全氟磷酸盐类气体管道减阻剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种气体管道减阻特别是天然气长输管道减阻的全氟磷酸盐类气体管道减阻剂及其制备方法。涉及有机化学的一般方法、有机大分子化合物和管道系统技术领域。
【背景技术】
[0002]天然气是污染最小、最清洁的能源，因此在一次能源中的比重迅速提高，天然气管网快速发展。国内外各个地区，甚至不同季节都对天然气的需求有较大的变化，这就要求输气管网具有一定的调节能力，尤其是在保障安全的条件下迅速增加输量。因此，急需研制出类似油品减阻剂那样的天然气减阻剂，使天然气管道减阻技术得到突破性进展。
[0003]目前，天然气的主要运输方式为管道输送。现代意义上的输气管道已有近120年的发展历史。当气体流经管道时，粗糙度会引起摩擦进而产生气体涡流，造成能量损失，从而造成管道的压力损失。对处于紊流状态的天然气管道输送而言，管壁粗糙度对摩擦系数影响最大，要增加输量就得减小管壁粗糙度。近年来，天然气管道输送减阻研究取得了较大的进展，就目前研究结果而言，减阻方法大致可归纳为:天然气管道内涂层减阻技术和减阻剂减阻技术。
[0004]众所周知，同原油减阻剂一样，天然气减阻剂的应用可以显著增加输量、降低压缩机的动力消耗、减少压缩机的安装功率，节约压缩站数，所带来的经济效益是巨大的，有着很好的实际生产需要和市场前景。但天然气减阻剂不同于商业液体(如石油)减阻剂。一种液体减阻剂，例如用在TransAlaska原油管道中的减阻剂是典型的长链聚合物，这种聚合物融进液相来减少液体中的涡流，它的分子量是百万数量级，液体减阻剂从管道内表面把层流底层拓展到中心湍流区。它的有效区在层流与湍流的界面处。而天然气减阻剂的分子量不可能很大，因为这考虑到它的雾化能力和以及它在管壁上“凹谷”的“填充”能力。并且天然气减阻剂的作用区不是在层流与湍流的界面处，它是直接作用于管道内表面，减阻剂分子与金属表面牢固地结合在一起形成一光滑、柔性表面来缓和气一固界面处的湍动，减少流体与管壁之间的摩擦，即直接减小管道内表面粗糙度，从而达到减阻作用，它不改变流体的性质。在专利US4958653，US5020561中都提到出了在气体管道中应用减阻剂减阻的方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是发明一种减阻率高、有效期长、稳定性好、对天然气管道内壁、内涂层和气质无影响、无毒环保、溶解性好、可以在线雾化注入的高效天然气长输管道减阻剂及其制备方法。
[0006]本发明的天然气管道减阻剂是由脂肪酸、吡啶类化合物、氟磷酸盐以及卤代烷烃按质量比2:1:1:1?2:3:1:2组成。
[0007]其中:
[0008]脂肪酸选自棕榈酸、油酸、月桂酸、亚油酸、硬脂酸、亚麻酸、肉豆蘧酸、花生酸、蜡酸、木质素酸。
[0009]吡啶类化合物选自吡唆、2-氯吡唆、2-巯基吡啶、2，6- 二溴吡啶、N-乙基吡啶、2，3- 二氯吡啶、3，5- 二溴吡啶、N-甲基吡啶、2-乙烯基吡啶、2，5- 二溴吡啶、2，6- 二氯吡啶。
[0010]卤代烷烃选自氯乙烷、氯戊烷、氯己烷、氯庚烷、氯辛烷、氯十二烷、氯十六烷、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。
[0011]氟磷酸盐选自氟磷酸铵、氟磷酸锌、氟磷酸铝、氟磷酸锂、氟磷酸钠、氟磷酸钙、氟磷酸钾。
[0012]本天然气管道减阻剂的制备方法是:
[0013]I)将按比例的脂肪酸和吡啶类化合物加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，控制温度在40?50°C下进行反应；
[0014]2)将按比例的卤代烷烃加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，控制反应温度为60?70°C回流反应，冷却后，上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶；
[0015]3)在惰性气氛下，将上层液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤；
[0016]4)将白色结晶放入保温提纯器中进行热过滤，在惰性气氛下，重复上次操作2?3次后，得到白色晶体；
[0017]5)将按比例白色晶体和有机溶剂加到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，缓慢加入比例量的氟磷酸盐，控制温度在20?40°C，进行反应；
[0018]6)将液体进行抽滤，除去不溶物，得到含有溶剂的粗产品；
[0019]7)粗产品先用旋转蒸发仪将少量有机溶剂蒸出，然后将其放在真空烘箱里，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
[0020]具体是:
[0021]I)将按2:1?2:3比例的脂肪酸和吡啶类化合物加入到反应容器中，在惰性气氛条件下，温度为40?50°C下,搅拌4?8h,稳定2?8h ;
[0022]2)将按比例的卤代烷烃加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，先控制反应温度为60?70°C，稳定2?4h后，反应温度缓慢升至90?120°C，回流48?72h，停止加热；反应混和物冷却2?4h，上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶；
[0023]3)在惰性气氛下，将上层液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤；
[0024]4)将白色结晶放入保温提纯器中，加入溶剂，在温度为80?120°C下加热，回流2?4h，使白色结晶完全溶解；在保温提纯器中进行热过滤，滤去不溶物，将滤液冷却结晶2?12h ;在惰性气氛下，将晶体捣碎进行抽滤；重复上次操作2?3次后，得到白色晶体；
[0025]5)将1:2?1:5比例的白色晶体和有机溶剂加到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，按2:1?1:2的比例缓慢加入氟磷酸盐，维持反应温度在20?40°C，反应12?24h ；
[0026]6)将液体进行抽滤，除去不溶物，得到含有溶剂的粗产品；
[0027]7)粗产品先用旋转蒸发仪在30?60°C温度条件下将少量有机溶剂蒸出，然后将其放在真空烘箱里12?24h，控制温度在30?60°C，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
[0028]其中:有机溶剂为卤代烷烃类或芳香类有机溶剂。
[0029]本发明所依据的原理:利用特殊的具有表面活性剂类似结构特点的大分子化合物或聚合物，其极性端牢固地粘合在管道金属内表面，并形成一层光滑的膜，而非极性端存在于流体与管道内表面之间形成气-固界面，利用膜所具有的特殊的分子结构，吸收流体与内表面交界处的湍能，从而减少消耗于内表面的能量，吸收的湍能随后又逸散到流体中，从而减少湍流的紊乱程度，达到减阻目的。
[0030]本减阻剂注入天然气管道后，附着在管道内壁并成膜，使管道内壁表面粗糙度明显减小，表面上的“凹谷”被其“填充”，并且“填充”比较均匀。另外，成膜后原金属表面上的腐蚀产物消失，表明该产品具有减阻应用价值。该表面膜有较好的柔韧性，说明合成的该吡啶盐类减阻化合物具有天然气减阻剂所需要的性质，其成膜性和柔韧性充分显示了它作为天然气管道减阻剂的潜在应用价值。
[0031]本发明对气体管道减阻效果明显，原料来源直接，操作简单，反应条件温和，过程相对简单，对设备要求低，易于实现大规模的工业化生产。
【具体实施方式】
[0032]实施例1.本例是一实验室里的试验方法。具体是将200g的木质素酸和10g的N-甲基吡啶加入到500ml三口瓶中，在惰性气氛条件下，控制温度50°C，搅拌8h，稳定4h后，将200g溴丁烷烃加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，先控制反应温度为70°C，稳定4h后，反应温度缓慢升至120°C，回流72h，停止加热。反应混和物冷却2h，上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶。在惰性气氛下，将上层液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤。将白色结晶放入保温提纯器中，加入溶剂，在温度为120°C下加热，回流4h，使白色结晶完全溶解。在保温提纯器中进行热过滤，滤去不溶物，将滤液冷却结晶2h。在惰性气氛下，将晶体捣碎进行抽滤。重复上次操