巯基三唑类输气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一类巯基三唑类输气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]天然气能源的利用是目前国内外发展的重要方向之一。由于全球对经济可持续发展的要求和对“洁净能源”的呼唤，天然气的需求量与日俱增。
[0003]目前，天然气的主要运输方式为管道运输。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，要增加输量就要减少管壁粗糙度。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、减少压缩站数，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。但是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TranAlaska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，它是直接作用在管道内表面，减阻剂分子与金属表面牢固地结合在一起形成光滑的弹性表面来缓和气-固界面处的湍动，减少流体与管壁之间的摩擦，即直接减少管道内表面粗糙度，从而达到减阻作用，它不改变流体的性质。在专利US4958653，US5020561中都提到了在气体管道中应用减阻剂的方法，该减阻剂是类似于缓蚀剂、润滑剂之类的物质，例如:碳原子数处于18?54之间的脂肪酸、烷氧基化的脂肪酸胺或酰胺，其长链烃的分子量约从300到900。在该发明中还提出某些天然原油也符合减阻剂的条件，这些天然原油由浙青质、树脂和长链烷烃(Cl?C40)组成，也含有少量的N、S、O、Fe和V,这些杂原子大多集中在大分子量部分如浙青质部分,使浙青质带有极性。但该专利虽然提出了在气体管道在应用减阻剂减阻的方法及一些减阻剂物质，但是这些物质的减阻效果有限，并非理想的减阻剂。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是发明一种原料来源直接、操作简单、反应条件温和、可以在线雾化注入的巯基三唑类输气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一种巯基三唑类输气管道减阻剂，由水合肼、二硫化碳按质量比3:1?4:1在催化剂I作用下生成1，3- 二氨基硫脲，1，3- 二氨基硫脲与芳香醛按照质量比1:1?1: 1.5发生缩合反应生成双缩二氨基硫脲，双缩二氨基硫脲再与芳香酯在催化剂II的的作用下按照质量比1:1?1:3生成巯基三唑化合物，将巯基三唑化合物溶于丙酮，加入磷酸或磷酸盐，充分混合即得目标产品。
[0007]能整理出水合肼、二硫化碳、芳香醛、芳香酯、丙酮、磷酸或磷酸盐总的配比吗？且最好是百分比。
[0008]其中:
[0009]催化剂I为2-氯乙醇、2-巯基乙醇、亚乙基氯乙醇或2-(2-氯乙氧基)乙醇；
[0010]芳香醛为苯甲醛或邻羟基苯甲醛；
[0011]芳香酯为苯甲酸乙酯、苯甲酸正丙酯、苯甲酸异丙酯、苯甲酸正丁酯、苯甲酸异丁酯、苯甲酸仲丁酯、苯甲酸叔丁酯、苯甲酸正戊酯、苯甲酸异戊酯或苯甲酸己酯；
[0012]磷酸或磷酸盐为磷酸、磷酸锌、磷酸钠、磷酸钾、磷酸镍、磷酸亚铁、磷酸铁中的一种或几种；
[0013]催化剂II为氢氧化钾或氢氧化钠。
[0014]本天然气管道减阻剂的制备方法是:
[0015]I)水合肼、二硫化碳在催化剂I作用下生成1，3- 二氨基硫脲；
[0016]2) I, 3- 二氨基硫脲与芳香醛发生缩合反应生成双缩二氨基硫脲；
[0017]2)双缩二氨基硫脲与芳香酯在催化剂2的的作用下生成巯基三唑化合物；
[0018]3)将巯基三唑化合物溶于丙酮中，加入磷酸或磷酸盐，充分混合即得目标产品。
[0019]具体制备过程是:
[0020]水合肼、二硫化碳生成1，3- 二氨基硫脲的反应是:量取10g的二硫化碳，搅拌下滴入按二硫化碳与水合肼质量比3:1?4:1比例的水合肼与乙醇的混合液中，在85?100°C温度范围内回流4?8h，然后冰水浴冷却I?4h，抽滤，将抽滤产物加入溶有催化剂I的乙醇溶液中，室温反应8?24h，95?105°C温度范围内回流4?12h后，稀盐酸调节
pH为2?5左右，抽滤烘干后，无水乙醇重结晶，得到1，3- 二氨基硫脲；
[0021]I, 3- 二氨基硫脲与芳香醛发生缩合反应生成双缩二氨基硫脲是将成1，3- 二氨基硫脲溶于冰醋酸溶剂中，加热升温使其沸腾后，加入按1:1?1:1.5比例的芳香醛，加热保持沸腾4?8h后，冷却至室温，抽滤产物用无水乙醇洗涤3?5次，真空干燥得到双缩二氨基硫服；
[0022]双缩二氨基硫脲与芳香酯在催化剂II的作用下生成巯基三唑化合物反应过程是:将双缩二氨基硫脲按照质量比1:1?1:3直接溶于芳香酯的甲苯或二甲苯溶液，80°C?100°C下恒温低速搅拌12h，升温至140°C真空蒸馏，蒸掉甲苯和二甲苯，得到巯基三唑类化合物。
[0023]将巯基三唑化合物溶于丙酮中，加入磷酸或磷酸盐，充分混合是将得到的巯基三唑化合物溶于500mL丙酮中，加入按3:1?3:3比例的磷酸或磷酸盐，充分搅拌混合均匀，即得到目标产品。最好不用固定值！
[0024]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。
[0025]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。
[0026]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】
[0027]实施例1.本例是一实验室里的试验方法。具体是量取10g的二硫化碳，搅拌下滴入25g水合肼与50g乙醇的混合液中，在100°C回流8h，然后冰水浴冷却4h，抽滤，将抽滤产物加入溶有2-氯乙醇的乙醇溶液中，室温反应24h，100°C温度范围内回流12h后，稀盐酸调节PH为5，抽滤烘干后，无水乙醇重结晶，得到197gl，3- 二氨基硫脲。将1，3- 二氨基硫脲溶于冰醋酸溶剂中，加热升温使其沸腾后，加入200g芳香醛，加热保持沸腾8