專利名稱：一種氣體管道減阻劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明是氣體特別是天然氣輸送管道減阻的一種氣體管道減阻劑及其制備方 法。涉及高分子化合物的組合物和管道系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
天然氣能源的利用是目前囯內外發(fā)展的重要方向之一。由于全球對經濟可持續(xù) 發(fā)展的要求和對"潔凈能源"的呼喚，天然氣的需求量與曰俱增。目前，天然氣的主要運輸方式為管道輸送?，F代意義上的輸氣管道已有近120 年的發(fā)展歷史。當氣體流經管道時，粗糙度會引起摩擦進而產生氣體渦流，造成能 量損失，從而造成管道的壓力損失。對處于紊流狀態(tài)的天然氣管道輸送而言，管壁 粗糙度對摩擦系數影響最大，要增加輸量就得減小管壁粗糙度。近年來，天然氣管 道輸送減阻研究取得了較大的進展，就目前研究結果而言，減阻方法大致可歸納為 天然氣管道內涂層減阻技術和減阻劑減阻技術。眾所周知，同原油減阻劑一樣，天然氣減阻劑的應用可以顯著增加輸量、降低 壓縮機的動力消耗、減少壓縮機的安裝功率，節(jié)約壓縮站數，所帶來的經濟效益是 巨大的，有著很好的實際生產需要和巿場前景。但天然氣減阻劑不同于商業(yè)液體(如 石油)減阻劑。 一種液體減阻劑，例如用在TransAlaska原油管道中的減阻劑是典 型的長鏈聚合物，這種聚合物融進液相來減少液體中的渦流，它的分子量是百萬數 量級，液體減阻劑從管道內表面把層流底層拓展到中心湍流區(qū)。它的有效區(qū)在層流 與湍流的界面處。而天然氣減阻劑的分子量不可能很大，因為這考慮到它的霧化能 力和以及它在管壁上"凹谷"的"填充"能力。并且天然氣減阻劑的作用區(qū)不是在 層流與湍流的界面處，它是直接作用于管道內表面，減阻劑分子與金屬表面牢固地 結合在一起形成一光滑、柔性表面來緩和氣一固界面處的湍動，減少流體與管壁之 間的摩擦，即直接減小管道內表面粗糙度，從而達到減阻作用，它不改變流體的性 質。在US5020561專利中提出了在氣體管道中應用減阻劑減阻的方法，該減阻劑是 類似于緩蝕劑、潤滑劑之類的物質，例如碳原子數處于18 54之間的脂肪酸、 烷氧基化的脂肪酸胺和或酰胺，其長鏈烴的分子量約從300到900。在該發(fā)明中還 提出某些天然原油也符合減阻劑的條件，這種天然原油由瀝青質、樹脂和長鏈烷烴(C廣C40)組成，也含有少量的N、 S、 0、 Fe和V,這些雜原子大多集中在大分子 量部分如新青質部分，使瀝青質帶有極性。但該專利雖然提出了在氣體管道中應用 減阻劑減阻的方法及提到出了一些減阻劑的物質，但這些物質的減阻效果有P艮,并 非理想的減阻劑。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是發(fā)明一種天然氣輸送管道減阻操作簡單、反應條件溫和的一 種氣體管道減阻劑及其制備方法。本發(fā)明的天然氣管道減阻劑是由長鏈酸與烯胺按摩爾比l: 1~2.2: 1組合而成。其中長鏈酸為十六烷酸、十八烷酸、十九烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸、 二十六烷酸、三十烷酸、正三十二烷酸；烯胺為乙烯胺、二乙烯胺、二乙烯三胺、 三乙烯四胺、二丙烯胺、丙烯胺。本天然氣管道減阻劑的制備方法是將長鏈酸(FA)加入反應器加熱溶化后， 再加入烯胺(DETA)，通氮氣保護并預熱。釆用程序升溫法和真空法相結合的方法 合成該產品，產物為棕黃色固體，經提純后的產品為淡黃色。具體是:將按比例量的長鏈酸加入到反應容器中，開啟加熱器,邊加熱邊攪拌， 當溫度達到IO(TC時長鏈酸熔化，此時注入按比例量的烯胺，通氮氣保護，預熱到 12(TC 14(TC;預熱完畢后，程序升溫到2KTC ~ 22(TC ;將攪拌器撤離，連上真 空泵，抽真空2 4個小時，反應完畢，冷卻后可得棕黃色固體的粗產品。最后重結晶，用乙醇溶液重結晶，所得淡黃色固體即為所需產品。其中加入長鏈酸和烯胺的預熱溫度為120°C ~ 14(TC并保持1 ~ 1. 5小時。其中程序升溫是在3~4小時內分不同的溫度段升溫，升溫到21(TC 22(rC。其中抽真空達到真空度20 ~ 40mmHg。本發(fā)明所依據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 物或聚合物，其極性端牢固地粘合在管道金屬內表面，并形成一層光滑的膜，而非 極性端存在于流體與管道內表面之間形成氣-固界面，利用膜所具有的特殊的分子 結構，吸收流體與內表面交界處的湍能，從而減少消耗于內表面的能量，吸收的湍 能隨后又逸散到流體中，從而減少湍流的紊亂程度，達到減阻目的。本減阻劑注入天然氣管道后，付著在管道內壁并成膜，使管道內壁表面粗糙 度明顯減小，表面上的"凹谷"被其"填充"，并且"填充"比較均勻。另外，成 膜后原金屬表面上的腐蝕產物消失，表明該產品具有減阻應用價值。該表面膜有較好的柔韌性，說明合成的該長鏈烷基酰胺基咪唑啉具有天然氣減阻劑所需要的性 質，其成膜性和柔韌性充分顯示了它作為天然氣管道減阻劑的潛在應用價值。本發(fā)明對氣體管道減阻效果明顯，原料來源直接、操作簡單、反應條件溫和， 過程相對簡單、對設備要求低，易于實現大規(guī)模的工業(yè)化生產。


圖l合成產物的紅外光譜2長鏈酸的紅外光譜圖 圖3成膜后表面 圖4空白鋼片表面 圖5成膜后側面(右邊為人為摩擦) 圖6成膜后側面(右邊為人為摩擦)具體實施方式
以下例來說明本發(fā)明的具體實施方式
并對本發(fā)明作進一步的說明。 實施例l.本例是一實驗室里的試驗方法。具體是將20份的十六烷酸加入到 四口燒瓶中，加熱熔化后注入10份二乙烯三胺。通氮氣保護，緩慢升溫到140°C。 隨后緩慢程序升溫，4小時內由14(TC程序升溫到22(TC。然后連接真空泵，抽真 空3個小時，真空度為20皿iiHg。將所得粗產品用乙醇重結晶即得產品。實施例2.將36份的長鏈酸加入到四口燒瓶中，加熱熔化后注入20份烯胺，。 通氮氣保護，緩慢升溫到140。C。隨后按上述升溫方法緩慢程序升溫，5小時內由 14(TC程序升溫到21(TC。然后連接真空泵，抽真空2個小時。真空度為25mmHg。將所得粗產品用乙醇重結晶即得產品。實施例3,將54份的長鏈酸加入到四口燒瓶中，加熱熔化后注入30份二乙烯 三胺，。通氮氣保護，緩慢升溫到140'C。隨后按上述升溫方法緩慢程序升溫，5 小時內由14(TC程序升溫到215X:。然后連接真空泵，抽真空3個小時。真空度為 20mmHg。將所得粗產品用乙醇重結晶即得產品。上述三例所得減阻劑經實驗室作紅外光譜分析，圖1合成產物的紅外光譜圖 中，2916.86c/^是亞甲基中C-H不對稱伸縮振動，2849.53c^是c-H對稱伸縮振 動，多碳直鏈烷烴中-CH2-的面內搖擺振動在718.16c"T'附近有吸收，1469.12^—1 為烴類化合物的剪式振動譜帶，即C-H彎曲振動和亞甲基的變形振動。上述特征 吸收峰的出現說明該物質含有正烷烴鏈。為便于對比分析，實驗所用長鏈酸的紅 外光譜圖示于圖2。圖2長鏈酸的紅外光譜圖中，1703. 3cm-'是二聚體飽和脂肪酸的0=0基的伸縮振動特征峰，該峰在產物譜圖l中消失，說明長鏈酸全部參加了 反應；3327.08c附—'處是N-H的吸收峰，固體脂肪酰胺在1650 ~ 1625cw"之間有強 吸收帶，如圖1中的1643.89cm—'是酰胺I譜帶；固態(tài)無環(huán)仲酰胺在1547 ~ 1515cwT'區(qū)域出現酰胺II譜帶，如圖1中的1548.47c/ —'; 1614. 02^—1處有一個 較強吸收峰，這是分子中C二N雙鍵的伸展振動峰，該峰的出現證明了合成產物為 目的產物。成膜工藝及電鏡分析用該減阻劑經成膜工藝及電鏡分析，即將一定量的該 產品溶于適量的乙醇和柴油中，把處理(除油、除銹、用金相紙打磨)過的鋼片浸 入其中， 一定時間后取出吹干，在JEDL JSM-6700F掃描電子顯微鏡上進行顯微分 析，結果見圖3 圖6。涂有該產品的鋼片表面其粗糙度有了明顯的改善，表面上 的"凹谷"被其"填充"，并且"填充"比較均勻。另外，成膜后原金屬表面上的 腐蝕產物消失，表明該產品具有減阻應用價值。由圖5和圖6可見，成膜后鋼片表 面粗糙度明顯減小，特別是放大后可見，該表面膜有較好的柔韌性，說明合成的該 長鏈烷基酰胺基咪唑啉具有天然氣減阻劑所需要的性質，其成膜性和柔韌性充分顯 示了它作為天然氣管道減阻劑的潛在應用價值。
權利要求
1.一種氣體管道減阻劑，其特征是由長鏈酸與烯胺按摩爾比1∶1～2.2∶1合成。
2. 根據權利要求1所述的一種氣體管道減阻劑，其特征是所述長鏈酸為十六 烷酸、十八烷酸、十九烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸、二十六烷酸、三十烷酸、 正三十二烷酸。
3. 根據權利要求1所述的一種氣體管道減阻劑，其特征是所述烯胺為乙烯 胺、二乙烯胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二丙烯胺、丙烯胺。
4. 一種權利要求l所述一種氣體管道減阻劑的一種氣體管道減阻劑制備方法， 其特征是將按比例量的長鏈酸加入反應器加熱溶化后，再加入按比例量的烯胺，通 氮氣保護并預熱；釆用程序升溫法和真空法相結合的方法合成棕黃色固體產品。
5. 根據權利要求4所述的一種氣體管道減阻劑制備方法，其特征是將按比例 量的長鏈酸加入到反應容器中，開啟加熱器，邊加熱邊攪拌，當溫度達到10(TC時 長鏈酸熔化，此時注入按比例量的烯胺，通氮氣保護，預熱到120°C~140°C;預熱 完畢后，程序升溫到210。C 22(TC;將攪拌器撤離，連上真空泵，抽真空2~4個 小時，反應完畢，冷卻后可得棕黃色固體的粗產品。
6. 根據權利要求4或5所述的一種氣體管道減阻劑制備方法，其特征是在合成棕黃色固體產品后，再經重結晶，提純?yōu)榈S色產品。
7. 根據權利要求4或5所述的一種氣體管道減阻劑制備方法，其特征是所述 加入烯胺后的預熱的溫度是120°C ~ 14(TC，并保持1 ~ 1. 5小時。
8. 根據權利要求4或5所述的一種氣體管道減阻劑制備方法，其特征是所述 程序升溫法是在3 ~ 4小時內分不同的溫度段升溫。
9. 根據權利要求4或5所述的一種氣體管道減阻劑制備方法，其特征是所述 真空法是抽真空達到真空度20 ~ 40mmHg。
10. 根據權利要求6所述的一種氣體管道減阻劑制備方法，其特征是所述重 結晶是用乙醇溶液重結晶。
全文摘要
本發(fā)明是氣體特別是天然氣輸送管道減阻的一種氣體管道減阻劑及其制備方法。涉及高分子化合物的組合物和管道系統(tǒng)技術領域。其特征是由長鏈酸與烯胺按摩爾比1∶1～2.2∶1合成。將按比例量的長鏈酸加入到反應容器中，開啟加熱器，邊加熱邊攪拌，當溫度達到100℃時長鏈酸熔化，此時注入按比例量的烯胺，通氮氣保護，預熱到120℃～140℃；預熱完畢后，程序升溫到210℃～220℃；將攪拌器撤離，連上真空泵，抽真空2～4個小時，反應完畢，冷卻后可得棕黃色固體的粗產品。本發(fā)明對氣體管道減阻效果明顯，原料來源直接、操作簡單、反應條件溫和，過程相對簡單、對設備要求低，易于實現大規(guī)模的工業(yè)化生產。
文檔編號C10M105/00GK101328441SQ200710119099
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權日2007年6月20日
發(fā)明者兵 劉, 張志恒, 李國平, 李春漫, 鮑旭晨 申請人:中國石油天然氣股份有限公司