專利名稱：硫酸酯類輸氣管道減阻劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種氣體特別是天然氣長輸管道減阻的硫酸酯類輸氣管道減阻劑及 其制備方法。涉及有機大分子化合物、它們的制備和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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)外各個地區(qū)，甚至不同季節(jié)都對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)得到突破性進展。目前，天然氣的主要運輸方式為管道輸送?，F(xiàn)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(jīng)管道時，粗糙度會引起摩擦進而產(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(shù)影響最大，要增加輸量就得減小管壁粗後度。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(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(shù)，所帶來的經(jīng)濟效益是 巨大的，有著很好的實際生產(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，這種聚合物融進液相來減少液體中的渦流，它的分子量是百萬數(shù) 量級，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(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，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)明一種氣體特別是天然氣長輸管道減阻率高、有效期長、 對天然氣管道內(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)場應用 的硫酸酯類輸氣管道減阻劑及其制備方法。本發(fā)明是由硫酸酯類、芳香族化合物以及雜環(huán)化合物按摩爾比1: 5: 1~1.5: 10:1組合而成。其中硫酸酯類選自硫酸甲酯、硫酸乙酯、硫酸丁酯、硫酸異丁酯、硫酸己酯、硫 酸異已酯、硫酸辛酯、硫酸異辛酯；芳香族化合物選自苯胺、甲氧基苯、二甲苯、乙基苯、苯酚、卞基苯、甲苯、 溴代苯酚、氯代苯酚；雜環(huán)化合物選自呋喃、呋喃甲醛、噻吩、四氫噻唑、咪唑、甲基咪唑、吡咯、 吡啶、烷基吡啶、喹啉、嘧啶、吲哚、嘌呤。本天然氣管道減阻劑的制備方法是將按比例的雜環(huán)化合物和芳香族化合物加入反應器，加入氮氣保護，在低溫 下攪拌一段定時間，后加入硫酸酯；所形成的液體由最初的清澈透明變?yōu)榛鞚岱謱?反應時一定要加入氮氣保護， 因這個實驗是激烈放熱的；由萃取分層來分離殘液和生成的硫酸酯類減阻劑；通過減壓蒸餾出有機溶劑 殘液在真空得到產(chǎn)物。具體是將按比例的雜環(huán)化合物和芳香族化合物加入到反應容器中，將反應 容器放入到盛有冰水混合物的水洛中，通入氮氣保護，開動磁力攪拌器，放入溫度 計，進行測量，保證其溫度在0~30 'C之間；將比例量的硫酸酯加入到加料漏斗中，硫酸酯逐滴滴加到雜環(huán)化合物和芳香 族化合物的反應物中去；反應2 4h后，將反應產(chǎn)物放到分液漏斗中，靜止1~ 2 h后，將下層有機相混和物分離出來；取出有機相混和物，用1 : 1 ~1: 2比例的有機溶劑對產(chǎn)物進行洗滌，從而 洗去多余的原料；再重新進行分液操作，獲得粗產(chǎn)品；粗產(chǎn)品先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在50 100 C溫度條件下將少量有機溶劑蒸出，然后將其放在真空烘箱里12 24 h,使有機溶劑蒸發(fā)完全，得到產(chǎn)品。 其中洗滌用的有機溶劑為芳香類有機溶劑。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)品具有減阻應用價值。該表面膜有較 好的柔韌性，說明合成的該硫酸酯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(shè)備要求低，易于實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施方式
實施例.以本例來說明本發(fā)明的具體實施方式
并對本發(fā)明作進一步的說明。本 例是一實驗室里的試驗方法。具體是在500 ml三口瓶中加入50ml咪唑，再加入 200ml 二甲苯，放入到盛有冰水混合物的水浴鍋中，通入氮氣保護，放入溫度計，進 行測量，保證其溫度不超過30 。C，安裝儀器，放入轉(zhuǎn)子，開動磁力攪拌器,用量簡 量取100 ml硫酸二丁酯加入到加料漏斗中去，硫酸二丁酯逐滴滴加到加入二甲苯 的咪唑中去。通過控制加料漏斗，將藥品緩慢的加入到三口瓶中去。反應2h后， 將反應產(chǎn)物放到分液漏斗中，靜止l h后，二甲苯層與有機層分離，取出產(chǎn)物用1 : 1比例的丙酮和二甲苯對產(chǎn)物進行洗滌，從而洗去多余的原料。在重新進行分 液操作，獲得粗產(chǎn)物。粗產(chǎn)物先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在70 'C溫度條件下將少量丙酮和 二甲苯蒸出，然后將其放在真空烘箱里24 h,使丙酮和二甲苯蒸發(fā)完全。將合成的硫酸酯類減阻化合物經(jīng)核磁共振氫譜分析，其化學位移分別發(fā)生在5:1.279(3H， t，NC腿3)， 5 =1. 566(3H, t， 0CH2CH3), 5 =4. 028 (3H， s, NCH3) ， 5 =4. 067 (2H， q， 0CH3) , 5 =4. 333 (2H， q， NCH2) , 5 =7. 617 (2H， s， C (4. 5) H)和5 =9.441(lH，s，C(2)H)。將硫酸酯類減阻化合物放入帶夾套的全玻璃電池中，通過 塑料蓋將直徑3. 0 mm的玻碳電極插入電池中，作為工作電極；插入直徑為1.6mm 的鉑電極作為對電極；以插在摩爾比為1.5/1.0的AlCl3/BMIC離子液體中的高純鋁絲為參比電極，參比電極和工作電極之間用素燒瓷片分開。電池溫度用恒溫水洛控制，控溫精度為±0. 1 K。利用IM6電化學工作站，測定減阻化合物在303. 15 K的循環(huán)伏安曲線。每次測量前工作電極依次用4 #至6 #金相砂紙和0. 5 u m A1203 打磨，用二次蒸餾水洗凈，干燥后使用。硫酸酯類減阻化合物的循環(huán)伏安曲線可 以看出，在掃描速度為5 mV/s時，還原-氧化極限從-1.40 V到2.40 V，電化 學窗口為3.80 V。該峰的出現(xiàn)證明了合成產(chǎn)物為目的產(chǎn)物。用該硫酸酯類減阻化合物經(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 間后取出吹干，在JEDL JSM-6700F掃描電子顯微鏡上進行顯微分析，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 應用價值。
權(quán)利要求
1.一種氣體特別是天然氣管道減阻的硫酸酯類輸氣管道減阻劑，其特征是它由硫酸酯類、芳香族化合物以及雜環(huán)化合物按摩爾比1∶5∶1～1.5∶10∶1組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑，其特征是所述硫酸酯類 選自硫酸甲酯、硫酸乙酯、硫酸丁酯、硫酸異丁酯、硫酸己酯、硫酸異已酯、硫 酸辛酯、硫酸異辛酯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑，其特征是所述芳香族 化合物選自苯胺、甲氧基苯、二甲苯、乙基苯、苯酴、卞基苯、甲苯、溴代苯酚、 氯代苯酚。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑，其特征是所述雜環(huán)化 合物選自吹喃、吹喃甲醛、噻吩、四氫噻唑、咪唑、甲基咪唑、吡咯、吡啶、烷 基吡嚏、喹啉、嗜啶、口引哚、嘌呤。
5. —種權(quán)利要求1所述硫酸酯類輸氣管道減阻劑的硫酸酯類輸氣管道減阻 劑制備方法，其特征是1) 將按比例的雜環(huán)化合物和芳香族化合物加入反應器，加入氮氣保護，在低 溫下攪拌一段定時間，后加入硫酸酯；2) 反應 一定時間，使所形成的液體由最初的清澈透明變?yōu)榛鞚岱謱樱?) 由萃取分層來分離殘液和生成的硫酸酯類減阻劑；4) 通過減壓蒸餾出有機溶劑殘液在真空得到產(chǎn)物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述 步驟l)是按比例將雜環(huán)化合物和芳香族化合物加入反應器，在0~30 'C下再加入 硫酸酯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所 述加入硫酸酯時，硫酸酯要逐滴滴加到雜環(huán)化合物和芳香族化合物的反應物中去。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述步 驟2)是反應2~4 h。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征是所述步 驟3)是將反應產(chǎn)物放到分液漏斗中，靜止l 2h后，將下層有機相混和物分離出 來；取出有機相混和物，用1 : 1 ~1: 2比例的有機溶劑對產(chǎn)物進行洗滌，洗去多 余的原料；再重新進行分液操作，獲得粗產(chǎn)品。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5或10所述的硫酸酯類輸氣管道減阻劑制備方法，其特征 是所述步驟4)為粗產(chǎn)品先用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在50~100 r溫度條件下將少量有機溶劑蒸出，然后將其放在真空烘箱里12~24 h,使有機溶劑蒸發(fā)完全，得到產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明是一種氣體特別是天然氣長輸管道減阻的硫酸酯類輸氣管道減阻劑及其制備方法。它由硫酸酯類、芳香族化合物以及雜環(huán)化合物按摩爾比1∶5∶1～1.5∶10∶1組成。制備方法是1)將按比例的雜環(huán)化合物和芳香族化合物加入反應器，加入氮氣保護，在低溫下攪拌一段定時間，后加入硫酸酯；2)反應一定時間，使所形成的液體由最初的清澈透明變?yōu)榛鞚岱謱樱?)由萃取分層來分離殘液和生成的硫酸酯類減阻劑；4)通過減壓蒸餾出有機溶劑殘液在真空得到產(chǎn)物。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(shè)備要求低，易于實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號F17D1/02GK101575497SQ200810106239
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者兵 劉, 常維純, 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