清洗剂及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 清洗剂及其制备方法和应用 (Cleaning agent and preparation method and application thereof ) 是由 朱万成 王钊 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种清洗剂及其制备方法和应用,所述清洗剂按质量百分比计包括如下组分：非离子表面活性剂10-16％,螯合剂8-12％,有机酸10-16％,助剂5-8％,余量水,其中,所述非离子表面活性剂选自氟改性的聚氧乙烯基醇醚。本发明提供的清洗剂,通过将氟改性的聚氧乙烯基醇醚与螯合剂、有机酸、助剂以及水进行合理配置,使各组分协同作用,使得到的清洗剂具有很好的清洗效果,尤其适合清洗材质为核桃壳、纤维球的滤料。在清洗过滤含油污水的过滤器时,本发明的清洗剂不仅能够清除掉滤料上板结块,还能够显著地降低吸附在滤料表面上的杂质残留量,进而使其保持较高的过滤效率。(The invention relates to a cleaning agent, a preparation method and application thereof, wherein the cleaning agent comprises the following components in percentage by mass: 10-16% of nonionic surfactant, 8-12% of chelating agent, 10-16% of organic acid, 5-8% of auxiliary agent and the balance of water, wherein the nonionic surfactant is selected from fluorine modified polyoxyethylene alcohol ether. According to the cleaning agent provided by the invention, the fluorine-modified polyoxyethylene alcohol ether, the chelating agent, the organic acid, the auxiliary agent and the water are reasonably configured, so that the components have synergistic effects, the obtained cleaning agent has a good cleaning effect, and the cleaning agent is particularly suitable for cleaning filter materials made of walnut shells and fiber balls. When a filter for filtering oily sewage is cleaned, the cleaning agent disclosed by the invention can not only remove hardened blocks on a filter material, but also remarkably reduce the residual quantity of impurities adsorbed on the surface of the filter material, so that the filter material can keep higher filtering efficiency.)
技术领域
本发明涉及油田污水处理技术领域，尤其涉及一种清洗剂及其制备方法和应用。
背景技术
在油田勘探开发过程中，通常会向地层中注入高压水实施驱替，以将原油从油井中开采出来，经过一段时间注水后，注入水将随原油一起被采出。为了获得合格的油气产品，需要将水与油气分离，分离后的水称之为含油污水。由于该污水中含有污染环境的原油、金属离子和其它杂质，因此需要经过净化处理后才能排放或回用。
目前，过滤法是含油污水最为主要的净化处理方法之一，利用过滤器中的滤料可将含油污水中的颗粒杂质和原油去除，从而使油水分离开来，达到净化的目的。而在过滤处理的过程中，含油污水中的原油和悬浮物被截留的同时，也会在滤料上形成吸附直至形成板结，而污水中金属离子，特别是钙镁离子的沉积更加剧了滤料表面的板结，从而致使滤料的过滤效率严重下降。
为了解决吸附在滤料表面上的杂质和滤料板结的问题，需要定期清洗过滤器，一般是通过水反冲来清洗滤料，进而将吸附在滤料表面上的杂质及板结块清洗掉。然而，单纯依靠水反冲洗很难将吸附在滤料表面上的杂质和板结块清除掉，所以也有一些相关的清洗剂研究被报道。申请号为CN200810117488.0、发明名称为《污水过滤器清洗剂及其制备方法》中公开了一种清洗剂，该清洗剂的各组分为：柠檬酸、盐酸、羟基-1，1-亚乙基二膦酸磺酸、烷基酚聚氧乙烯(14)醚和水，并报道可以通过反冲洗方法对过滤器滤料沉积的原油及机械杂质实现清洗。
虽然现有的清洗剂可以清除掉沉积在滤料表面上的原油和机械杂质，但吸附在滤料表面上的金属离子和原油并没有被清洗掉，从而导致滤料的过滤效率依然严重下降。
发明内容
针对上述现有技术的问题，本发明提供了一种清洗剂，该清洗剂用于清洗过滤含油污水的过滤器时，不仅能够清除掉滤料上的板结块，还能够显著地降低吸附在滤料表面上的杂质残留量，使滤料保持较高的过滤效率。
本发明还提供了一种上述清洗剂的制备方法，通过简单有效的制备过程，得到具有好的清洗效果的清洗剂。
本发明还提供了一种上述清洗剂在清洗过滤器中的应用，该过滤器用于处理含油污水，通过本发明的清洗剂使过滤器中的滤料保持较高的过滤效率。
本发明首先提供了一种清洗剂，以质量百分比计，所述清洗剂包括如下组分:
其中，所述非离子表面活性剂选自氟改性的聚氧乙烯基醇醚。
在一些实施方案中，以质量百分比计，所述清洗剂包括如下组分:
在一些实施方案中，所述聚氧乙烯基醇醚的分子量为175-215。
在一些实施方案中，所述聚氧乙烯基醇醚的分子量为190-200。
在一些实施方案中，所述螯合剂选自有机酸钠盐。
在一些实施方案中，所述有机酸钠盐选自乙二胺四乙酸钠盐和氨三乙酸钠盐中的一种或两种。
在一些实施方案中，所述有机酸选自氨基磺酸和乙酸中的至少一种；所述助剂选自磷酸三钠、三聚磷酸钠和硅酸钠中的至少一种。
本发明还提供了一种上述任一实施方案所述清洗剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将非离子表面活性剂、螯合剂、有机酸、助剂和水按比例进行混合溶解，得到清洗剂。
在一些实施方案中，所述制备方法具体包括如下步骤：将水、非离子表面活性剂和有机酸混合均匀后，再依次加入助剂和螯合剂，加热搅拌使助剂和螯合剂溶解，经冷却后得到清洗剂。
在一些实施方案中，所述加热的温度为40-85℃，所述搅拌的速率为50-850r/min。
本发明的实施方案，至少具有如下有益效果：
1)本发明提供的清洗剂，用于清洗过滤含油污水的过滤器时，在清除掉滤料板结块的同时，还能够显著降低吸附在滤料表面上的杂质残留量，进而使滤料保持较高的过滤效率。
2)本发明提供的清洗剂的制备方法，制备方法简单，且制备成本低。
3)本发明提供了的清洗剂在清洗过滤器中的应用，利用本发明的清洗剂清洗过滤器中滤料，可使清洗后的滤料保持较高的过滤效率。
具体实施方式
本发明提供了一种清洗剂，以质量百分比计，包括如下组分：
其中，所述非离子表面活性剂选自氟改性的聚氧乙烯基醇醚。
本发明提供的清洗剂，通过将氟改性的聚氧乙烯基醇醚与螯合剂、有机酸、助剂以及水进行合理配置，使各组分协同作用，使得到的清洗剂对滤料表面上的原油、钙离子等杂质具有很好的清洗效果，尤其适合清洗材质为核桃壳、纤维球的滤料。因此，本发明的清洗剂不仅能够清除掉这些杂质与滤料形成的板结块，还能够显著地降低吸附在滤料表面上的杂质残留量，进而使其依然保持较高的过滤效率。
在本发明中，氟改性的聚氧乙烯基醇醚是指氟原子部分或全部取代聚氧乙烯基醇醚中碳链上的氢原子，适量的氟改性的聚氧乙烯基醇醚的加入可使得到的清洗剂具有优异的乳化和渗透作用，进而能够快速渗透进入板结块内部，使板结块快速分散并脱离滤料表面，从而使滤料表面上的杂质和板结块中的杂质暴露出来。而再通过与清洗剂中其它组分的协同作用，可使得到清洗剂具有很好的清洗效果，在清除掉板结块的同时，还显著地降低了吸附在滤料表面上的杂质残留量。
申请人的研究也证明，选择较小分子的所述非离子表面活性剂，有利于提升清洗效果。在本发明的一些实施方案中，选择氟改性的聚氧乙烯基醇醚的分子量控制在175-215，例如190-200时，可使清洗剂的清洗效果、乳化和渗透作用得到进一步提高。在本发明的一些具体实施过程中，氟改性的聚氧乙烯基醇醚为巴州康菲能源科技有限公司的F180、F181和F182。
在本发明提供的清洁剂中，加入适量的螯合剂，能够与滤料表面上及板结块中的金属离子结合形成可溶性的络合物。因此，当清洗剂清洗滤料时，滤料上的板结块会分散溶解，而其中的金属离子就会进入清洗液中与螯合剂发生反应形成可溶性盐。此外，当板结块消除后，螯合剂可以进一步地与滤料表面上沉积地金属离子反应，从而降低了滤料表面上的杂质残留量。
在本发明的一些实施方案中，螯合剂可以为有机酸钠盐。在本发明的具体实施过程中，上述有机酸钠盐可以选自乙二胺四乙酸钠盐和氨三乙酸钠盐中的一种或两种。
具体地，乙二胺四乙酸钠盐选自乙二胺四乙酸钠、乙二胺四乙酸二钠和乙二胺四乙酸三钠时，可显著的提高清洗剂的清洗效果。
氨三乙酸钠盐可由氨三乙酸三钠和氨三乙酸按质量比为1：2的比例混合得到的。
在本发明提供的清洁剂中，有机酸也能够与滤料表面上和板结块中的金属离子反应，形成可溶性的有机酸盐，从而可以进一步降低滤料表面上的金属离子残留量。
在本发明的一些实施方案中，有机酸的种类不做特别限定，可以为本领域技术人员所熟知的有机酸，例如乙酸、羟基乙酸、氨基磺酸、柠檬酸。在本发明的一些具体实施过程中，有机酸选自氨基磺酸和乙酸。
在本发明提供的清洁剂中，助剂是本发明清洗剂中必不可少的一种组分，它能与其它组分协同作用，尤其是表面活性剂，能够提高清洗剂的清洗效果。助剂可以分为有机助剂和无机助剂，有机助剂包括竣甲基纤维素、聚丙烯酸锅、丙烯酸、马来酸、共聚物等，无机助剂包括磷酸盐、硫酸钠、碳酸钠和硅酸钠。
在本发明的一些实施方案中，助剂选择采用无机助剂。具体的，该无机助剂可以选自磷酸三钠、三聚磷酸钠和硅酸钠中的至少一种。
本发明还提供了一种上述任一实施方案所述清洗剂的制备方法，该制备方法具体包括如下步骤：
1)将称取的清洗剂各组分添加到反应釜中进行混合，加热并维持搅拌使组分中固体成分充分溶解，实际操作中可根据固体成分的性质控制加热温度及搅拌条件，例如加热至40-85℃，并以50-850r/min维持搅拌可使固体原料充分溶解，得到混合物；
2)将上述混合物冷却至室温后，得到清洗剂。
在本发明的一些具体实施过程中，将清洗剂组分中的液体成分先添加到反应釜中搅拌均匀，然后加入组分中的固体成分。而且，固体成分按照一定顺序加入，这样有利于使固体成分充分溶解。例如先加入助剂，最后加入螯合剂。
本发明还提供了一种上述任一实施方案中所述的清洗剂在清洗过滤器中的应用。
具体地，将一定量的本发明清洗剂添加到水中配成清洗液，然后通过排水系统将清洗液注入到过滤器中的工作腔内，高速的清洗液会使滤料翻腾起来，进而使过滤时滤料拦截的杂质与滤料分离，然后随反洗水一起被排出。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如无特别说明，以下实施例和对比例中所用化学材料及仪器，均为常规化学材料及常规仪器，均可商购获得。
实施例1
本实施例的清洗剂按质量百分比包括如下组分：
氟改性的聚氧乙烯基醇醚(购自巴州康菲能源科技有限公司的F180)，分子量为175-190，10％；
乙二胺四乙酸二钠，8％；
氨基磺酸，10％；
助剂，5％；
水，67％；
其中，助剂由三聚磷酸钠和硅酸钠组成，二者的质量比为1：1。
上述清洗剂的制备方法包括如下步骤：
1)向反应釜中注入670kg的水，启动搅拌，以120-165r/min搅拌，通过泵再反应釜中注入100kg氟改性的聚氧乙烯基醇醚进行混合，混合均匀后，再向反应釜中加入100kg氨基磺酸，启动加热，使反应釜内升温至50-70℃；
2)向反应釜中加入50kg助剂，待充分溶解后，再向反应釜中加入80kg乙二胺四乙酸二钠，待其全部溶解后，停止加热，得到混合液；
3)待上述混合液冷却至室温后，停止搅拌，得到清洗剂。
实施例2
本实施例的清洗剂按质量百分比包括如下组分：
氟改性的聚氧乙烯基醇醚(购自巴州康菲能源科技有限公司的F182)，分子量为200-215，16％；
氨三乙酸钠盐，12％；
乙酸，16％；
助剂，8％；
水，48％；
其中，助剂由三聚磷酸钠和硅酸钠组成，二者的质量比为1：1；氨三乙酸钠盐由氨三乙酸三钠和氨三乙酸按质量比为1：2的比例混合得到的。
本实施例的制备方法和实施例1的制备方法相同。
实施例3
本实施例的清洗剂按质量百分比包括如下组分：
氟改性的聚氧乙烯基醇醚(购自巴州康菲能源科技有限公司的F180)，分子量为175-190，10％；
乙二胺四乙酸四钠，8％；
氨基磺酸，10％；
助剂，5％；
水，68％；
其中，助剂由三聚磷酸钠和硅酸钠组成，二者的质量比为1：1。
本实施例的制备方法和实施例1的制备方法相同。
实施例4
本实施例的清洗剂按质量百分比包括如下组分：
氟改性的聚氧乙烯基醇醚(购自巴州康菲能源科技有限公司的F182)，分子量为200-215，16％；
氨三乙酸三钠，12％；
乙酸，16％；
助剂，8％；
水，48％；
其中，助剂由三聚磷酸钠和硅酸钠组成，二者的质量比为1：1。
本实施例的制备方法和实施例1的制备方法相同。
实施例5
本实施例的清洗剂按质量百分比包括如下组分：
氟改性的聚氧乙烯基醇醚(购自巴州康菲能源科技有限公司的F181)，分子量为190-200，13％；
乙二胺四乙酸二钠，10％；
氨基磺酸，13％；
助剂，6.5％；
水，57.5％；
其中，助剂由三聚磷酸钠和硅酸钠组成，二者的质量比为1：1。
本实施例的制备方法和实施例1的制备方法相同。
对比例1
本对比例是以申请号为CN200810117488.0、发明名称为《污水过滤器清洗剂及其制备方法》公开的清洗剂配方作为对比例1，该清洗剂按照质量百分比包括如下组分：
柠檬酸，7％；
盐酸，4.5％；
羟基-1，1-亚乙基二膦酸磺酸，0.15％；
烷基酚聚氧乙烯(14)醚，5.5％；
其余为水，各组分质量百分比之和为100％。
本对比例的制备方法包括如下步骤：
1)将柠檬酸、盐酸、羟基-1，1-亚乙基二膦酸磺酸和水按比例加入到常压反应釜中，搅拌30min；
2)按比例加入烷基酚聚氧乙烯醚，边加入边搅拌，搅拌20min后出料，得到清洗剂。
对比例2
本对比例的清洗剂按照质量百分比包括如下组分：
聚氧乙烯辛基苯酚醚，13％；
乙二胺四乙酸二钠，10％；
氨基磺酸，13％；
助剂，6.5％；
水，57.5％；
其中，助剂由三聚磷酸钠和硅酸钠组成，二者的质量比为1：1。
本对比例的制备方法和实施例1的制备方法相同。
对比例3
本对比例的清洗剂按照质量百分比包括如下组分：
椰子油脂肪酸二乙醇酰胺，13％；
乙二胺四乙酸二钠，10％；
氨基磺酸，13％；
助剂，6.5％；
水，57.5％；
其中，助剂由三聚磷酸钠和硅酸钠组成，二者的质量比为1：1。
本对比例的制备方法和实施例1的制备方法相同。
对上述实施例和对比例中的清洗剂用于清洗过滤器，其中，过滤器中的滤料为纤维球，通过纤维球过滤含油污水，该纤维球的表面上吸附了大量的原油和钙离子，并且还形成了板结块。过滤器的具体清洗过程如下：
将上述实施例和对比例中清洗剂添加到水中配成清洗液，然后通过排水系统将清洗液注入到过滤器中的工作腔内，高速的清洗液会使滤料翻腾起来，进而使纤维球上的板结块脱落、分散并溶解，并且吸附在纤维球上的杂质经过清洗液后也会脱落，然后随反洗水一起被排出。
将清洗后的纤维球进行如下测试，测试结果见表1。
1、纤维球中钙离子含量的测试方法与步骤：参见《油田水分析方法(SY/T5523-2016)》。
2、纤维球中原油含量的测试方法与步骤：参见《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法(SY/T5329-2012)》。
3、纤维球白度的测试步骤：将标准色卡与洗净后的纤维球进行比色，确定纤维球的白度。
表1
上述表1中实施例1-5和对比例1-3的测试结果说明，本发明提供的清洗剂，通过将氟改性的聚氧乙烯基醇醚与螯合剂、有机酸、助剂以及水进行合理配置，使各组分协同作用，使得到的清洗剂对滤料具有很好的清洗效果，在清除板结块的同时，还能够显著地降低吸附在滤料表面上原油和钙离子残留量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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