乙醇運(yùn)輸過程中減少摩擦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及乙醇運(yùn)輸領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種特定的聚合物作為減阻劑在乙醇運(yùn)輸 中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 乙醇的運(yùn)輸，尤其是生物乙醇，是能源變化的環(huán)境（化石燃料逐漸被替代物取代） 下的重要物質(zhì)。從生物質(zhì)中產(chǎn)生的乙醇（生物乙醇）被高度地發(fā)展，而且我們面臨著遠(yuǎn)距 離有效地輸送它的挑戰(zhàn)。
[0003] 1949年（關(guān)于流變學(xué)的國際會議的論文集，北荷蘭），Tom發(fā)現(xiàn)向湍流的液體中加 入少量的聚合物能夠通過減少摩擦改善它的運(yùn)輸。
[0004] 已知大分子量的水溶性聚合物能夠在水溶液中扮演減阻劑的角色。當(dāng)高速運(yùn)輸液 體時，聚合物分子鏈在溶液中伸展有助于緩解湍流狀態(tài)。從而導(dǎo)致運(yùn)輸水溶液時所需的能 量的減少。
[0005] 高速運(yùn)輸除水以外的其它的液體也會面臨這樣的摩擦問題。然而，當(dāng)用于運(yùn)輸水 溶液而發(fā)展的聚合物由于它們在這些液體中的低溶解度而不能使用時，問題就產(chǎn)生了。
[0006]當(dāng)提到其它的液體時，指的是有機(jī)溶劑、油或生物燃料。
[0007] 現(xiàn)有最先進(jìn)的生物燃料使用研制的用于生物柴油（脂肪酸脂混合物）的特定的 聚合物有助于降低這些生物燃料的粘度，特別是在低溫下降低它們的粘度，以改善它們 在管線中的運(yùn)輸。能夠引用的具體文獻(xiàn)例如：W02013/160228(EvonikOilAdditives)、 W02013/123288(BakerHughes)、TO2013/171319 (Dupont)和EP2383327 (NOF)。上述聚合物 主要是疏水性聚合物，所屬的類別有聚（（甲基）丙烯酸烷基酯），聚（烷基（甲基）丙烯酰 胺），聚酯和聚烯烴。
[0008] 在生物燃料之中需要提到生物乙醇：它在運(yùn)輸過程中并不存在任何涉及粘度 的問題，但是它會受到摩擦。常規(guī)使用的在水溶液的運(yùn)輸過程中用于減少摩擦的聚合物 (衍生自聚丙烯酰胺）由于在生物乙醇中的溶解度低而無法被使用。另一方面，文獻(xiàn)BR PI090035 (Campinas州立大學(xué)）表明聚乙二醇類型的聚合物（PEG)能夠在生物乙醇的運(yùn)輸 過程中有效減少摩擦。
[0009] 由于分子量的重要性，聚合物能夠更加有效地減少摩擦現(xiàn)象。然而PEG聚合物由 于其合成過程而并不以具有很高的分子量而被公知。
[0010] 具有最高分子量的聚合物是聚丙烯酰胺衍生物，然而其現(xiàn)有的產(chǎn)品并不能溶于乙 醇。事實(shí)上，乙醇通常被用作沉淀聚丙烯酰胺的相反溶劑。
[0011] 能夠在乙醇運(yùn)輸過程中減少摩擦的聚合物的制備需要合成具有很高分子量并能 溶于乙醇的聚合物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所提出的問題的解決方案是提供一種聚合物，該聚合物有助于減少摩擦從 而改善乙醇的運(yùn)輸。
[0013] 申請人意外地發(fā)現(xiàn)，使用由N取代的或N，N取代的（甲基）丙烯酰胺單體和/或 被取代的（甲基）丙烯酸酯單體獲得的聚合物有助于解決該問題。
[0014] 本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，術(shù)語"（甲基）丙烯酸酯"是指甲基丙烯酸酯和丙烯酸 酯中的任意一種。術(shù)語"（甲基）丙烯酰胺"是指甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺中的任意一種。
[0015] 更具體地說，本發(fā)明的目的在于提供一種在乙醇在管道中運(yùn)輸?shù)倪^程中減少乙醇 的摩擦的方法，該方法包括將乙醇與聚合物基組合物混合，其特征在于，該聚合物是由選自 由以下組成的組中的至少一種的單體獲得：N取代的丙烯酰胺、N取代的甲基丙烯酰胺、N，N 取代的丙烯酰胺、N，N取代的甲基丙烯酰胺、被取代的丙烯酸酯和被取代的甲基丙烯酸酯。
[0016] 所述聚合物易于在運(yùn)輸?shù)倪^程中與乙醇混合。換句話說，它易于被引入到運(yùn)輸乙 醇的管道中。
[0017] 通過向管道中引入或注射聚合物或所述聚合物基組合物，乙醇能夠與聚合物或聚 合物基組合物混合，從而促進(jìn)液體（乙醇）的運(yùn)輸。
[0018] 根據(jù)一種特定的【具體實(shí)施方式】，聚合物能夠在乙醇被引入運(yùn)輸管道之前與乙醇混 合。例如能夠在儲蓄池中進(jìn)行。
[0019] 乙醇和能夠在本發(fā)明中被改善運(yùn)輸?shù)囊后w優(yōu)選為乙醇，特別是生物乙醇。這也同 樣適用于基本上由乙醇制得的液體，所有這些所述液體含有至少50重量％，優(yōu)選至少80重 量％的乙醇。
[0020] 乙醇比生物乙醇更優(yōu)選，優(yōu)選是從生物質(zhì)中得到的。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明第一個方面，乙醇運(yùn)輸中所用的聚合物是由至少50摩爾％的特定單 體獲得的，該特定單體選自由N取代的或N，N取代的（甲基）丙烯酰胺單體和被取代的（甲 基）丙烯酸酯單體組成的組中的至少一種。
[0022] 申請人發(fā)現(xiàn)，使用N取代的或N，N取代的（甲基）丙烯酰胺單體和/或被取代的 (甲基）丙烯酸酯單體，不僅有助于獲得高濃度的能夠溶解于水和乙醇的聚合物，還有助于 獲得能夠在乙醇基液體的運(yùn)輸過程中減少摩擦的聚合物。這些單體優(yōu)選為非離子型單體。
[0023] 如上所述，具有高分子量的聚合物是特別有效的。在本發(fā)明所涉及的減少摩擦的 過程中使用的聚合物的分子量優(yōu)選為〇. 5X106g/mol到25X106g/mol之間，優(yōu)選為大于 2X106g/mol，并且更優(yōu)選大于 5X106g/mol。
[0024] 根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，在本發(fā)明所涉及的減少摩擦的過程中使用的聚合物含 有至少80摩爾％的N取代的或N，N取代的（甲基）丙烯酰胺單體和/或至少90摩爾％的 被取代的（甲基）丙烯酸酯單體。
[0025] 所述聚合物優(yōu)選為N取代的或N，N取代的（甲基）丙烯酰胺單體或被取代的（甲 基）丙烯酸酯單體的均聚物。
[0026] 根據(jù)另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述N取代的或N，N取代的（甲基）丙烯酰胺單體優(yōu) 選選自N-乙基丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、雙丙酮丙烯酰胺、N-羥 乙基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺（烷基：C3至C22)、N-[三（羥甲基） 甲基]丙稀酰胺、N-丙稀酰嗎啉（N-acryloylmorpholine)、N,N-二甲基丙稀酰胺、N,N-二 乙基丙烯酰胺、N，N-二烷基丙烯酰胺（烷基：C3至C22)。
[0027] 根據(jù)另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述被取代的（甲基）丙烯酸酯單體優(yōu)選選自（甲 基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸丙酯、（甲基）丙烯酸丁酯、（甲基） 丙稀酸烷基酯（C5到C22)、（甲基）丙稀酸異冰片酯（isobornyl(meth)acrylate)和（甲 基）丙稀酸2-乙基己酯（2_ethylhexyl(meth)acrylate)、（甲基）丙稀酸輕乙酯和（甲 基）丙稀酸輕丙酯、（甲基）丙稀酸糠酯（furfuryl(meth)acrylate)和（甲基）丙稀酸四 氫糖酯（tetrahydrofurfuryl(meth)acrylate)、（甲基）丙稀酸甘油酯（glyceryl(meth) acrylate)、（甲基）丙稀酸縮水甘油酯（glycidyl(meth)acrylate)。
[0028] 在本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，碳鏈取代上述單體的一部分，使聚合物在水和 乙醇中有良好的溶解性。因此，被鏈取代的N取代的或N，N取代的（甲基）丙烯酰胺單體 和被取代的（甲基）丙烯酸酯單體優(yōu)選含有至少30個碳原子，優(yōu)選少于10個碳原子，更優(yōu) 選少于5個碳原子。
[0029] 將電荷引入聚合物結(jié)構(gòu)中（即聚合電解質(zhì)）被認(rèn)為是對聚合物在乙醇（經(jīng)常作為 聚合物沉淀所用的溶劑）中的溶解性非常不利的。然而，由于靜電斥力的形成，聚合電解質(zhì) 的鏈充分打開，這提高了聚合物的功效。
[0030]申請人因此意外地發(fā)現(xiàn)，向本發(fā)明所涉及的方法所用的聚合物中引入特定百分比 的電荷是可行的，并且不會影響聚合物的溶解性。
[0031] 在一種特定的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的聚合物減阻劑還可以包括至少一種離子 型單體，該離子型單體的含量低于40摩爾％，優(yōu)選低于20摩爾％，更優(yōu)選低于10摩爾％。
[0032] 所述離子型單體優(yōu)選為陰離子型單體。該陰離子型單體優(yōu)選選自丙烯酸、甲基 丙稀酸、衣康酸（itaconicacid)、馬來酸（maleicacid)、2_丙稀酰胺基-2-甲基丙磺酸 (ATBS)、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸，所述陰離子單體被部分地或完全地成鹽，以及3-磺丙基 甲基丙稀酸鹽（3-sulfopropylmethacrylatesalts)。
[0033] 根據(jù)另一種實(shí)施方式，所述離子型單體可以為陽離子型單體。該陽離子型單體 優(yōu)選選自二稀丙基二甲基氯化銨（diallyldimethylammoniumchloride，DADMAC)、丙 稀酸二燒氨基乙酯（dialkylaminoethylacrylate，ADAME)和甲基丙稀酸二燒氨基乙酯 (dialkylaminoethylmethacrylate，MADAME)、二燒氨基丙基丙稀酰胺、二燒氨基丙基甲基 丙烯酰胺，以及它們的酸化物或季銨鹽。
[0034] 在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明所涉及的方法所用的聚合物為N取代的或N，N 取代的（甲基）丙烯酰胺均聚物、被取代的（甲基）丙烯酸酯均聚物、被取代的（甲基）丙 烯酸酯和丙烯酸共聚物，或N，N二甲基丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（ATBS)共 聚物，或N，N二乙基丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物。
[0035] 根據(jù)一種特定的實(shí)施方式，所述聚合物為選自由以下組成的組中的聚合物： N，N-二甲基丙烯酰胺均聚物、N，N-二乙基丙烯酰胺均聚物、N，N-二甲基丙烯酰胺和丙烯 酸共聚物、N，N-二乙基丙烯酰胺和丙烯酸共聚物、N，N-二甲基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺 基-2-甲基丙磺酸共聚物以及N，N-二乙基丙烯酰胺和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚 物。
[0036] 另一方面，根據(jù)本發(fā)明的方法用于減少摩擦的聚合物還可以包括至少一種非離子 型單體，例如丙烯酰胺。
[0037] -般地，本發(fā)明所用的聚合物不需要研發(fā)特別的聚合方法。事實(shí)上，它可以通過本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何聚合方法獲得，例如通過溶液聚合、懸浮液聚合、凝膠或混合物聚 合、沉淀聚合、乳液聚合（水溶液或相反的）（無論是否隨后有噴霧干燥的步驟）、膠束聚合 (無論是否隨后有沉淀步驟）、后水解或共水解聚合、稱為"模板"的聚合、自由基聚合或甚 至是可控自由基聚合。
[0038] 在包括干燥步驟（例如噴霧干燥、滾筒干燥甚至微波干燥）的制備過程中，聚合物 可以是液體形式或固體形式。
[0039] 所述聚合物優(yōu)選通過凝膠合成方法獲得，該方法能夠以經(jīng)濟(jì)和環(huán)境友好的方式 (因?yàn)椴恍枰軇┇@得很高分子量的聚合物。所述凝膠合成方法包括在水溶液中聚合單 體以獲得凝膠，然后干燥并研磨成粉末。
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