專利名稱：核-殼流動(dòng)改性劑的制作方法
核-殼流動(dòng)改性劑發(fā)明背景 1、發(fā)明領(lǐng)域總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及流動(dòng)改性組合物。另一方面，本發(fā)明涉及包含大量聚合物 核_殼粒子的流動(dòng)改性劑。2、現(xiàn)有技術(shù)描述一般來(lái)說(shuō)，由于摩擦能量損失，經(jīng)管道運(yùn)輸?shù)牧黧w在整個(gè)管道的長(zhǎng)度上經(jīng)歷流體 壓力的降低。在管道跨越長(zhǎng)距離、例如運(yùn)輸原油和其他液體烴類產(chǎn)品的管道的情況下，這個(gè) 問(wèn)題尤其明顯。這些摩擦損失一部分由流體內(nèi)湍流渦旋的形成所引起。為了克服這些損失， 管道使用了一個(gè)或多個(gè)泵來(lái)增加流體的壓力并獲得通過(guò)管道的所需流體流速。隨著對(duì)經(jīng)管 道運(yùn)輸?shù)牧黧w(例如原油和煉制產(chǎn)品例如汽油和柴油)的需求的增加，必須增加流速并相 應(yīng)地增加管道泵送壓力。但是，設(shè)計(jì)限制(例如尺寸和壓力等級(jí))通常限制了現(xiàn)有管道的 通量，而建造新的或升級(jí)現(xiàn)有的管道通常是非常勞動(dòng)密集和昂貴的。一種常用的增加管道的流體通量而不改變其壓力的解決方案是使用流動(dòng)改性組 合物(即流動(dòng)改性劑)。典型情況下，流動(dòng)改性劑包含一種或多種阻力降低劑(即減阻劑)， 它們能夠通過(guò)抑制渦旋形成而減少摩擦損失。結(jié)果是能夠以恒定的泵送壓力實(shí)現(xiàn)較高的流 體流速。典型情況下，在流動(dòng)改性組合物中使用的減阻劑包含超高分子量聚合物。聚合物 減阻劑能夠特別有利地用于含烴流體中。一般來(lái)說(shuō)，聚合物減阻劑可以按照幾種聚合技術(shù)來(lái)生產(chǎn)，所述聚合技術(shù)例如本體 聚合、乳液聚合、界面聚合、懸浮聚合和/或旋轉(zhuǎn)盤(pán)或凝聚工藝。因此，得到的流動(dòng)改性劑可 以采取各種不同的物理形式，包括例如漿液、凝膠、乳液、膠體和溶液。膠體(即乳膠)流動(dòng)改性劑是含有聚合物減阻粒子的流動(dòng)改性劑的一個(gè)例子。典 型情況下，通過(guò)高壓注射泵將乳膠流動(dòng)改性劑導(dǎo)入用于運(yùn)輸含烴液體的管道中。當(dāng)乳膠流 動(dòng)改性劑通過(guò)注射泵的內(nèi)部時(shí)，至少一部分與聚合物乳膠粒子結(jié)合的表面活性劑分子可以 被剪切掉，暴露出聚合物的表面并導(dǎo)致乳膠粒子團(tuán)聚。結(jié)果，在泵的內(nèi)部和下游工藝設(shè)備 (例如閥門(mén)、管道等)上形成聚合薄膜，從而導(dǎo)致管道系統(tǒng)效率的降低。由于管道效率降低， 系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)成本增加，而管道的通量下降。發(fā)明簡(jiǎn)述在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供了含有固體粒子的流動(dòng)改性劑，所述固體粒子 具有聚合物核和至少部分圍繞核的聚合物殼。核包含減阻聚合物，而殼包含具有疏水化合 物重復(fù)單元和兩親化合物重復(fù)單元的殼共聚物。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了乳膠流動(dòng)改性劑，所述乳膠流動(dòng)改性劑包 含水性連續(xù)相和分散在連續(xù)相中的大量聚合物粒子。聚合粒子包含核和至少部分圍繞核的 殼。核包含通過(guò)乳液聚合形成的減阻聚合物。通過(guò)將至少一種疏水單體與至少一種可聚合 表面活性劑在存在核的情況下進(jìn)行乳液聚合，殼形成在核的周圍。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了用于制造流動(dòng)改性劑的方法，所述方法包含(a)通過(guò)乳液聚合形成大量減阻聚合物的核粒子；以及(b)通過(guò)乳液聚合在至少一部分 核粒子周圍形成殼，從而產(chǎn)生大量核_殼粒子。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了用于減少與流體通過(guò)管道的湍流相關(guān)的壓 力損失的方法。方法包含使用泵將流動(dòng)改性劑注入到流過(guò)管道的流體中，其中流動(dòng)改性劑 包含具有聚合物核和至少部分圍繞核的聚合物殼的固體粒子。固體粒子的核包含減阻聚合 物，而殼包含具有疏水化合物重復(fù)單元和兩親化合物重復(fù)單元的殼共聚物。附圖簡(jiǎn)述

圖1是用于確定各種不同流動(dòng)改性劑的泵送穩(wěn)定性的測(cè)試裝置的示意圖；圖2是使用對(duì)比乳膠流動(dòng)改性劑，利用圖1中顯示的裝置進(jìn)行的泵送穩(wěn)定性試驗(yàn) 而獲得的質(zhì)量流速對(duì)時(shí)間的圖；以及圖3是使用本發(fā)明的乳膠流動(dòng)改性劑，利用圖1中顯示的裝置進(jìn)行的泵送穩(wěn)定性 試驗(yàn)而獲得的質(zhì)量流速對(duì)時(shí)間的圖。詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供了能夠減少與通過(guò)管道的流體湍流相關(guān)的壓力 降的組合物(即流動(dòng)改性組合物或流動(dòng)改性劑)。流動(dòng)改性劑可以包含乳膠組合物，其包含 分散在液體連續(xù)相中的大量固體粒子(即乳膠流動(dòng)改性劑)。在一個(gè)實(shí)施方案中，分散的固 體可以包含通過(guò)下面詳細(xì)描述的兩步乳液聚合過(guò)程形成的核_殼粒子。得到的核_殼乳膠 流動(dòng)改性劑可以具有比常規(guī)的乳膠流動(dòng)改性劑更高的泵送穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，生產(chǎn)核_殼乳膠流動(dòng)改性劑的第一個(gè)步驟是通過(guò)第 一個(gè)乳液聚合步驟合成聚合物粒子的核(即核粒子)。一般來(lái)說(shuō)，第一個(gè)乳液聚合步驟包括 在包含液體連續(xù)相、至少一種乳液穩(wěn)定劑、引發(fā)系統(tǒng)以及任選的緩沖劑和/或水化物抑制 劑的第一種反應(yīng)混合物中，聚合一種或多種單體。在第一個(gè)乳液聚合步驟中使用的單體形成了包含單體殘基重復(fù)單元的核粒子。在 一個(gè)實(shí)施方案中，在第一個(gè)乳液聚合步驟中使用的單體包含一種或多種選自下列的單體
權(quán)利要求
一種流動(dòng)改性劑，包含具有聚合物核和至少部分圍繞所述核的聚合物殼的固體粒子，其中所述核包含減阻聚合物，其中所述殼包含具有疏水化合物重復(fù)單元和第一種兩親化合物重復(fù)單元的殼共聚物。
2.權(quán)利要求1的流動(dòng)改性劑，其中所述核和所述殼通過(guò)乳液聚合形成。
3.權(quán)利要求1的流動(dòng)改性劑，其中所述疏水化合物選自 (A)
4.權(quán)利要求1的流動(dòng)改性劑，其中所述第一種兩親化合物是可聚合表面活性劑，其中 所述殼共聚物中所述疏水化合物重復(fù)單元與所述第一種兩親化合物重復(fù)單元的重量比在 約0.5 1到約40 1的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求4的流動(dòng)改性劑，其中所述疏水化合物包含丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。
6.權(quán)利要求1的流動(dòng)改性劑，其中所述第一種兩親化合物是甲基丙烯酸聚乙二醇酯和 /或所述疏水化合物是甲基丙烯酸2-乙基己基酯。
7.權(quán)利要求1的流動(dòng)改性劑，其中所述殼共聚物還包含第二種兩親化合物的重復(fù)單 元，其中所述第一種兩親化合物是非離子可聚合表面活性劑，所述第二種兩親化合物是離 子可聚合表面活性劑，其中所述殼共聚物中所述第一種兩親化合物重復(fù)單元與所述第二種 兩親化合物重復(fù)單元的重量比在約0.25 1到約30 1的范圍內(nèi)。
8.權(quán)利要求1的流動(dòng)改性劑，其中至少90wt.%的所述固體粒子具有大于25納米的粒 徑，至少90wt. %的所述固體粒子具有小于500納米的粒徑，其中所述殼的平均厚度在所述 固體粒子平均粒徑的約0. 1到約20%的范圍內(nèi)。
9.權(quán)利要求1的流動(dòng)改性劑，其中所述流動(dòng)改性劑采用包含分散在液體連續(xù)相中的所述固體粒子的乳膠的形式，其中所述乳膠包含的所述固體粒子的量在約10到約60wt. %的 范圍內(nèi)。
10.一種乳膠流動(dòng)改性劑，包含水性連續(xù)相和分散在所述連續(xù)相中的大量聚合粒子， 其中所述聚合粒子包含核和至少部分圍繞所述核的殼，其中所述核包含通過(guò)乳液聚合形成 的減阻聚合物，其中所述殼通過(guò)將至少一種疏水單體與至少一種可聚合表面活性劑在存在 所述核的情況下進(jìn)行乳液聚合而形成在所述核周圍。
11.權(quán)利要求10的流動(dòng)改性劑，其中所述殼包含的所述疏水單體的重復(fù)單元的量在約 25到約98wt. %的范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求11的流動(dòng)改性劑，其中所述疏水單體是甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯單體。
13.權(quán)利要求11的流動(dòng)改性劑，其中被進(jìn)行以形成所述殼的乳液聚合包括使用第一種 非離子可聚合表面活性劑和第二種離子可聚合表面活性劑，其中所述殼包含的所述第一種 可聚合表面活性劑的重復(fù)單元的量在約2到約50wt. %的范圍內(nèi)，所述第二種可聚合表面 活性劑的重復(fù)單元的量在約0. 05到約30wt. %的范圍內(nèi)。
14.權(quán)利要求10的流動(dòng)改性劑，其中所述聚合粒子具有小于約1微米的平均粒徑，其中 所述殼的平均厚度在約0. 5到約30納米的范圍內(nèi)。
15.一種用于制造流動(dòng)改性劑的方法，包含(a)通過(guò)乳液聚合形成大量減阻聚合物的核粒子；以及(b)通過(guò)乳液聚合在至少一部分所述核粒子周圍形成殼，從而產(chǎn)生大量核-殼粒子。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述步驟(a)的乳液聚合在包含第一種液體連續(xù)相的第 一個(gè)反應(yīng)混合物中進(jìn)行，其中所述步驟(b)的乳液聚合在含有第二種液體連續(xù)相和至少一 部分所述核粒子的第二個(gè)反應(yīng)混合物中進(jìn)行，其中所述第二種液體連續(xù)相包含至少一部分 所述第一種液體連續(xù)相。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述第二種液體連續(xù)相包含基本上所有的所述第一種液 體連續(xù)相。
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述步驟(b)的形成包括將一種或多種殼形成單體與至 少一種可聚合表面活性劑聚合，以便所述殼包含所述殼形成單體的重復(fù)單元和所述至少一 種可聚合表面活性劑的重復(fù)單元。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述殼形成單體包含丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯單體。
20.權(quán)利要求18的方法，其中所述殼形成單體和所述可聚合表面活性劑在所述步驟 (b)的形成過(guò)程中不與所述核粒子化學(xué)反應(yīng)。
21.權(quán)利要求15的方法，其中所述殼包含疏水單體、非離子可聚合表面活性劑和離子 可聚合表面活性劑的重復(fù)單元，其中所述殼中所述疏水單體的重復(fù)單元與所述非離子可聚 合表面活性劑的重復(fù)單元的重量比在約0.5 1到約40 1的范圍內(nèi)，其中所述殼中所述 非離子可聚合表面活性劑的重復(fù)單元與所述離子可聚合表面活性劑的重復(fù)單元的重量比 在約0.25 1到約30 1的范圍內(nèi)。
22.一種用于減少與流體通過(guò)管道的湍流相關(guān)的壓力損失的方法，所述方法包括使 用泵將乳膠流動(dòng)改性劑注射到流過(guò)所述管道的所述流體中，其中所述流動(dòng)改性劑包含具有 聚合物核和至少部分包圍所述核的聚合物殼的固體粒子，其中所述核包含減阻聚合物，其 中所述殼包含具有疏水化合物的重復(fù)單元和第一種兩親化合物的重復(fù)單元的殼共聚物。6
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述固體粒子具有小于1微米的平均粒徑，其中所述殼具 有約0. 5到約30納米范圍內(nèi)的厚度。
24.權(quán)利要求22的方法，其中所述殼還包含第二種兩親化合物的重復(fù)單元，其中所述 第一種兩親化合物是非離子可聚合表面活性劑，所述第二種兩親化合物是離子可聚合表面 活性劑，其中所述殼中所述第一種可聚合表面活性劑的重復(fù)單元與所述第二種可聚合表面 活性劑的重復(fù)單元的重量比在約0.25 1到約30 1的范圍內(nèi)。
25.權(quán)利要求42的方法，其中所述泵以至少500psig的壓力注射所述流動(dòng)改性劑，其中 所述流動(dòng)改性劑以足夠的速度注入所述流體，以便在所述流體中提供約0. 1到約200ppmw 范圍內(nèi)的所述減阻聚合物，其中所述流體是含烴流體。
全文摘要
一種可以通過(guò)乳液聚合形成的含有大量核-殼粒子的流動(dòng)改性劑。核-殼粒子的核可以包含減阻聚合物，而粒子的殼可以包括疏水化合物和兩親化合物的重復(fù)單元。流動(dòng)改性劑能夠顯示出比常規(guī)制備的乳膠流動(dòng)改性劑增加的泵送穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)F17D1/16GK101945967SQ200880126858
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月14日
發(fā)明者基尼斯·W·史密斯, 威廉·F·哈里斯, 斯圖亞特·N·米利甘, 格羅爾德·施密特, 沃爾夫?qū)た死杖? 約翰·韋伊, 蒂莫西·L·布爾登, 雷·L·約翰斯通, 韋恩·R·德雷赫爾 申請(qǐng)人:科諾科飛利浦公司