除垢先鋒
——硫酸鹽垢除垢劑的發展及應用研究進展

趙大洲，畢思彤，苗嘉敏，種一碧，武宇杰，魏景博

（陜西學前師范學院化學化工學院，陜西西安，710100）

0 引言

水垢是水中溶解的無機鹽類沉積在管道、設備表面所形成的固體結晶物。水垢的積聚會導致設備的效率下降、能源浪費并使設備壽命縮短。因此，制備高效、綠色、有針對性的除垢劑，成為目前的研究熱點。硫酸鹽垢是油田開發過程中經常遇到的一種結垢類型，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其進行除垢處理。近年來，國內外學者對硫酸鹽垢及其除垢劑進行了大量研究，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缺點匯總。

表1 除垢劑類型及其清垢類型與優缺點

在國外，化學除垢劑的發展較早，主要應用于油田，尤其是石油生產。國外較為著名的化學除垢劑有：美國PRESENTECHNOXTM 公司的 STA，加拿大 CRD公司的PCC-1、PCC-8 等，德國的ZYZ-公司的FM-6050 和FM-6700，美國的 TURNICE 702 等。而在國內，化學除垢劑主要應用于油田開發過程中，如中油石油公司和勝利石油管理局等單位。目前，國內外除垢方法主要有化學除垢法、熱洗除垢法、電化學除垢法、超聲波除垢法等［2，3］，其中化學除垢法是目前使用最多的方法，現在研究人員常常通過酸和堿的反應來除去硫酸鹽垢，但傳統的化學除垢劑易產生腐蝕，且除垢劑對油井設備有一定傷害。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，因此開發新型高效的硫酸鹽除垢劑對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，現場實驗碳酸鹽清垢率達到90%以上［7］。另外，有大量課題組對硫酸鹽除垢劑的制備及其應用進行了深入研究與綜述，多側重于進行有機絡合清垢劑配方優化的研究。本文則側重討論硫酸鹽除垢劑的研究進展，并闡述未來可從哪些角度提高硫酸鹽除垢劑的反應性能。

1 硫酸鹽垢除垢劑的研究進展

硫酸鹽垢除垢劑作為一種常用的清潔劑，在去除水垢方面發揮著重要的作用。它的工作原理是利用硫酸鹽的強酸性，與水垢中的鈣、鎂等金屬離子反應，將其溶解或轉化為不溶于水的化合物，從而實現除垢的效果。它可以有效地去除水中的垢和積垢，保持管道和設備的正常運行。成都科技大學與長慶油田共同研制的BS-2E，BS-2E 防垢劑（馬來酸/醋酸乙烯酯的二元共聚物與有機磷酸鹽復配）對于抑制 BaSO4、SrSO4結垢有很好的效果［8］。2008 年中國石油大學石油工程院系課題組進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除垢效果的影響，實驗結果說明（CH2CH3）3NHAl2Cl7對硫酸鈣垢有良好的溶解能力與較快的除垢速度。隨著科技的不斷發展，對硫酸鹽除垢劑的研究也在不斷進行。

1.1 硫酸鹽垢除垢劑成分的優化［9］

硫酸鹽除垢劑雖然能去除水垢和鈣鎂鹽沉積，但對于某些較頑固的垢層可能效果不佳。通過調整復配比［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，可以開發出一種可以迅速剝離垢層的改良劑，從而加快去垢速度。利用新的化學物質，如螯合劑和表面活性劑，能夠增強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，增強其除垢效果和清潔能力。

1.2 硫酸鹽垢除垢劑在應用上的改進［11］

當前社會越來越注重環境保護，為了符合可持續發展的要求，改進硫酸鹽除垢劑應考慮減少對環境的污染。研究者開發了一系列新型的清潔設備和技術，用于更有效地使用硫酸鹽除垢劑。這些設備和技術可以控制除垢劑的使用量和濃度，減少資源浪費和環境污染，同時，還可以增強除垢劑的清潔效果，更好地保護設備和管道。目前硫酸鹽除垢劑主要用于清潔管道和設備，也可以考慮擴大其適用范圍。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存和運輸上的創新

硫酸鹽除垢劑的儲存和運輸的創新包括改進包裝材料、適配運輸工具、定期質量監測、改進儲存設施，以及安全培訓和操作規范等方面。采用耐腐蝕性能更好的包裝材料和密封技術，可以降低產品泄漏和腐蝕容器的風險；適配合適的運輸容器和槽車，以及考慮氣候條件的變化，可以提高運輸過程的安全性和穩定性；定期質量監測有助于發現潛在問題并及時調整和改進；改進儲存設施，建設現代化的倉儲設施，利用自動化和智能化管理提高效率，進行安全培訓和制定操作規范有助于減少事故的發生。這些創新將提高硫酸鹽除垢劑的儲存和運輸的安全性、效率和可靠性，同時保護產品質量，減少環境風險，并為生產商和用戶帶來更好的效益和體驗。創新的最終目標是在符合法律法規的基礎上滿足可持續發展的要求。新型的儲存和包裝技術能夠延長除垢劑的保質期，并降低運輸成本。這些新技術還可以減少除垢劑在儲存和運輸過程中的損耗并降低泄漏風險，減輕對環境的影響。

科研人員正在努力通過改進和優化除垢劑的成分［12］，研發新型除垢劑［13］，改進應用技術，以及創新儲存和運輸技術，提高硫酸鹽除垢劑的效果和環境友好性［14］。相關成果有望為清潔和除垢領域帶來新的突破和發展。

2 硫酸鹽垢除垢劑作用機理

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。這些硫酸鹽垢會在水處理設備、管道、鍋爐和熱交換器等設備中積聚，導致設備性能下降，甚至引發嚴重的故障。硫酸鹽除垢劑通過其特殊的作用機理能夠有效地清除這些垢，保持設備的正常運行［15，16］。因此，研究硫酸鹽垢除垢劑的作用機理對于解決這一問題具有重要意義。硫酸鹽垢除垢劑的作用機理主要包括物理作用、化學作用和生物作用三個方面。

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

第二，化學作用是硫酸鹽垢除垢劑作用的另一個重要機理?；瘜W作用主要包括絡合作用和離子交換作用。絡合作用是指硫酸鹽垢除垢劑中的化學物質與硫酸鹽垢中的金屬離子形成絡合物，改變硫酸鹽垢的結構，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生交換反應，使硫酸鹽垢的結構發生改變，從而實現除垢效果。

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反應，降解硫酸鹽垢的有機成分，從而實現除垢效果。這種機理主要應用于一些特殊環境中，如污水處理設備和生物反應器等。

硫酸鹽垢除垢劑的作用機理是一個復雜的過程，涉及物理、化學和生物多個方面的相互作用。只有深入研究硫酸鹽垢除垢劑的作用機理，才能更好地應對硫酸鹽垢問題，保證設備的正常運行和延長設備的使用壽命。因此，我們需要加強對硫酸鹽垢除垢劑作用機理的研究，推動相關技術的發展和應用。

3 硫酸鹽垢除垢劑的應用領域

硫酸鹽垢是一種常見的問題，廣泛存在于工業生產和日常生活中。它會在管道、設備和器具表面形成厚重的沉積物，對其正常運行和效率產生負面影響。為了解決這一問題，研究人員一直在努力開發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，并在工業和家用領域具有廣闊的應用前景。

硫酸鹽垢除垢劑在工業領域具有巨大的潛力。工業生產中經常使用各種設備和管道，這些設備和管道容易受到硫酸鹽垢的影響。硫酸鹽垢的積聚會導致設備的性能下降，能源消耗增加，并可能引發設備故障。使用硫酸鹽垢除垢劑可以幫助工業企業解決這些問題，提高設備的運行效率，減少能源消耗，并降低維修成本。

硫酸鹽垢除垢劑在家用領域也具有廣泛的應用前景。在家庭生活中，硫酸鹽垢常常會在水龍頭、淋浴頭和水壺等設備中積聚。這些垢層不僅會影響水流的暢通，還可能影響設備的壽命。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，保持設備的正常使用，并延長設備的使用壽命。

硫酸鹽垢除垢劑還可以在環境保護領域發揮重要作用。硫酸鹽垢通常是由于水中的鈣、鎂等離子與碳酸根離子結合形成的。這些硫酸鹽垢進入環境中后，會對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，并減少對環境的污染。

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

4 硫酸鹽垢除垢劑的展望

隨著工業化進程的加快和人們對環境保護的日益重視，硫酸鹽垢問題逐漸成為一個全球性的挑戰。硫酸鹽垢是一種由硫酸鹽沉積物形成的固體殘留物，常常會在管道、鍋爐、熱交換器等設備中堆積，導致設備性能下降和能源浪費。因此，研發高效的硫酸鹽垢除垢劑成為當前工業界和科研領域的熱點。

硫酸鹽垢的積聚會導致設備的熱傳導性能下降，從而影響設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，可以有效地清除設備中的硫酸鹽垢，提高設備的熱傳導性能，降低能源的消耗，實現能源的節約和環境的保護。

硫酸鹽垢的積聚還會引發設備的腐蝕問題，導致設備的壽命縮短。硫酸鹽垢除垢劑可以有效地清除設備中的硫酸鹽垢，減少設備的腐蝕，延長設備的使用壽命，降低設備維修和更換的成本，提高設備的可靠性和穩定性。

硫酸鹽垢除垢劑的研發還可以為相關行業的發展提供支持。例如，在石油煉制、化工生產、電力發電等行業中，硫酸鹽垢的問題是普遍存在的，而研發高效的硫酸鹽垢除垢劑，可以為這些行業提供解決方案，促進其發展和進步。

然而，目前硫酸鹽垢除垢劑的研發仍面臨一些挑戰。首先，硫酸鹽垢的形成機理復雜，不同的硫酸鹽垢具有不同的化學性質和物理性質，因此需要針對不同類型的硫酸鹽垢開展研究，并開發相應的除垢劑。其次，硫酸鹽垢除垢劑需要具備高效、環保、經濟等特點，以滿足工業生產的需求。因此，在研發過程中需要注重技術創新和工程應用的結合，提高硫酸鹽垢除垢劑的性能。

5 結論

硫酸鹽除垢劑作為一種重要的化學物質，隨著環保理念深入人心，環保型硫酸鹽除垢劑逐漸成為研究熱點，其不僅可以實現可持續發展和環境友好型社會的戰略，還可有效解決采油率降低，設備垢卡，油井停產、報廢及相關生產安全問題。因此，環保型硫酸鹽除垢劑在工業領域的應用前景廣闊。通過深入研究硫酸鹽除垢劑的作用機理并持續改進其配方，我們可以提高其除垢效果和清潔能力。未來的研究應更加注重開發出高效、環保、低成本的硫酸鹽除垢劑來提高其環境友好性和穩定性，以進一步推動其應用的發展。