專利名稱：咪唑鹽類輸氣管道減阻劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是氣體特別是天然氣管道減阻的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑及其制備方 法。涉及有機(jī)大分子化合物、它們的制備和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景天然氣是污染最小、最清潔的能源。因此在一次能源中的比重迅速提高，天然 氣管網(wǎng)快速發(fā)展。國內(nèi)外各個(gè)地區(qū)，甚至不同季節(jié)都對(duì)天然氣的需求有較大的變化。 這就要求輸氣管網(wǎng)具有一定的調(diào)節(jié)能力，尤其是在保障安全的條件下迅速增加輸 量。因此，急需研制出類似油品減阻劑那樣的天然氣減阻劑，使天然氣管道減阻技 術(shù)得到突破性進(jìn)展。目前，天然氣的主要運(yùn)輸方式為管道輸送。現(xiàn)代意義上的輸氣管道已有近120 年的發(fā)展歷史。當(dāng)氣體流經(jīng)管道時(shí)，粗糙度會(huì)引起摩擦進(jìn)而產(chǎn)生氣體渦流，造成能 量損失，從而造成管道的壓力損失。對(duì)處于紊流狀態(tài)的天然氣管道輸送而言，管壁 粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)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(jìn)展，就目前研究結(jié)果而言，減阻方法大致可歸納為 天然氣管道內(nèi)涂層減阻技術(shù)和減阻劑減阻技術(shù)。眾所周知，同原油減阻劑一樣，天然氣減阻劑的應(yīng)用可以顯著增加輸量、降低 壓縮機(jī)的動(dòng)力消耗、減少壓縮機(jī)的安裝功率，節(jié)約壓縮站數(shù)，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益是 巨大的，有著很好的實(shí)際生產(chǎn)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(jìn)液相來減少液體中的渦流，它的分子量是百萬數(shù) 量級(jí)，液體減阻劑從管道內(nèi)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?yàn)檫@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(nèi)表面，減阻劑分子與金屬表面牢固地 結(jié)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(dòng),.減少流體與管壁之 間的摩擦，即直接減小管道內(nèi)表面粗糙度，從而達(dá)到減阻作用，它不改變流體的性 質(zhì)。在專利US4958653, US5020561中都提到出了在氣體管道中應(yīng)用減阻劑減阻的 方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是發(fā)明一種減阻率基本穩(wěn)定在15%左右、有效期長、對(duì)天然氣管 道內(nèi)壁、內(nèi)涂層和氣質(zhì)無影響、無毒環(huán)保、溶解性好、易于現(xiàn)場應(yīng)用的咪唑鹽類輸 氣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咪唑類化合物、氟磷酸鹽以及卣代烷烴按摩爾 比1: 1: 1-1: 2:1.5組合而成。其中咪唑類化合物選自咪唑、2-巰基苯并咪哇、N-乙基咪唾、2-乙基咪哇、2-甲基 咪唑、4-甲基-2-乙基咪唑、N-甲基咪唑、1、 3-二乙基咪唑、1、 3-二甲基-2-乙基 咪哇；氟磷酸鹽選自氟磷酸鋰、氟磷酸銨、氟磷酸鉀、氟磷酸鐵、氟磷酸鉬、氟磷酸 鈉、氟磷酸鈣、氟磷酸銅、氟磷酸鋅；鹵代烷烴選自溴甲烷、溴乙烷、溴丁烷、溴戊烷、溴己烷、溴庚烷、溴辛烷、 溴十二烷、溴十六烷、氯甲烷、氯乙烷、氯丁烷、氯戊烷、氯己烷、氯庚烷、氯辛 烷、氯十二烷、氯十六烷5本天然氣管道減阻劑的制備方法是1) .將按比例的咪唑類化合物和鹵代烷烴加入到反應(yīng)容器中，在惰性氣氛攪拌條件下，先控制反應(yīng)溫度回流，進(jìn)行反應(yīng)；2) .反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，將反應(yīng)混和物冷卻，使上層有略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶；3) .在惰性氣氛下，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾；4) .將白色結(jié)晶放入保溫提純器中，加入溶劑，在惰性氣氛下，重結(jié)晶2~3次 后，得到白色晶體；5) .將一定比例有機(jī)溶劑、白色晶體和氟磷酸鹽加到反應(yīng)容器中，在惰性氣氛 攪拌下，控制溫度下反應(yīng)；6) .反應(yīng)結(jié)束后，迅速將液體進(jìn)行抽濾，除去不溶物，得到含有溶劑的粗產(chǎn)品；7) .粗產(chǎn)品先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將少量有機(jī)溶劑蒸出，然后將其放在真空烘箱里， 使有機(jī)溶劑蒸發(fā)完全，得到產(chǎn)品。具體是l).將按l: 1-1: 1.5比例的咪唑類化合物和鹵代烷烴加入到反應(yīng)容器中，在 惰性氣氛攪拌條件下，先控制反應(yīng)溫度為60~100 °C,穩(wěn)定l 2h后，反應(yīng)溫度緩慢升至80~120 。C，回流24 48h后繼續(xù)緩慢升高反應(yīng)溫度，控制溫度為90 140 °C,再繼續(xù)回流24 48 h，停止加熱；2) .反應(yīng)混和物冷卻2 24 h，使上層有略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶；3) .在惰性氣氛下，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾；4) .將白色結(jié)晶放入保溫提純器中，加入有機(jī)溶劑，在惰性氣氛下，在溫度為 60- 100 'C下加熱，回流1~2 h，使白色結(jié)晶完全溶解；5) .在保溫提純器中進(jìn)行熱過濾，濾去不溶物，將濾液冷卻結(jié)晶2-24 h;6) .在惰性氣氛下，將晶體搗碎進(jìn)行抽濾；重復(fù)上次操作2 3次后，得到白色晶體；7) .按1: 2: 1~1:2: 10比例將白色晶體和氟磷酸鹽加入有機(jī)溶劑中后再加到 反應(yīng)容器中，在惰性氣氛攪拌下，維持反應(yīng)溫度在0~30 。C,反應(yīng)2~48 h;8) .迅速將液體進(jìn)行抽濾，除去不溶物，得到含有溶劑的粗產(chǎn)品；9) .粗產(chǎn)品先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在40~90 'C溫度條件下將少量有機(jī)溶劑蒸出，然 后將其放在真空烘箱里12 24h，控制溫度在50~100 。C，使有機(jī)溶劑蒸發(fā)完全， 得到產(chǎn)品。其中有機(jī)溶劑為酮類或芳香類有機(jī)溶劑。本發(fā)明所依據(jù)的原理利用特殊的具有表面活性劑類似結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(nèi)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(nèi)表面之間形成氣-固界面，利用膜所具有的特殊的分子 結(jié)構(gòu)，吸收流體與內(nèi)表面交界處的湍能，從而減少消耗于內(nèi)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(dá)到減阻目的。本減阻劑注入天然氣管道后，附著在管道內(nèi)壁并成膜，使管道內(nèi)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(chǎn)物消失，表明該產(chǎn)品具有減阻應(yīng)用價(jià)值。該表面膜有較 好的柔韌性，說明合成的該咪唑鹽類減阻化合物具有天然氣減阻劑所需要的性質(zhì)， 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(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明對(duì)氣體管道減阻效果明顯，原料來源直接、操作簡單、反應(yīng)條件溫和， 過程相對(duì)簡單、對(duì)設(shè)備要求低，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例.以本例來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
并對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本 例是一實(shí)驗(yàn)室里的試驗(yàn)方法。具體是將250ml的1、 3-二甲基-2-乙基咪唑和350ml的溴化正庚烷加入到500 ml三口瓶中，在惰性氣氛攪拌條件下，先控制反應(yīng)溫度 為60 °C,穩(wěn)定2h后，反應(yīng)溫度緩慢升至80 t:，回流48h后繼續(xù)緩慢升高反應(yīng) 溫度，控制溫度為90 。C，再繼續(xù)回流48 h，停止加熱。反應(yīng)混和物冷卻2 h，上 層有略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶。在惰性氣氛下，將上層的黃色液體倒出， 將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾。將白色結(jié)晶放入保溫提純器中，加入溶劑，在溫度為 60 'C下加熱，回流2 h，使白色結(jié)晶完全溶解。在保溫提純器中進(jìn)行熱過濾，濾 去不溶物，將濾液冷卻結(jié)晶2h。在惰性氣氛下，將晶體搗碎進(jìn)行抽濾。重復(fù)上次 操作2 ~ 3次后，得到白色晶體。將1000 ml有機(jī)溶劑、白色晶體和500 g氟磷酸 銨加到反應(yīng)容器中，在惰性氣氛攪拌下，維持反應(yīng)溫度在20 °C，反應(yīng)48h。迅速 將液體進(jìn)行抽濾，除去不溶物，得到含有溶劑的粗產(chǎn)品。粗產(chǎn)品先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在 50 'C溫度條件下將少量有機(jī)溶劑蒸出，然后將其放在真空烘箱里24 h,使有機(jī)溶 劑蒸發(fā)完全，得到產(chǎn)品。將合成的咪唑鹽類減阻化合物經(jīng)核磁共振氬譜分析,其化學(xué)位移分別發(fā)生在5 =9.910s,H2)， 5= 7.407 (d，H4), 5= 7.333 (d， H5), 5= 4.280 (t，NCH2), 5 =4. 066 (s， NCH3) ， 5 = 1. 897 (m， NCH2CH2) ， 5 = 1. 404 (m， NCH2CH2CH2) ，5 = 0. 977 (t，CH3)。證明了合成產(chǎn)物為目的產(chǎn)物。用該咪唑鹽類減阻化合物經(jīng)成膜工藝及電鏡分析，即將一定量的該產(chǎn)品溶于 適量的溶劑中，把處理(除油、除銹、用金相紙打磨)過的鋼片浸入其中， 一定時(shí) 間后取出吹干，在JEDL JSM-6700F掃描電子顯微鏡上進(jìn)行顯微分析，涂有該產(chǎn)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(chǎn)物消失，表明該產(chǎn)品具有減阻 應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種氣體特別是天然氣管道減阻的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑，其特征是它由咪唑類化合物、氟磷酸鹽以及鹵代烷烴按摩爾比1∶1∶1～1∶2∶1.5組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑，其特征是所述咪唑類化 合物選自咪唑、2-巰基苯并咪唑、N-乙基咪唑、2-乙基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲 基-2-乙基咪唑、N-甲基咪唑、1、 3-二乙基咪唑、1、 3-二甲基-2-乙基咪哇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑，其特征是所述氟磷酸 鹽選自氟磷酸鋰、氟磷酸銨、氟磷酸鉀、氟磷酸鐵、氟磷酸鋁、氟磷酸鈉、氟磷 酸鉤、氟磷酸銅、氟磷酸鋅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑，其特征是所述卣代烷 烴選自溴甲烷、溴乙烷、溴丁烷、溴戊烷、溴己烷、溴庚烷、溴辛烷、溴十二烷、 溴十六烷、氯甲烷、氯乙烷、氯T烷、氯戊烷、氯己烷、氯庚烷、氯辛烷、氯十 二烷、氯十六烷。
5. —種權(quán)利要求1所述咪唑鹽類輸氣管道減阻劑的咪唑鹽類輸氣管道減阻 劑制備方法，其特征是1) .將按比例的咪唑類化合物和鹵代烷烴加入到反應(yīng)容器中，在惰性氣氛攪拌 條件下，先控制反應(yīng)溫度回流，進(jìn)行反應(yīng)；2) .反應(yīng)結(jié)束后，停止加熱，將反應(yīng)混和物冷卻，使上層有略帶黃色的液體，下層是白色結(jié)晶；3) .在惰性氣氛下，將上層的黃色液體倒出，將白色結(jié)晶搗碎進(jìn)行抽濾；4) .將白色結(jié)晶放入保溫提純器中，加入溶劑，在惰性氣氛下，重結(jié)晶2 3次后，得到白色晶體；5) .將一定比例有機(jī)溶劑、白色晶體和氟磷酸鹽加到反應(yīng)容器中，在惰性氣氛攪拌下，控制溫度下反應(yīng)；6) .反應(yīng)結(jié)束后，迅速將液體進(jìn)行抽濾，除去不溶物，得到含有溶劑的粗產(chǎn)品；7) .粗產(chǎn)品先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將少量有機(jī)溶劑蒸出，然后將其放在真空烘箱里， 使有機(jī)溶劑蒸發(fā)完全，得到產(chǎn)品。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述 第l)步為將按l: 1~1: 1. 5比例的咪唑類化合物和鹵代烷烴加入到反應(yīng)容器中， 在惰性氣氛攪拌條件下，先控制反應(yīng)溫度為60~100 °C,穩(wěn)定l 2h后，反應(yīng)溫 度緩慢升至80 ~ 120 。C ，回流24 ~48 h后繼續(xù)緩慢升高反應(yīng)溫度，控制溫度為90 ~ 140 。C，再繼續(xù)回流24~48 h,停止加熱。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述第2)步為反應(yīng)結(jié)東后反應(yīng)混和物冷卻2 24h，使上層有略帶黃色的液體，下層 是白色結(jié)晶。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述 第4)步為l].將白色結(jié)晶放入保溫提純器中，加入溶劑，在惰性氣氛下，在溫度為60~ 100 'C下加熱，回流1~2 h，使白色結(jié)晶完全溶解；2].在保溫提純器中進(jìn)行熱過濾，濾去不溶物，將濾液冷卻結(jié)晶2 24 h;3].在惰性氣氛下，將晶體搗碎進(jìn)行抽濾；重復(fù)上次操作2 3次后，得到白色 晶體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述 第5)步為按l: 2: 1~1:2: 10比例將白色晶體和氟磷酸鹽加入有機(jī)溶劑中后再 加到反應(yīng)容器中，在惰性氣氛攪拌下，維持反應(yīng)溫度在0 30 °C,反應(yīng)2~48 h。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的咪唑鹽類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述第7)步為粗產(chǎn)品先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在40~90 x:溫度條件下將少量有機(jī)溶劑蒸出，然后將其放在真空烘箱里12~24 h，控制溫度在50~100 °C，使有機(jī)溶劑蒸 發(fā)完全，得到產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明是一種咪唑鹽類輸氣管道減阻劑及其制備方法。它由咪唑類化合物、氟磷酸鹽以及鹵代烷烴按摩爾比1∶1∶1～1∶2∶1.5組成。其制備方法將咪唑類化合物和鹵代烷烴加入反應(yīng)容器，在惰性氣氛攪拌下，控制溫度回流，反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束停止加熱，冷卻，使上層有略帶黃色的液體，下層為白色結(jié)晶；在惰性氣氛下，倒出黃色液體，將白色結(jié)晶搗碎抽濾；將白色結(jié)晶放入保溫提純器，加入溶劑，在惰性氣氛下，重結(jié)晶2～3次，得白色晶體；將有機(jī)溶劑、白色晶體和氟磷酸鹽加入反應(yīng)容器，在惰性氣氛攪拌下，控制溫度反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束速將液體抽濾，得含有溶劑的粗產(chǎn)品；先將粗產(chǎn)品中有機(jī)溶劑少量蒸出，后蒸發(fā)完全，得產(chǎn)品。
文檔編號(hào)F17D1/02GK101575496SQ200810106238
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者常維純, 張志恒, 李國平, 艾慕陽, 高艷清, 鮑旭晨 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司