率与2h几乎无变化证明2h时反应已完成，继续反应耗能更高，因此最佳反应时间为2h，吸光度为0.228 6，吸光度降低率为81.44%。

（4）引发剂加量的选择

引发剂加量少时酯化反应产生活性中心少，反应速率低，单体残余量多；当加量过多时速率增加缓慢。因此最佳引发剂加量为6g，吸光度为0.189 1，吸光度降低率为84.65%。

（5）pH值的选择

pH值较低时淀粉过度水解黏度降低，较高时淀粉糊化影响反应效率，因此控制在5.5最佳，吸光度为0.189 3，吸光度降低率为84.63%。

3.3 正交试验

单因素实验后，采用正交试验进行优化，采用五因素四水平正交实验表。处理结果如表1：

表1 正交试验表

对实验的影响因素由大到小分别是：反应温度、反应时间、引发剂加量、pH值和单体加量。优化后的反应条件是反应温度150℃，反应时间2h，引发剂加量6g，pH值5.5，单体加量12g。

3.4 合成絮凝剂

根据实验结果，按以下步骤合成絮凝剂：

（1）将6g Na2HPO4和6g NaH2PO4溶于75mL蒸馏水，加入100g玉米淀粉，调节pH值至5.5，得到淀粉浆；

（2）在50℃的恒温水浴中开启搅拌器，加入6g尿素，反应30min得到湿淀粉滤饼；

（3）将湿淀粉滤饼于40～50℃真空抽滤干燥至含水率15%以下，粉碎过筛，150℃下酯化反应2h，冷却水洗，再干燥得到产物。

4 结论

1）采用尿素为催化剂，通过酯化反应合成淀粉磷酸酯絮凝剂。

2）研究了影响反应的因素如反应温度、引发剂加量、单体加量、反应时间及pH值，得出合成的最佳条件为：单体配比1∶1，反应温度150℃，引发剂加量4g，单体浓度12g，反应时间2h，pH值5.5。

[1] 李文德，张力田，张新建.薯类淀粉磷酸酯用为细粉絮凝剂的研究[J].淀粉与淀粉糖，1993，（2）：10-14.

[2] Whistler.Roy L.Methods in carbohydrate chemistry[M].Academic Press：1964.

Study on Flocculant in Coalbed Methane Well Water Treatment

Yan Zheng

In the process of coalbed methane production，the discharge of suspended fine pulverized coal is discharged，and if it is discharged directly，it will cause environmental pollution.At present，the fl occulation and sedimentation method of industrial wastewater treatment is used to develop the starch phosphate of the fi ne pulverized coal in fl occulation.

coalbed methane；f i ne coal powder；f l occulant；starch phosphate

X752

：A

：1003–6490（2017）04–0224–02

2017–04–07

刘粉玲（1987—），女，陕西靖边人，助理工程师，主要负责油田生产中经济用电分析的技术工作。

收稿日期：2017–04–06

作者简介： 鄢峥（1990—），男，四川成都人，助理工程师，主要研究方向为应用化学。