α-烯烃合成减阻剂的研究

河南石油2005年5月H enan I Petroleum第19卷第3期文章编号:1006 - 4095(2005)03- 0081- 03a-烯烃合成减阻剂的研究裴旭东,陈卫红,张凡(洛阳石化工程公司工程研究院,洛阳471003)摘要:在管输流体中加入减阻剂是提高输送能力的有效方法。以a-烯烃为原料,利用正交试验法确定减阻高聚物a-烯烃的最优配方和合成条件,分析了主催化剂、助催化剂用量、反应温度和反应时间等因素对聚合产物的影响程度,制定出可行的试验方案。在优化条件下合成的减阻剂,对于对0号柴油,流体雷诺数6000,添加量10 ug/g时，减阻效果优于同类产品。关键词:a-烯烃;聚合物;减阻剂中图分类号:TE624.41文献标识码:A随着石油工业的发展，原油及各种燃料油的尔进人缓冲区,形成涡流漩涡,运动加速,逐渐靠管输量日益增加,利用化学添加剂降低管路系统CH2的摩擦阻力,提高输送量,节约能源和投资口。减阻剂是化学添加剂中的一种,它能迅速而有效地CHCH一提高管道输送能力,且具有操作简单、投入少、见[CH].[CH2]nsCH]hs效快、减阻效率高等特点。自1979年美国CONOCO公司生产的减阻:H)CHs剂成功应用于阿拉斯加原油管道以来,减阻剂被图1聚a-烯烃的分子结构广泛用于海上和陆上输油管道，用量约为10x10 t/a.美国的CONOCO公司和Baker Hughes近并进人紊流核心。薄间层的液体分子从缓冲区公司2]几乎垄断了该行业。进人紊流核心区时损耗大量的能量,减阻剂在缓洛阳石化工程公司工程研究院以a-烯烃为冲区流体中充分伸展,扰薄间层的液体分子从缓原料,采用正交试验法设计实验方案,对减助剂的冲区进入紊流核心，抑制其形成紊流或臧弱紊流合成条件进行了优化,并对在优化条件下合成的的程度[2 ,减阻机理见图2。减阻剂进行了初步评价,取得了良好减阻效果。1减阻剂作用机理石油在管道中的流动多为紊流状态,流体分子因涡流及其它杂乱运动损耗大量能量,在管道图2减阻剂机理示意图流体中添加减阻剂，是利用减阻剂中的聚合物分子与流体发生作用,减少流体的紊流程度,减少流2减阻剂的研制动阻力。目前最有效的减阻剂聚合物是聚a-烯烃[3] ,其基本结构如图1。2.1聚合单体和引发体系流体在管道中流动沿径向分为:管道的中心实验所用的聚合单体为Ca~C2o的a-烯烃。为紊流核心,紧贴管壁的是层流区,层流区与紊流引发体系是用于阴离子配位聚合的Ziegler核心之间的缓冲区三部分。缓冲区是最先形成紊流的区域,层流区靠近收稿日期:2005- 02-16缓冲区的部分为“薄间层”,此处的液体分子会偶作者简介:裴旭东,工程师, 1975年生,1996毕业于华东理工大学化学工程系,现在工程研究院炼油助剂室工作., 82●河南石油2005年第3期-Natta催化剂，其主要成分为TiCl,助催化剂降,kPa;OP,-添加减阻剂后 管输流体的压力选用烷基铝(AIR3)。降,kPa。催化剂的制备:取一定量的TiCl- AA溶于3试验设计及结果讨论溶剂中,然后加入适量的烷基铝和醚类,常温下，连续搅拌得催化剂。3.1试验设计2.2聚a- 烯烃的合成在阴离子配位聚合过程中,主催化剂、助催化在隔绝氧气的密封箱中,采用本体聚合的方剂、反应温度、反应时间等因素均影响聚合产物减法合成聚a-烯烃,方法如下:阻效果,以辛烯- 1作为聚合单体,采用正交试验(1)单体预处理:对单体进行脱氧、脱杂质处方法考察各因素对聚a-烯烃减阻剂合成过程的理，使其纯度符合要求;影响，试验采用I, (3* )正交设计,g(34 )正交因(2).助催化剂溶解在有机溶剂中,质量分数为素水平见表1。表1 L(3* )正交试验因素与水平设计15%;(3)称取一定量的a-烯烃,将其控制在一定水平数A主催化B助催化C反应D反应.剂量/mL温度/C时间/d .温度下,将溶于溶剂中助催化剂和主催化剂加人，一122(5混合均匀,当体系粘度增加，主催化剂不再下沉,0104-1515_时,将其放人低温环境内反应5~15天得聚合产物,反应温度控制在- 20~30 C。3.2结果与讨论2.3聚合产物的性能测试以烯烃单体的转化率和聚合物的特性粘度作2.3.1聚a- 烯烃的单体转化率取a-烯烃聚合物Mo,用甲醇作沉淀剂,采为目标进行考察,结果如表2。表2 L,(3* )正交试验结果用沉淀法析出聚合物,在60 C下真空烘干至恒.实验号AD转化.特性粘重,得聚合物质量M,其转化率X为:率,%度/ml.g-192.5395x=M。. x 100%82.955278.410392.3.2聚a-烯烃的特性粘度94.8675高分子溶液,随着分子量增大,溶液粘度增60.91081高。通过测定减阻剂样品的特性粘度来预测减阻94. 238476.6885效果。理论上,特性粘度越大,减阻效果越好。99.9306聚合物的特性粘度采用单点法公式计算:用90. 5587甲苯做溶剂,配制成大约0. 0005 g/mL的聚合物溶液,在20C下测定聚合物溶液的运动粘度,按从表2可以看出,在实验考察的范围内:反应(2)式计算特性粘度:温度为0C时,烯烃的转化率可达到90%,反应.[2(ηp - lnn)]1/2温度在20C时为99.9%,提高反应温度有利于C烯烃转化;反应时间和助催化剂的添加量对烯烃式中:n =γ/Yo;Y、Y一聚 合物溶液和甲苯的运的转化率的影响较小,而主催化剂添加量对烯烃动粘度, mm2/s;η-相对粘度,np- 增 比粘的转化率影响最小。度,n=η-1;C--聚 合物溶液浓度,g/mL表3利用极差分析考察各因素对烃烯转化率2.3.3减阻剂的减阻率的影响,表4为各因素对聚合物特性粘度的影响。利用室内模拟管道测试并计算减阻剂的减阻由表3、4可看出:反应温度对聚合物的特性率,减阻率可定义为:粘度影响较大,温度越高,聚a-烯烃的特性粘度DR= AP= AP.OP-x100%(3)越低。反应温度在-15C时,聚合物的特性粘度1081mL/g,反应温度为20C时,使聚合物的特式中:OP-m未添加减阻剂时管输流体的压力性粘度下降到300~400 mL/ g,而主催化剂的量、裴旭东等. a-烯烃合成减阻剂的研究表3正交试验结果极差分析表(烯烃转化率)剂样品10 ug/g,测试样品(LDR)和LP的抗剪切因素不同水平下烯烃的转化率之和极差,R性能,结果见图3。由图3可见，样品具有优越的K1K3减阻性能和抗剪切性能。A253.8249.9267.0B263. 9243.7263.120.2C286. 6268.2215.970.70D243. 9253. 7273. 129,2.一LR体3020助催化剂的量和反应时间对聚合物的特性粘度影响较小。主催化剂加入量存在-一个最优值,催化o叶剂加入量太少,不能充分发挥催化剂活性,加入量2345太多,由于催化活性中心数量增加,导致聚合物的剪切次数特性粘度降低。图3 LDR 与LP减阻剂抗剪切性能曲线表4正交试验结果 极差分析表(聚合物的特性粘度)4结论K219. 8621. 4017.783.62(1)反应温度对a-烯烃的聚合影响最大,主19. 5519. 3920. 100.71c10. 8518.1430. 0519. 20催化剂和助催化剂的用量以及反应时间影响较20. 6318.2120. 202.42小;(2)以辛烯- 1为单体合成a-烯烃聚合物的综_上所述，聚a-烯烃减阻剂合成的优化条适宜添加量为:主催化剂2 mL,助催化剂3 mL,件为:主催化剂2mL,助催化剂3mL,反应温度反应温度0~15 C,反应时间为10天,单体转化0~15 C ,反应时间为10天。率可达90%;在优化的合成条件下进行合成试验,得到a(3)优化条件下合成的减阻剂聚合物,对0号-烯烃聚合物,其单体转化率大于90%,特性粘柴油，流体雷诺数6000,添加10 ug/g,聚合物的度大于1 000 mL/g.减阻率不低于40%。对合成的减阻剂样品与CONOCO公司的参考文献LP减阻剂的减阻效果进行对比,结果见表5。表5减阻剂的减阻效果1 Motier,J. F. and Prilutski. D. J. Case Histories of Pol-减阻率，%ymer Drag Reduction in Crude Oil Line[J]. Pipe Line雷诺数(Re)样品LPIndustry, 1985, (6) :33~37400036. 8337.212关中原,李春漫,尹国栋，等. EP系列减阻剂的研制与600040. 5540.37应用[J].油气储运,2001 ,20(8) :32~3434. 6233. 103罗塘湖.含蜡原油流变特性及其管道输送[M].北京:实验选用0号柴油,减阻剂添加量为10 ug/4胡通年.减阻剂在我国输油管道上的应用试验[J].油石油工业出版社,1991g。表5样品的减阻效果在流速较低时,减阻率与气储运,1997 ,16(6):11~14LP相当,当流速达到6m/s时,样品的减阻率大于LP,减阻效果优于LP.编辑:王月霞选用0号柴油,流体雷诺数6000,添加减阻