一种复合型天然气减阻剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合型天然气减阻剂及其制备方法。该方法包括如下步骤：有机二元酸或有机二元酸酐、有机胺与长碳链的一元羧酸进行反应即得所述复合型天然气减阻剂；所述反应的具体步骤如下：（1）在惰性气氛下，所述有机二元酸或所述有机二元酸酐与所述有机胺进行反应；（2）在惰性气氛下，向步骤（1）中所述反应结束后的反应体系中加入所述长碳链的一元羧酸，经反应即得所述复合型天然气减阻剂。本发明复合型天然气减阻剂对管输天然气减阻、节能效果明显，原料廉价易得、操作简单、反应条件温和、过程简单、对设备要求低，易于实现工业化生产。
【专利说明】一种复合型天然气减阻剂及其制备方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合型天然气减阻剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]源于对环境的考虑以及世界碳排量的压力，各国正大力推动天然气生产与高效利用，以部分取代煤和石油。天然气作为一种清洁能源，其在世界能源格局中的地位不断提高。而随着天然气能源需求量的不断增长以及调峰的需要，使得世界天然气输送技术面临更大的挑战。提高天然气管道的输送能力和调节能力，除了兴建更大规模的天然气管道和管网之外，也可通过减小现有管道的输送阻力来实现。天然气减阻剂减阻技术作为一种减阻增输的新技术，受到了国内外研究机构的广泛关注。同时，天然气管道也存在着严重的腐蚀老化问题，尤其是集输管线和气田管网。使天然气管道的使用年限降低、安全隐患增加。因此，开发研制具有减阻和缓蚀多重功效的天然气减阻剂迫在眉睫。即达到了减阻增输的目的，又减缓了管道腐蚀、延长了管道使用年限、提高了管道运行安全。
[0003]天然气减阻剂不仅 可用于新管道，也可用于老管道的改造，而老管道内是否有内涂层并不影响天然气减阻剂的应用。天然气减阻剂作为一种新型管道化学添加剂和节能降耗产品，其作用是能牢固地粘合在管道金属内表面填充管道内表面的“凹谷”，并形成一层光滑的弹性液膜。一是起到“填坑”的作用，减小了壁面的粗糙程度。粗糙度的减小有效降低了摩阻系数，从而减小动力损耗，增加输送量。二是形成柔性壁面。柔性壁面一方面减小湍流发生的几率；另一方面能够部分吸收猝发过程中喷出、扫掠这样准周期的运动能量，降低湍流强度。同时，由于天然气减阻剂部分或者完全覆盖在管道内表面，和缓蚀剂一样具有改变金属表面性质降低其腐蚀量的功效。因此，合理的进行分子设计必能合成具有减阻增输和防腐多重功效的天然气减阻剂:可以避免多次注入不同类型的管道添加剂，减少操作和投资成本；可以避免因不同添加剂之间的交互作用而引起的安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种复合型天然气减阻剂及其制备方法，本发明的制备方法简单，且制备的复合型天然气减阻剂的减阻效果好、有效期长、具有防腐作用。
[0005]本发明所提供的一种复合型天然气减阻剂的制备方法，包括如下步骤:
[0006]有机二元酸或有机二元酸酐、有机胺与长碳链的一元羧酸进行反应即得所述复合型天然气减阻剂；
[0007]所述有机二元酸可为乙二酸、草酰乙酸、丙二酸、丁二酸、羟基丁二酸、戊二酸、α-酮戊二酸、酒石酸、衣康酸、亚氨基二乙酸、己二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸或对苯二甲酸；
[0008]所述有机二元酸酐可为丁二酸酐、顺丁烯二酸酐或邻苯二甲酸酐；
[0009]所述有机胺可为乙二胺、羟乙基乙二胺、三乙烯二胺、己二胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺；所述多乙烯多胺的分子量为 60 -240g.mol 1 ；
[0010]所述长碳链的一元羧酸可为苯甲酸、正辛酸、正癸酸、月桂酸、软脂酸、硬脂酸、油酸、松香酸、十九烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸、二十六烷酸或三十烷酸。
[0011]上述的制备方法中，所述反应的具体步骤如下:
[0012](I)在惰性气氛下，所述有机二元酸或所述有机二元酸酐与所述有机胺进行反应；
[0013](2)在惰性气氛下，向步骤(I)中所述反应结束后的反应体系中加入所述长碳链的一元羧酸，经反应即得所述复合型天然气减阻剂。
[0014]上述的制备方法中，步骤(I)中，所述有机二元酸或所述有机二元酸酐与所述有机胺的摩尔比可为1:1.5-2.5，如1:2 ；
[0015]步骤(I)中所述反应的温度可为150-230°C，时间可为2-12h，如在190°C的条件下反应4小时。
[0016]上述的制备方法中，步骤(2)中，所述长碳链的一元羧酸的添加量与所述有机二元酸或所述有机二元酸酐的摩尔比可为I-2.0:1，如2.0:1 ;
[0017]步骤(I)中所述反应的温度可为130-210°C，时间可为2-12h，如在190°C的条件下反应4小时。
[0018]本发明还进一步提供了由上述方法制备得到的复合型天然气减阻剂。
[0019]本发明依据的原理: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者低聚物，其极性端牢固的吸附在金属管道内表面，非极性端伸向流体主体，从而形成一层具有适当厚度的致密液膜，起到“填坑”作用。降低内壁粗糙程度。由于液膜所具有的特殊结构，能够部分地吸收猝发过程中喷出、扫掠这样的准周期的运动能量，降低湍流强度?’另一方面由于液膜的柔性可以降低壁面湍流发生的几率，达到减阻目的。同时改变了金属的界面性质，阻止了腐蚀介质与管道接触的机会，达到防腐目的。
[0020]本发明复合型天然气减阻剂对管输天然气减阻、节能效果明显，原料廉价易得、操作简单、反应条件温和、过程简单、对设备要求低，易于实现工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1制备的复合型天然气减阻剂在10%的盐酸溶液中的缓蚀率效果图。
[0022]图2为添加不同浓度实施例1制备的减阻剂Q235碳钢片在10%的盐酸溶液中的缓蚀率效果图片。
[0023]图3为电镜扫描照片，其中，左图为空白Q235碳钢片表面的电镜扫描照片，右图为Q235碳钢片在该减阻剂的乙醇溶液(10wt%)中浸泡后的电镜扫描照片。
[0024]图4为本发明实施例1制备的减阻剂的静态加注评价实验的减阻率变化图。
[0025]图5为本发明实施例1制备的减阻剂的室内环道实验的减阻率变化图。
【具体实施方式】
[0026]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0027]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。[0028]实施例1、制备复合型天然气减阻剂
[0029]将16.6g (0.1mol)的邻苯二甲酸和20.6g (0.2mol)的二乙烯三胺加入到250ml的三口烧瓶中，在惰性气体的保护下，搅拌控制反应温度为190°C，反应4h，待基本没有水产生时(此时出水约3.6g)，停止反应，冷却待温度降到100°C以下时，将已称好的58.4g(0.2mol)的油酸加入到250ml反应器中。在惰性气体的保护下，搅拌升温控制在温度为190°C，继续反应4h。待基本没有水产生时(此时出水约3.6g)，停止反应，冷却温度低于100°C以下时，倒出的粗产品。将粗产品溶解于酒精当中，即可用作复合型天然气管道减阻剂。
[0030]将本实施例得到的复合型天然气管道减阻剂，取少量溶解于酒精当中。然后用静态挂片法测其对Q235碳钢的缓蚀率。实验条件为:15°C，盐酸浓度为10%，挂片时间为72h，测得不同浓度减阻剂在盐酸中的缓蚀率变化曲线，如图1所示，由图1可得知，其缓蚀率在50mg/L时即达到99%。
[0031]图2所示为添加不同浓度减阻剂Q235碳钢片在10%的盐酸溶液中的缓蚀率效果图片，其中，左图中， 从左至右减阻剂的浓度依次为O (作为空白)、0.5X10_5mg/L、
1.0 X 10 5mg/L、1.5 X 10 5mg/L、2.0 X 10 5mg/L 和 2.5 X 10 5mg/L 的腐蚀样本，右图中，从左至右减阻剂的浓度依次为O (作为空白)、0.5X 10_4mg/L>1.0X10_4mg/L>1.5X10_4mg/L、
2.0X 10_4mg/L、2.5X 10_4mg/L和3.0X 10_4mg/L的腐蚀样本，由该图可以看出，随着该减阻剂浓度的增大，钢片表面的粗糙程度明显减少，即盐酸对其的腐蚀程度明显降低，说明此减阻剂在钢片表面形成良好的吸附膜，可以有效地阻止了盐酸对钢片的腐蚀。
[0032]图3中，左图为空白Q235碳钢片表面的电镜扫描照片，右图为Q235碳钢片在该减阻剂的乙醇溶液(10wt%)中浸泡后的电镜扫描照片，对比同倍率下空白钢片和减阻剂的成膜效果可以发现，该减阻剂在碳钢片表面有着较好的吸附成膜性能，非常明显地填充了钢片表面的粗糙度，进而可以起到减小流体流动阻力的作用，显示出了作为天然气管道减阻剂的潜在应用价值。
[0033]将本实施例制备的减阻剂应用于室内环道评价:
[0034]1、静态预膜2h，流量为124Nm3.IT1时，稳定后平均减阻率可达11%，最大减阻率12%,减阻率变化如4所示。
[0035]由图4可以看出，随着加注量的增大，减阻效果先显著升高，后慢慢趋于稳定，最后稳定在11%。
[0036]2、采用雾化加注的方式进行评价试验，加注速率为4L/h，加注3小时，测试流量125Nm3.r1时，稳定后平均减阻率达到18%，最大减阻率可达19%，减阻率变化如5所示。
[0037]由图5可以看出，随着加注量的增大，减阻效果显著升高，最后慢慢趋于稳定，达到一定值18%。对比图4和图5可以发现，采用雾化加注的方式效果明显优于静态预膜，说明雾化加注能够使减阻剂在管道表面形成更加稳定的膜。
【权利要求】
1.一种复合型天然气减阻剂的制备方法，包括如下步骤: 有机二元酸或有机二元酸酐、有机胺与长碳链的一元羧酸进行反应即得所述复合型天然气减阻剂； 所述有机二元酸为乙二酸、草酰乙酸、丙二酸、丁二酸、羟基丁二酸、戊二酸、α -酮戊二酸、酒石酸、衣康酸、亚氨基二乙酸、己二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸或对苯二甲酸； 所述有机二元酸酐为丁二酸酐、顺丁烯二酸酐或邻苯二甲酸酐； 所述有机胺为乙二胺、羟乙基乙二胺、三乙烯二胺、己二胺、邻苯二胺、间苯二胺、对苯二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺；所述多乙烯多胺的分子量为60 -240g.mol 1 ； 所述长碳链的一元羧酸为苯甲酸、正辛酸、正癸酸、月桂酸、软脂酸、硬脂酸、油酸、松香酸、十九烷酸、二十二烷酸、二十四烷酸、二十六烷酸或三十烷酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述反应的具体步骤如下: (1)在惰性气氛下，所述有机二元酸或所述有机二元酸酐与所述有机胺进行反应； (2)在惰性气氛下，向步骤(I)中所述反应结束后的反应体系中加入所述长碳链的一元羧酸，经反应即得所述复合型天然气减阻剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述有机二元酸或所述有机二元酸酐与所述有机胺的摩尔比为1:1.5-2.5 ; 步骤(I)中所述反应的温度为150-230°C，时间为2-12h。
4.根据权利要求3所述的制`备方法，其特征在于:步骤(2)中，所述长碳链的一元羧酸的添加量与所述有机二元酸或所述有机二元酸酐的摩尔比为I-2.0:1 ; 步骤(I)中所述反应的温度为130-210°C，时间为2-12h。
5.权利要求1-4中任一项所述方法制备的复合型天然气减阻剂。
【文档编号】C08G69/28GK103450471SQ201310397752
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】李清平, 叶天旭, 徐吉展, 姚海元, 罗小明, 吕宇玲, 何利民, 牛凤科, 朱海山, 庞维新, 程兵 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油研究总院, 中国石油大学(华东)