除垢先鋒
——硫酸鹽垢除垢劑的發(fā)展及應(yīng)用研究進(jìn)展

趙大洲，畢思彤，苗嘉敏，種一碧，武宇杰，魏景博

（陜西學(xué)前師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安，710100）

0 引言

水垢是水中溶解的無機(jī)鹽類沉積在管道、設(shè)備表面所形成的固體結(jié)晶物。水垢的積聚會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的效率下降、能源浪費(fèi)并使設(shè)備壽命縮短。因此，制備高效、綠色、有針對(duì)性的除垢劑，成為目前的研究熱點(diǎn)。硫酸鹽垢是油田開發(fā)過程中經(jīng)常遇到的一種結(jié)垢類型，由于硫酸鹽垢的硬度很大，因此在石油開采過程中常常需要對(duì)其進(jìn)行除垢處理。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)硫酸鹽垢及其除垢劑進(jìn)行了大量研究，并取得了一定的成果［1］。表1 是目前除垢劑的類型及其清垢類型與優(yōu)缺點(diǎn)匯總。

表1 除垢劑類型及其清垢類型與優(yōu)缺點(diǎn)

在國(guó)外，化學(xué)除垢劑的發(fā)展較早，主要應(yīng)用于油田，尤其是石油生產(chǎn)。國(guó)外較為著名的化學(xué)除垢劑有：美國(guó)PRESENTECHNOXTM 公司的 STA，加拿大 CRD公司的PCC-1、PCC-8 等，德國(guó)的ZYZ-公司的FM-6050 和FM-6700，美國(guó)的 TURNICE 702 等。而在國(guó)內(nèi)，化學(xué)除垢劑主要應(yīng)用于油田開發(fā)過程中，如中油石油公司和勝利石油管理局等單位。目前，國(guó)內(nèi)外除垢方法主要有化學(xué)除垢法、熱洗除垢法、電化學(xué)除垢法、超聲波除垢法等［2，3］，其中化學(xué)除垢法是目前使用最多的方法，現(xiàn)在研究人員常常通過酸和堿的反應(yīng)來除去硫酸鹽垢，但傳統(tǒng)的化學(xué)除垢劑易產(chǎn)生腐蝕，且除垢劑對(duì)油井設(shè)備有一定傷害。硫酸鹽垢屬于難溶鹽類，其溶解性較差，通常采用熱洗的方法來清除硫酸鹽垢，因此開發(fā)新型高效的硫酸鹽除垢劑對(duì)提高油田開采效率具有重要意義［4］。

2010 年，郭麗梅課題組研究了以DTPA 為主劑的除垢劑溶液，與EDTA、EDTA-Na2相比能更好地溶解硫酸鹽垢［5，6］。2013 年，姜偉課題組使用土酸、表面活性劑（洗油劑）、緩蝕阻垢劑等配成土酸清垢劑，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)碳酸鹽清垢率達(dá)到90%以上［7］。另外，有大量課題組對(duì)硫酸鹽除垢劑的制備及其應(yīng)用進(jìn)行了深入研究與綜述，多側(cè)重于進(jìn)行有機(jī)絡(luò)合清垢劑配方優(yōu)化的研究。本文則側(cè)重討論硫酸鹽除垢劑的研究進(jìn)展，并闡述未來可從哪些角度提高硫酸鹽除垢劑的反應(yīng)性能。

1 硫酸鹽垢除垢劑的研究進(jìn)展

硫酸鹽垢除垢劑作為一種常用的清潔劑，在去除水垢方面發(fā)揮著重要的作用。它的工作原理是利用硫酸鹽的強(qiáng)酸性，與水垢中的鈣、鎂等金屬離子反應(yīng)，將其溶解或轉(zhuǎn)化為不溶于水的化合物，從而實(shí)現(xiàn)除垢的效果。它可以有效地去除水中的垢和積垢，保持管道和設(shè)備的正常運(yùn)行。成都科技大學(xué)與長(zhǎng)慶油田共同研制的BS-2E，BS-2E 防垢劑（馬來酸/醋酸乙烯酯的二元共聚物與有機(jī)磷酸鹽復(fù)配）對(duì)于抑制 BaSO4、SrSO4結(jié)垢有很好的效果［8］。2008 年中國(guó)石油大學(xué)石油工程院系課題組進(jìn)行了離子液體用作除硫酸鈣垢劑的探討，通過用體積為1L 的性質(zhì)各不相同的離子液體去除硫酸鈣垢，研究了離子類型垢尺寸與溫度對(duì)除垢效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明（CH2CH3）3NHAl2Cl7對(duì)硫酸鈣垢有良好的溶解能力與較快的除垢速度。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)硫酸鹽除垢劑的研究也在不斷進(jìn)行。

1.1 硫酸鹽垢除垢劑成分的優(yōu)化［9］

硫酸鹽除垢劑雖然能去除水垢和鈣鎂鹽沉積，但對(duì)于某些較頑固的垢層可能效果不佳。通過調(diào)整復(fù)配比［10］、提高活性成分的濃度，或者添加其他去垢劑輔助劑，可以提高其清潔效果。同時(shí)，可以開發(fā)出一種可以迅速剝離垢層的改良劑，從而加快去垢速度。利用新的化學(xué)物質(zhì)，如螯合劑和表面活性劑，能夠增強(qiáng)硫酸鹽除垢劑的清潔效果。這些新成分能夠更好地溶解垢和污漬，增強(qiáng)其除垢效果和清潔能力。

1.2 硫酸鹽垢除垢劑在應(yīng)用上的改進(jìn)［11］

當(dāng)前社會(huì)越來越注重環(huán)境保護(hù)，為了符合可持續(xù)發(fā)展的要求，改進(jìn)硫酸鹽除垢劑應(yīng)考慮減少對(duì)環(huán)境的污染。研究者開發(fā)了一系列新型的清潔設(shè)備和技術(shù)，用于更有效地使用硫酸鹽除垢劑。這些設(shè)備和技術(shù)可以控制除垢劑的使用量和濃度，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，同時(shí)，還可以增強(qiáng)除垢劑的清潔效果，更好地保護(hù)設(shè)備和管道。目前硫酸鹽除垢劑主要用于清潔管道和設(shè)備，也可以考慮擴(kuò)大其適用范圍。例如，可以用于清潔家電、廚房用具或者家具等不同類型的表面。

1.3 硫酸鹽垢除垢劑的儲(chǔ)存和運(yùn)輸上的創(chuàng)新

硫酸鹽除垢劑的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)膭?chuàng)新包括改進(jìn)包裝材料、適配運(yùn)輸工具、定期質(zhì)量監(jiān)測(cè)、改進(jìn)儲(chǔ)存設(shè)施，以及安全培訓(xùn)和操作規(guī)范等方面。采用耐腐蝕性能更好的包裝材料和密封技術(shù)，可以降低產(chǎn)品泄漏和腐蝕容器的風(fēng)險(xiǎn)；適配合適的運(yùn)輸容器和槽車，以及考慮氣候條件的變化，可以提高運(yùn)輸過程的安全性和穩(wěn)定性；定期質(zhì)量監(jiān)測(cè)有助于發(fā)現(xiàn)潛在問題并及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)；改進(jìn)儲(chǔ)存設(shè)施，建設(shè)現(xiàn)代化的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施，利用自動(dòng)化和智能化管理提高效率，進(jìn)行安全培訓(xùn)和制定操作規(guī)范有助于減少事故的發(fā)生。這些創(chuàng)新將提高硫酸鹽除垢劑的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)陌踩?、效率和可靠性，同時(shí)保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量，減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并為生產(chǎn)商和用戶帶來更好的效益和體驗(yàn)。創(chuàng)新的最終目標(biāo)是在符合法律法規(guī)的基礎(chǔ)上滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。新型的儲(chǔ)存和包裝技術(shù)能夠延長(zhǎng)除垢劑的保質(zhì)期，并降低運(yùn)輸成本。這些新技術(shù)還可以減少除垢劑在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的損耗并降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)，減輕對(duì)環(huán)境的影響。

科研人員正在努力通過改進(jìn)和優(yōu)化除垢劑的成分［12］，研發(fā)新型除垢劑［13］，改進(jìn)應(yīng)用技術(shù)，以及創(chuàng)新儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)，提高硫酸鹽除垢劑的效果和環(huán)境友好性［14］。相關(guān)成果有望為清潔和除垢領(lǐng)域帶來新的突破和發(fā)展。

2 硫酸鹽垢除垢劑作用機(jī)理

硫酸鹽垢是指硫酸鹽在水中形成的沉淀物，常見的硫酸鹽垢包括鈣硫酸鹽垢、鎂硫酸鹽垢和鐵硫酸鹽垢等。這些硫酸鹽垢會(huì)在水處理設(shè)備、管道、鍋爐和熱交換器等設(shè)備中積聚，導(dǎo)致設(shè)備性能下降，甚至引發(fā)嚴(yán)重的故障。硫酸鹽除垢劑通過其特殊的作用機(jī)理能夠有效地清除這些垢，保持設(shè)備的正常運(yùn)行［15，16］。因此，研究硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理對(duì)于解決這一問題具有重要意義。硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理主要包括物理作用、化學(xué)作用和生物作用三個(gè)方面。

第一，物理作用是硫酸鹽垢除垢劑起作用的最基本機(jī)理之一。物理作用主要包括機(jī)械沖刷和溶解作用。機(jī)械沖刷是指硫酸鹽垢除垢劑中的顆粒物質(zhì)通過與硫酸鹽垢的摩擦力和沖擊力，使硫酸鹽垢從設(shè)備表面脫落；溶解作用是指硫酸鹽垢除垢劑中的化學(xué)物質(zhì)與硫酸鹽垢發(fā)生反應(yīng)，使硫酸鹽垢溶解于溶液中，從而達(dá)到除垢的目的。

第二，化學(xué)作用是硫酸鹽垢除垢劑作用的另一個(gè)重要機(jī)理?；瘜W(xué)作用主要包括絡(luò)合作用和離子交換作用。絡(luò)合作用是指硫酸鹽垢除垢劑中的化學(xué)物質(zhì)與硫酸鹽垢中的金屬離子形成絡(luò)合物，改變硫酸鹽垢的結(jié)構(gòu)，從而使其溶解于水中［17］；離子交換作用是指硫酸鹽垢除垢劑中的離子與硫酸鹽垢中的離子發(fā)生交換反應(yīng)，使硫酸鹽垢的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)除垢效果。

第三，生物作用是硫酸鹽垢除垢劑作用的一種特殊機(jī)理。生物作用主要是指硫酸鹽垢除垢劑中的微生物通過與硫酸鹽垢的生物化學(xué)反應(yīng)，降解硫酸鹽垢的有機(jī)成分，從而實(shí)現(xiàn)除垢效果。這種機(jī)理主要應(yīng)用于一些特殊環(huán)境中，如污水處理設(shè)備和生物反應(yīng)器等。

硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及物理、化學(xué)和生物多個(gè)方面的相互作用。只有深入研究硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理，才能更好地應(yīng)對(duì)硫酸鹽垢問題，保證設(shè)備的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。因此，我們需要加強(qiáng)對(duì)硫酸鹽垢除垢劑作用機(jī)理的研究，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

3 硫酸鹽垢除垢劑的應(yīng)用領(lǐng)域

硫酸鹽垢是一種常見的問題，廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。它會(huì)在管道、設(shè)備和器具表面形成厚重的沉積物，對(duì)其正常運(yùn)行和效率產(chǎn)生負(fù)面影響。為了解決這一問題，研究人員一直在努力開發(fā)有效的硫酸鹽垢除垢劑。這些除垢劑可以有效地去除硫酸鹽垢，并在工業(yè)和家用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

硫酸鹽垢除垢劑在工業(yè)領(lǐng)域具有巨大的潛力。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用各種設(shè)備和管道，這些設(shè)備和管道容易受到硫酸鹽垢的影響。硫酸鹽垢的積聚會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的性能下降，能源消耗增加，并可能引發(fā)設(shè)備故障。使用硫酸鹽垢除垢劑可以幫助工業(yè)企業(yè)解決這些問題，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，減少能源消耗，并降低維修成本。

硫酸鹽垢除垢劑在家用領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。在家庭生活中，硫酸鹽垢常常會(huì)在水龍頭、淋浴頭和水壺等設(shè)備中積聚。這些垢層不僅會(huì)影響水流的暢通，還可能影響設(shè)備的壽命。通過使用硫酸鹽垢除垢劑，家庭用戶可以輕松去除這些垢層，保持設(shè)備的正常使用，并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

硫酸鹽垢除垢劑還可以在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。硫酸鹽垢通常是由于水中的鈣、鎂等離子與碳酸根離子結(jié)合形成的。這些硫酸鹽垢進(jìn)入環(huán)境中后，會(huì)對(duì)水體和土壤造成污染。使用硫酸鹽垢除垢劑，可以有效地去除水中的硫酸鹽垢，并減少對(duì)環(huán)境的污染。

盡管硫酸鹽垢除垢劑具有廣闊的應(yīng)用前景，但在使用過程中仍需注意安全性和環(huán)保性［20］。一些傳統(tǒng)的硫酸鹽垢除垢劑可能含有有害的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)人體和環(huán)境造成潛在的危害。因此，研究人員需要不斷努力，開發(fā)更安全、更環(huán)保的硫酸鹽垢除垢劑，以滿足人們對(duì)健康和環(huán)境保護(hù)的需求。

4 硫酸鹽垢除垢劑的展望

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，硫酸鹽垢問題逐漸成為一個(gè)全球性的挑戰(zhàn)。硫酸鹽垢是一種由硫酸鹽沉積物形成的固體殘留物，常常會(huì)在管道、鍋爐、熱交換器等設(shè)備中堆積，導(dǎo)致設(shè)備性能下降和能源浪費(fèi)。因此，研發(fā)高效的硫酸鹽垢除垢劑成為當(dāng)前工業(yè)界和科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

硫酸鹽垢的積聚會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的熱傳導(dǎo)性能下降，從而影響設(shè)備的工作效率和能源利用率，而使用高效的硫酸鹽垢除垢劑，可以有效地清除設(shè)備中的硫酸鹽垢，提高設(shè)備的熱傳導(dǎo)性能，降低能源的消耗，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)。

硫酸鹽垢的積聚還會(huì)引發(fā)設(shè)備的腐蝕問題，導(dǎo)致設(shè)備的壽命縮短。硫酸鹽垢除垢劑可以有效地清除設(shè)備中的硫酸鹽垢，減少設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備維修和更換的成本，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

硫酸鹽垢除垢劑的研發(fā)還可以為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供支持。例如，在石油煉制、化工生產(chǎn)、電力發(fā)電等行業(yè)中，硫酸鹽垢的問題是普遍存在的，而研發(fā)高效的硫酸鹽垢除垢劑，可以為這些行業(yè)提供解決方案，促進(jìn)其發(fā)展和進(jìn)步。

然而，目前硫酸鹽垢除垢劑的研發(fā)仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，硫酸鹽垢的形成機(jī)理復(fù)雜，不同的硫酸鹽垢具有不同的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，因此需要針對(duì)不同類型的硫酸鹽垢開展研究，并開發(fā)相應(yīng)的除垢劑。其次，硫酸鹽垢除垢劑需要具備高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。因此，在研發(fā)過程中需要注重技術(shù)創(chuàng)新和工程應(yīng)用的結(jié)合，提高硫酸鹽垢除垢劑的性能。

5 結(jié)論

硫酸鹽除垢劑作為一種重要的化學(xué)物質(zhì)，隨著環(huán)保理念深入人心，環(huán)保型硫酸鹽除垢劑逐漸成為研究熱點(diǎn)，其不僅可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好型社會(huì)的戰(zhàn)略，還可有效解決采油率降低，設(shè)備垢卡，油井停產(chǎn)、報(bào)廢及相關(guān)生產(chǎn)安全問題。因此，環(huán)保型硫酸鹽除垢劑在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。通過深入研究硫酸鹽除垢劑的作用機(jī)理并持續(xù)改進(jìn)其配方，我們可以提高其除垢效果和清潔能力。未來的研究應(yīng)更加注重開發(fā)出高效、環(huán)保、低成本的硫酸鹽除垢劑來提高其環(huán)境友好性和穩(wěn)定性，以進(jìn)一步推動(dòng)其應(yīng)用的發(fā)展。