鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井液用木質(zhì)素磺酸鹽是一種常用的鉆井泥漿稀釋劑，傳統(tǒng)的制備方法是通過將造紙廢液木質(zhì)素磺酸鈣與硫酸亞鐵、硫酸和重鉻酸鈉混合制備得到；但是，通過該制備方法會生成硫酸鈣廢渣并且該廢渣中有一定數(shù)量的鉻離子殘留，這樣的殘渣難以得到應(yīng)用，會造成環(huán)境污染。因此，尋求一種高溫條件下泥漿性能好的鉆井液用木質(zhì)素磺酸鹽并且其制備方法中無有害廢渣產(chǎn)生是目前需要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種鉆井液用木質(zhì)素磺酸鹽，本發(fā)明提供的鉆井液用木質(zhì)素磺酸鹽不僅鹽水常溫具有很好的泥漿性能和鹽水高溫也具有很好的泥漿性能，而且其制備過程中無有害廢渣產(chǎn)生。
[0004]本發(fā)明提供了一種鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉，通過將由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉、糖液以及絡(luò)合劑混合反應(yīng)得到。
[0005]優(yōu)選的，所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉與所述糖液的質(zhì)量比為(0.1 ?I): (0.1 ?I) ο
[0006]優(yōu)選的，所述混合反應(yīng)的溫度為20°C?120°C。
[0007]優(yōu)選的，所述絡(luò)合劑由濃硫酸、水合硫酸亞鐵和重鉻酸鈉反應(yīng)得到。
[0008]優(yōu)選的，所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉和糖液總質(zhì)量與所述水合硫酸亞鐵的質(zhì)量比為100: (15?30) O
[0009]優(yōu)選的，所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉和糖液總質(zhì)量與所述重鉻酸鈉的質(zhì)量比為100: (5?20)。
[0010]優(yōu)選的，所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉和糖液總質(zhì)量與所述濃硫酸的質(zhì)量比為100:(2?12) O
[0011]優(yōu)選的，所述由硫酸鹽法制備得到木質(zhì)素磺酸鈉的過程為:
[0012]將含有木質(zhì)素的物質(zhì)與復(fù)合酸混合反應(yīng)，得到糖渣，
[0013]所述復(fù)合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亞硫酸鹽，
[0014]所述非氧化性酸為磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一種或幾種，
[0015]所述亞硫酸鹽為亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂和亞硫酸鈣中的一種或幾種；
[0016]糖渣經(jīng)過分解得到粗纖維素和黑液；
[0017]所述糖渣分解所用的試劑為氫氧化鈉和硫化鈉中的一種或兩種。
[0018]優(yōu)選的，所述糖液按照以下方法制備:
[0019]將含有木質(zhì)素的物質(zhì)與復(fù)合酸混合反應(yīng)，得到糖液；
[0020]所述復(fù)合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亞硫酸鹽，
[0021]所述非氧化性酸為磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一種或幾種，
[0022]所述亞硫酸鹽為亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂和亞硫酸鈣中的一種或幾種。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，
[0024]本發(fā)明提供了一種鉆井液用木質(zhì)素磺酸鹽，通過將由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉、由糖液制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉以及絡(luò)合劑混合反應(yīng)得到，其中，通過選擇特定的木質(zhì)素磺酸鹽中的鈉鹽，且以糖液制備的木質(zhì)素磺酸鈉和硫酸鹽法制備的木質(zhì)素磺酸鈉的混合物為起始原料，使得制備得到的鉆井液用木質(zhì)素磺酸鹽在常溫和高溫均具有很好的泥漿性能并且制備過程中無有害廢渣產(chǎn)生，實驗結(jié)果表明，本發(fā)明制備得到的鉆井液用木質(zhì)素磺酸鹽，淡水常溫表觀粘度低至13mPa.s，降粘率高達88.5% ;淡水高溫表觀粘度低至24mPa.s，降粘率高達68.8% ;鹽水常溫表觀粘度低至15mPa.s，降粘率高達76.4% ;鹽水高溫表觀粘度低至36mPa.s，降粘率高達62.3%。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明提供了一種鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉，通過將由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉、糖液以及絡(luò)合劑混合反應(yīng)得到。
[0026]按照本發(fā)明，通過將由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉、糖液以及絡(luò)合劑混合反應(yīng)得到鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉；其中，所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉與所述糖液的質(zhì)量比優(yōu)選為(0.1?I): (0.1?I)，更優(yōu)選為(0.3?0.9):(0.3?0.9)，最優(yōu)選為(0.4?0.6): (0.4?0.6);所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為20°C?120 °C，更優(yōu)選為40°C?80 °C，最優(yōu)選為50°C?60°C ;所述反應(yīng)的時間優(yōu)選為30min?180min，更優(yōu)選為40min?120min，最優(yōu)選為60min?80min。
[0027]所述絡(luò)合劑優(yōu)選由濃硫酸、水合硫酸亞鐵和重鉻酸鈉反應(yīng)得到，其中，所述水合硫酸亞鐵與所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉和糖液總質(zhì)量的質(zhì)量比為(15?30):100，更優(yōu)選為(18?25):100，最優(yōu)選為(20?22):100 ;所述濃硫酸與所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉和糖液總質(zhì)量的質(zhì)量比為(2?12):100，更優(yōu)選為(4?10):100,最優(yōu)選為(6?8):100 ;所述重鉻酸鈉與所述由硫酸鹽法制備得到的木質(zhì)素磺酸鈉和糖液總質(zhì)量的質(zhì)量比為(5?20):100，更優(yōu)選為(10?18):100，最優(yōu)選為(12?16):100 ;所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為10°C?80°C，更優(yōu)選為20°C?40°C，最優(yōu)選為25°C?30°C;所述反應(yīng)的時間優(yōu)選為5min?30min，更優(yōu)選為7min?20min，最優(yōu)選為8min?lOmin。
[0028]且為了使得到的鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉的性能更好，本發(fā)明優(yōu)選采用膜分離法得到分子量大于3000的鐵鉻木質(zhì)素磺酸鈉，所述膜分離采用的膜為中空纖維膜，所述膜的分子量為 3000。
[0029]本發(fā)明中，所述由硫酸鹽法制備得到木質(zhì)素磺酸鈉的過程為:
[0030]將含有木質(zhì)素的物質(zhì)與復(fù)合酸混合反應(yīng)，得到糖渣，
[0031]所述復(fù)合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亞硫酸鹽，
[0032]所述非氧化性酸為磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一種或幾種，
[0033]所述亞硫酸鹽為亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂和亞硫酸鈣中的一種或幾種；
[0034]糖渣經(jīng)過分解得到粗纖維素和黑液。
[0035]按照本發(fā)明，將含有木質(zhì)素的物質(zhì)與復(fù)合酸混合反應(yīng)，得到糖渣，
[0036]其中，本發(fā)明對所述含有木質(zhì)素的物質(zhì)沒有特殊要求，優(yōu)選選自玉米芯、蘆葦、豆桿和棉桿中的一種或幾種；更優(yōu)選為玉米芯或蘆葦；最優(yōu)選為玉米芯。本發(fā)明的原料優(yōu)選經(jīng)過粉碎，本發(fā)明對于粉碎用的儀器或粉碎得到的目數(shù)不進行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的酸解粉碎的儀器和目數(shù)即可。
[0037]本發(fā)明中所述復(fù)合酸包括二氧化硫、非氧化性酸和亞硫酸鹽，其中，所述非氧化性酸為磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的一種或幾種；優(yōu)選為非氧化性酸為磷酸、硫酸、草酸和醋酸中的兩種或幾種；所述亞硫酸鹽為亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂和亞硫酸鈣中的一種或幾種；優(yōu)選為為亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂和亞硫酸鈣中的兩種或幾種；所述復(fù)合酸中二氧化硫、非氧化性酸和亞硫酸鹽的摩爾比優(yōu)選為(10?95):(2?50):(0?10);更優(yōu)選為(50 ?90): (5 ?30): (I ?7);最優(yōu)選為(80 ?90): (6 ?20): (2 ?3)。
[0038]本發(fā)明中，所述含有木質(zhì)素的物質(zhì)與復(fù)合酸混合進行酸解反應(yīng)，得到糖液；其中，所述含有木質(zhì)素的物質(zhì)與復(fù)合酸的質(zhì)量比優(yōu)選為1:(0.01?0.1)，更優(yōu)選為1:(0.03?0.08)，最優(yōu)選為1: (0.03?0.06);為了使反應(yīng)更好的進行，本發(fā)明還將混合液中加入水使反應(yīng)體系中的固體與液體的體積比為(2?100):1，更優(yōu)選為(4?90):1，最優(yōu)選為(5.5?85):1 ;所述反應(yīng)的壓力優(yōu)選為0.2?IMPa，更優(yōu)選為0.4?0.8MPa，最優(yōu)選為0.5 ?0.7MPa。
[0039]得到糖渣中，所述纖維素的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為60 %?70 %，更優(yōu)選為63 %?68%,最優(yōu)選為64%?67% ;所述半纖維素的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為0%?10%，更優(yōu)選為I %?8%，最優(yōu)選為3%?7% ;所述木質(zhì)素的質(zhì)量百分含量優(yōu)選為20%?30%，更優(yōu)選為22%?28%，最優(yōu)選為24%?27% ;所述灰分優(yōu)選為小于百分之五，更優(yōu)選為小于百分之三，最優(yōu)選為小于百分之二。
[0040]糖渣經(jīng)過催化分解得到粗纖維素和黑液；所述催化分解的催化劑優(yōu)選為氫氧化鈉和硫化鈉中的一種或兩種，更優(yōu)選為氫氧化鈉和硫化鈉。所述催化劑的質(zhì)量濃度優(yōu)選為6 %?30 %，更優(yōu)選為8 %?25 %，最優(yōu)選為8 %?15 %;所述催化分解的溫度優(yōu)選為80 °C?140°C，更優(yōu)選為80?120°C，最優(yōu)選為90?100°C ;所述催化分解的固液比優(yōu)選為2:1?10:1更優(yōu)選為4:1?8:1，最優(yōu)選為6:1?8:1。
[0041]本發(fā)明所述糖渣在上述催化劑的催化分解以及上述特定條件下得到卡伯值低，纖維素含量高的粗漿。
[0042]所述粗漿經(jīng)過固液分離，得到固體和液體；固體第一次水洗后固液分離得到固體和液體；所述第一次水洗的溫度優(yōu)選為30?80°C，更優(yōu)選為30?60°C，最優(yōu)選為30?500C ;所述第一次水洗的楽濃度優(yōu)選為2%?10%，更優(yōu)選為4%?8%，最優(yōu)選為4%?6% ;第一次水洗得到的固體經(jīng)過第二次水洗固液分離得到粗纖維素和黑液；所述第二次水洗的溫度優(yōu)選為30?80°C，更優(yōu)選為30?60°C，最優(yōu)選為30?50°C ;所述第二次水洗的楽濃度優(yōu)選為2%?10%，更優(yōu)選為4%?8%，最優(yōu)選為4%?6%。
[0043]上述固液分離得到的液體可以用于逆流套洗，最后得到的黑液合并，用于制備木質(zhì)素磺酸鹽。
[0044]在本發(fā)明中，將得到的黑液進行改性得到木質(zhì)素磺酸鹽。
[0045]首先黑液經(jīng)過濃縮，所述濃縮后的固含量百分比為20%?50%，更優(yōu)選為25%?40%，最優(yōu)選為25%?30%。
[0046]濃縮后進行化學(xué)改性。所述改性反應(yīng)的溫度優(yōu)選為80?160°C，更優(yōu)選為100?140 °C，最優(yōu)選為120?140 °C ;所述pH值