一種復合型天然氣減阻劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復合型天然氣減阻劑及其制備方法。該方法包括如下步驟：有機二元酸或有機二元酸酐、有機胺與長碳鏈的一元羧酸進行反應即得所述復合型天然氣減阻劑；所述反應的具體步驟如下：（1）在惰性氣氛下，所述有機二元酸或所述有機二元酸酐與所述有機胺進行反應；（2）在惰性氣氛下，向步驟（1）中所述反應結束后的反應體系中加入所述長碳鏈的一元羧酸，經(jīng)反應即得所述復合型天然氣減阻劑。本發(fā)明復合型天然氣減阻劑對管輸天然氣減阻、節(jié)能效果明顯，原料廉價易得、操作簡單、反應條件溫和、過程簡單、對設備要求低，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種復合型天然氣減阻劑及其制備方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合型天然氣減阻劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]源于對環(huán)境的考慮以及世界碳排量的壓力，各國正大力推動天然氣生產(chǎn)與高效利用，以部分取代煤和石油。天然氣作為一種清潔能源，其在世界能源格局中的地位不斷提高。而隨著天然氣能源需求量的不斷增長以及調峰的需要，使得世界天然氣輸送技術面臨更大的挑戰(zhàn)。提高天然氣管道的輸送能力和調節(jié)能力，除了興建更大規(guī)模的天然氣管道和管網(wǎng)之外，也可通過減小現(xiàn)有管道的輸送阻力來實現(xiàn)。天然氣減阻劑減阻技術作為一種減阻增輸?shù)男录夹g，受到了國內外研究機構的廣泛關注。同時，天然氣管道也存在著嚴重的腐蝕老化問題，尤其是集輸管線和氣田管網(wǎng)。使天然氣管道的使用年限降低、安全隱患增加。因此，開發(fā)研制具有減阻和緩蝕多重功效的天然氣減阻劑迫在眉睫。即達到了減阻增輸?shù)哪康模譁p緩了管道腐蝕、延長了管道使用年限、提高了管道運行安全。
[0003]天然氣減阻劑不僅 可用于新管道，也可用于老管道的改造，而老管道內是否有內涂層并不影響天然氣減阻劑的應用。天然氣減阻劑作為一種新型管道化學添加劑和節(jié)能降耗產(chǎn)品，其作用是能牢固地粘合在管道金屬內表面填充管道內表面的“凹谷”，并形成一層光滑的彈性液膜。一是起到“填坑”的作用，減小了壁面的粗糙程度。粗糙度的減小有效降低了摩阻系數(shù)，從而減小動力損耗，增加輸送量。二是形成柔性壁面。柔性壁面一方面減小湍流發(fā)生的幾率；另一方面能夠部分吸收猝發(fā)過程中噴出、掃掠這樣準周期的運動能量，降低湍流強度。同時，由于天然氣減阻劑部分或者完全覆蓋在管道內表面，和緩蝕劑一樣具有改變金屬表面性質降低其腐蝕量的功效。因此，合理的進行分子設計必能合成具有減阻增輸和防腐多重功效的天然氣減阻劑:可以避免多次注入不同類型的管道添加劑，減少操作和投資成本；可以避免因不同添加劑之間的交互作用而引起的安全隱患。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種復合型天然氣減阻劑及其制備方法，本發(fā)明的制備方法簡單，且制備的復合型天然氣減阻劑的減阻效果好、有效期長、具有防腐作用。
[0005]本發(fā)明所提供的一種復合型天然氣減阻劑的制備方法，包括如下步驟:
[0006]有機二元酸或有機二元酸酐、有機胺與長碳鏈的一元羧酸進行反應即得所述復合型天然氣減阻劑；
[0007]所述有機二元酸可為乙二酸、草酰乙酸、丙二酸、丁二酸、羥基丁二酸、戊二酸、α-酮戊二酸、酒石酸、衣康酸、亞氨基二乙酸、己二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸或對苯二甲酸；
[0008]所述有機二元酸酐可為丁二酸酐、順丁烯二酸酐或鄰苯二甲酸酐；
[0009]所述有機胺可為乙二胺、羥乙基乙二胺、三乙烯二胺、己二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺；所述多乙烯多胺的分子量為 60 -240g.mol 1 ；
[0010]所述長碳鏈的一元羧酸可為苯甲酸、正辛酸、正癸酸、月桂酸、軟脂酸、硬脂酸、油酸、松香酸、十九烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸、二十六烷酸或三十烷酸。
[0011]上述的制備方法中，所述反應的具體步驟如下:
[0012](I)在惰性氣氛下，所述有機二元酸或所述有機二元酸酐與所述有機胺進行反應；
[0013](2)在惰性氣氛下，向步驟(I)中所述反應結束后的反應體系中加入所述長碳鏈的一元羧酸，經(jīng)反應即得所述復合型天然氣減阻劑。
[0014]上述的制備方法中，步驟(I)中，所述有機二元酸或所述有機二元酸酐與所述有機胺的摩爾比可為1:1.5-2.5，如1:2 ；
[0015]步驟(I)中所述反應的溫度可為150-230°C，時間可為2-12h，如在190°C的條件下反應4小時。
[0016]上述的制備方法中，步驟(2)中，所述長碳鏈的一元羧酸的添加量與所述有機二元酸或所述有機二元酸酐的摩爾比可為I-2.0:1，如2.0:1 ;
[0017]步驟(I)中所述反應的溫度可為130-210°C，時間可為2-12h，如在190°C的條件下反應4小時。
[0018]本發(fā)明還進一步提供了由上述方法制備得到的復合型天然氣減阻劑。
[0019]本發(fā)明依據(jù)的原理:利用特殊的具有表面活性劑類似結構特點的大分子化合物或者低聚物，其極性端牢固的吸附在金屬管道內表面，非極性端伸向流體主體，從而形成一層具有適當厚度的致密液膜，起到“填坑”作用。降低內壁粗糙程度。由于液膜所具有的特殊結構，能夠部分地吸收猝發(fā)過程中噴出、掃掠這樣的準周期的運動能量，降低湍流強度?’另一方面由于液膜的柔性可以降低壁面湍流發(fā)生的幾率，達到減阻目的。同時改變了金屬的界面性質，阻止了腐蝕介質與管道接觸的機會，達到防腐目的。
[0020]本發(fā)明復合型天然氣減阻劑對管輸天然氣減阻、節(jié)能效果明顯，原料廉價易得、操作簡單、反應條件溫和、過程簡單、對設備要求低，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1制備的復合型天然氣減阻劑在10%的鹽酸溶液中的緩蝕率效果圖。
[0022]圖2為添加不同濃度實施例1制備的減阻劑Q235碳鋼片在10%的鹽酸溶液中的緩蝕率效果圖片。
[0023]圖3為電鏡掃描照片，其中，左圖為空白Q235碳鋼片表面的電鏡掃描照片，右圖為Q235碳鋼片在該減阻劑的乙醇溶液(10wt%)中浸泡后的電鏡掃描照片。
[0024]圖4為本發(fā)明實施例1制備的減阻劑的靜態(tài)加注評價實驗的減阻率變化圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實施例1制備的減阻劑的室內環(huán)道實驗的減阻率變化圖。
【具體實施方式】
[0026]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0027]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。[0028]實施例1、制備復合型天然氣減阻劑
[0029]將16.6g (0.1mol)的鄰苯二甲酸和20.6g (0.2mol)的二乙烯三胺加入到250ml的三口燒瓶中，在惰性氣體的保護下，攪拌控制反應溫度為190°C，反應4h，待基本沒有水產(chǎn)生時(此時出水約3.6g)，停止反應，冷卻待溫度降到100°C以下時，將已稱好的58.4g(0.2mol)的油酸加入到250ml反應器中。在惰性氣體的保護下，攪拌升溫控制在溫度為190°C，繼續(xù)反應4h。待基本沒有水產(chǎn)生時(此時出水約3.6g)，停止反應，冷卻溫度低于100°C以下時，倒出的粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品溶解于酒精當中，即可用作復合型天然氣管道減阻劑。
[0030]將本實施例得到的復合型天然氣管道減阻劑，取少量溶解于酒精當中。然后用靜態(tài)掛片法測其對Q235碳鋼的緩蝕率。實驗條件為:15°C，鹽酸濃度為10%，掛片時間為72h，測得不同濃度減阻劑在鹽酸中的緩蝕率變化曲線，如圖1所示，由圖1可得知，其緩蝕率在50mg/L時即達到99%。
[0031]圖2所示為添加不同濃度減阻劑Q235碳鋼片在10%的鹽酸溶液中的緩蝕率效果圖片，其中，左圖中， 從左至右減阻劑的濃度依次為O (作為空白)、0.5X10_5mg/L、
1.0 X 10 5mg/L、1.5 X 10 5mg/L、2.0 X 10 5mg/L 和 2.5 X 10 5mg/L 的腐蝕樣本，右圖中，從左至右減阻劑的濃度依次為O (作為空白)、0.5X 10_4mg/L>1.0X10_4mg/L>1.5X10_4mg/L、
2.0X 10_4mg/L、2.5X 10_4mg/L和3.0X 10_4mg/L的腐蝕樣本，由該圖可以看出，隨著該減阻劑濃度的增大，鋼片表面的粗糙程度明顯減少，即鹽酸對其的腐蝕程度明顯降低，說明此減阻劑在鋼片表面形成良好的吸附膜，可以有效地阻止了鹽酸對鋼片的腐蝕。
[0032]圖3中，左圖為空白Q235碳鋼片表面的電鏡掃描照片，右圖為Q235碳鋼片在該減阻劑的乙醇溶液(10wt%)中浸泡后的電鏡掃描照片，對比同倍率下空白鋼片和減阻劑的成膜效果可以發(fā)現(xiàn)，該減阻劑在碳鋼片表面有著較好的吸附成膜性能，非常明顯地填充了鋼片表面的粗糙度，進而可以起到減小流體流動阻力的作用，顯示出了作為天然氣管道減阻劑的潛在應用價值。
[0033]將本實施例制備的減阻劑應用于室內環(huán)道評價:
[0034]1、靜態(tài)預膜2h，流量為124Nm3.IT1時，穩(wěn)定后平均減阻率可達11%，最大減阻率12%,減阻率變化如4所示。
[0035]由圖4可以看出，隨著加注量的增大，減阻效果先顯著升高，后慢慢趨于穩(wěn)定，最后穩(wěn)定在11%。
[0036]2、采用霧化加注的方式進行評價試驗，加注速率為4L/h，加注3小時，測試流量125Nm3.r1時，穩(wěn)定后平均減阻率達到18%，最大減阻率可達19%，減阻率變化如5所示。
[0037]由圖5可以看出，隨著加注量的增大，減阻效果顯著升高，最后慢慢趨于穩(wěn)定，達到一定值18%。對比圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，采用霧化加注的方式效果明顯優(yōu)于靜態(tài)預膜，說明霧化加注能夠使減阻劑在管道表面形成更加穩(wěn)定的膜。
【權利要求】
1.一種復合型天然氣減阻劑的制備方法，包括如下步驟: 有機二元酸或有機二元酸酐、有機胺與長碳鏈的一元羧酸進行反應即得所述復合型天然氣減阻劑； 所述有機二元酸為乙二酸、草酰乙酸、丙二酸、丁二酸、羥基丁二酸、戊二酸、α -酮戊二酸、酒石酸、衣康酸、亞氨基二乙酸、己二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸或對苯二甲酸； 所述有機二元酸酐為丁二酸酐、順丁烯二酸酐或鄰苯二甲酸酐； 所述有機胺為乙二胺、羥乙基乙二胺、三乙烯二胺、己二胺、鄰苯二胺、間苯二胺、對苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺；所述多乙烯多胺的分子量為60 -240g.mol 1 ； 所述長碳鏈的一元羧酸為苯甲酸、正辛酸、正癸酸、月桂酸、軟脂酸、硬脂酸、油酸、松香酸、十九烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸、二十六烷酸或三十烷酸。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述反應的具體步驟如下: (1)在惰性氣氛下，所述有機二元酸或所述有機二元酸酐與所述有機胺進行反應； (2)在惰性氣氛下，向步驟(I)中所述反應結束后的反應體系中加入所述長碳鏈的一元羧酸，經(jīng)反應即得所述復合型天然氣減阻劑。
3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述有機二元酸或所述有機二元酸酐與所述有機胺的摩爾比為1:1.5-2.5 ; 步驟(I)中所述反應的溫度為150-230°C，時間為2-12h。
4.根據(jù)權利要求3所述的制`備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述長碳鏈的一元羧酸的添加量與所述有機二元酸或所述有機二元酸酐的摩爾比為I-2.0:1 ; 步驟(I)中所述反應的溫度為130-210°C，時間為2-12h。
5.權利要求1-4中任一項所述方法制備的復合型天然氣減阻劑。
【文檔編號】C08G69/28GK103450471SQ201310397752
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月4日 優(yōu)先權日:2013年9月4日
【發(fā)明者】李清平, 葉天旭, 徐吉展, 姚海元, 羅小明, 呂宇玲, 何利民, 牛鳳科, 朱海山, 龐維新, 程兵 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院, 中國石油大學(華東)