一種磷氮型天然氣減阻劑及其合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種含磷、氮天然氣減阻劑及其合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種高效清潔的能源，天然氣已成為世界各國(guó)改善環(huán)境和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā) 展的最佳選擇，其需求量與日俱增。
[0003]目前，天然氣的主要運(yùn)輸方式為管道輸送。但管輸天然氣過(guò)程中，管內(nèi)壁粗糙度會(huì) 產(chǎn)生摩擦阻力，進(jìn)而產(chǎn)生氣體渦流，造成沿程壓降和能量損失。因此，要增加輸氣量，需要減 小天然氣輸送過(guò)程中的阻力，降低能量損失。目前，減阻增輸?shù)闹饕椒ㄓ袃?nèi)涂層減阻技術(shù) 和減阻劑減阻技術(shù)。應(yīng)用天然氣減阻劑可顯著增加輸量，節(jié)能降耗，滿足在役管道季節(jié)性調(diào) 峰，提高滿負(fù)荷運(yùn)行管道和腐蝕老化管道的運(yùn)行安全系數(shù)等。天然氣減阻劑已顯示出巨大 的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用潛力，有著較好的實(shí)際生產(chǎn)需求和市場(chǎng)前景。
[0004]天然氣減阻劑是類似于表面活性劑結(jié)構(gòu)的化合物，具有極性端與非極性端，加注 到管道之后，其極性端通過(guò)配位鍵吸附在管道內(nèi)壁上，非極性端存在于流體與管道內(nèi)表面 之間，在剪切應(yīng)力作用下順流向懸浮于氣流中形成一層薄膜。這種薄膜可以部分填充管壁 表面的凹陷，起到降低粗糙度的作用。同時(shí)，在分子恢復(fù)伸展的過(guò)程中將部分撞擊內(nèi)壁流體 分子的能量吸收并返回到流體中，降低氣體的徑向脈動(dòng)和粗糙凸起產(chǎn)生的脈動(dòng)，減小渦流 能量，從而降低流動(dòng)阻力達(dá)到減阻的目的。因此，研發(fā)極性端吸附性強(qiáng)，柔性端適中的天然 氣減阻劑成為近年來(lái)最為活躍的添加劑領(lǐng)域之一。
[0005] 美國(guó)專利US5902784A和中國(guó)專利CN101575495A中分別公開(kāi)了一種含氮類天然 氣減阻劑的合成方法，并用于氣體管道的減阻增輸。CN102040908A公開(kāi)了采用三甲氧基 硅烷和a-十二烯為原料，在鉬催化劑存在條件下，合成十二烷基三甲氧基硅烷減阻劑。專 利CN101328442A通過(guò)兩步法合成的Mannich堿類減阻劑，可應(yīng)用于天然氣集輸管道的減 阻增輸。
[0006]此外，還有一些關(guān)于含氮減阻劑合成的報(bào)道，如專利CN102838606A也公開(kāi)了一 種卟啉類天然氣減阻劑的制備，還有專利CN101575497A;US5549848A;CN101328441A; CN101329011A;W.G.Xing等（Polym.Degrad.Stab. 2011，92:74-78);葉天旭等（天 然氣工業(yè)? 2010，30:92-96)。專利CN102443022A和CN102863473A分別報(bào)道了含磷 減阻劑十八醇磷酸酯銨鹽類和六元環(huán)烷基硅氧烷-磷酸酯類。但這些專利和文獻(xiàn)所報(bào)道的 天然氣減阻劑都存在一些不足，主要是產(chǎn)品極性端單一，吸附性弱，非極性端少（如十八醇 磷酸酯銨鹽類)，減阻效果不明顯，溶解性差(如六元環(huán)烷基硅氧烷-磷酸酯類)，無(wú)法大規(guī)模 應(yīng)用于天然氣管道減阻，因而應(yīng)用范圍受到了很大的限制，對(duì)減阻效果還需進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有的天然氣減阻劑吸附性差，柔性鏈端少，減阻效果差的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出 了一種含磷氮天然氣減阻劑及其合成方法。本發(fā)明的磷氮減阻劑具有多極性端吸附性強(qiáng)， 多柔性鏈端減阻效果好的優(yōu)點(diǎn)。而且本發(fā)明合成方法簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)溶劑可回收利 用污染小。
[0008] 本發(fā)明提供了一種磷氮型減阻劑，其分子結(jié)構(gòu)式如式（I)所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磷氮型天然氣減阻劑，其分子結(jié)構(gòu)式如式（I)所示：
式（I)中，札為C2-C16 的月旨肪鏈；r3 為ch3-、ch3ch2-、ch3ch2ch2-、ch3(ch3)ch-、CH3CH2CH2CH2-、和CH3(CH3)CHCH2-中的任意一種；R4為C5-C17的脂肪鏈中的任意一種。
2. 按照權(quán)利要求1所述的磷氮型天然氣減阻劑，其特征在于，所述的R2SC2-C5的脂 肪鏈中的任意一種。
3. 權(quán)利要求1所述的磷氮型天然氣減阻劑的合成方法，包括以下內(nèi)容： (1) 將脂肪醛、二胺、亞磷酸酯溶解于溶劑中，并加入催化劑，逐漸升溫至25?KKTC， 并在此溫度下反應(yīng)4?14h，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)減壓蒸餾除去溶劑和雜質(zhì)，得到Mannich堿； (2) 將步驟（1)所得Mannich堿和縛酸劑溶解于溶劑中，在10?50°C攪拌條件下向反 應(yīng)液中加入酰氯，滴加后在20?80°C攪拌條件下繼續(xù)反應(yīng)0. 5?6h，反應(yīng)結(jié)束后通過(guò)蒸餾 回收溶劑，殘余物經(jīng)水洗干燥后得到磷氮型減阻劑。
4.按照權(quán)利要其求3所述的方法，其特征在于，所述的脂肪醛為R2CHO,其中R2為H或 C1-C17的脂肪鏈中的任意一種；所述的二胺為NH2RiNH2，其中&為C2-C16的脂肪鏈中的任 意一種；所述的亞磷酸酯為亞磷酸二甲酯、亞磷酸二乙酯、亞磷酸二丙酯、亞磷酸二異丙酯、 亞磷酸二丁酯和亞磷酸二異丁酯中的任意一種。
5. 按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（1)中所述溶劑為C1-C10的脂肪醇 的一種或多種，優(yōu)選為乙醇。
6. 按照權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，步驟（1)中脂肪醛與溶劑的質(zhì)量比為 1 :2 ?1 :15,優(yōu)選 1 :2 ?1 :10。
7. 按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（1)中所用催化劑為三乙胺、吡啶、 哌啶、N，N-二異丙基乙基胺、無(wú)水氯化鋁、無(wú)水氯化鎂、甲醇鈉和乙醇鈉中的一種或幾種，優(yōu) 選為無(wú)水氯化鋁和/或無(wú)水氯化鎂；所述的催化劑用量為亞磷酸酯重量的2%?20%，優(yōu)選 3% ?10%。
8. 按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的二胺與脂肪醛的摩爾比為1 :2? 1 :6,優(yōu)選 1 :2 ?1 :3. 5。
9. 按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的二胺與亞磷酸酯的摩爾比為1 : 2?1 :4,優(yōu)選1 :2?1 :3。
10. 按照權(quán)利要其求3所述的方法，其特征在于，步驟（2)中所述的溶劑為氯仿、四氯化 碳、乙腈、四氫呋喃、甲苯和二甲苯中的一種或多種，優(yōu)選為甲苯。
11. 按照權(quán)利要其求3所述的方法，其特征在于，步驟（2)中所述的酰氯類化合物為 R4C0C1，其中R4SC5-C17的脂肪鏈中的任意一種；所述的縛酸劑為三乙胺、乙二胺、卩比陡、哌 啶、N，N-二異丙基乙基胺、無(wú)水氯化鋁、無(wú)水氯化鎂、堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽和堿金 屬碳酸氫鹽中的一種或多種，優(yōu)選無(wú)水氯化鋁或無(wú)水氯化鎂。
12. 按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的堿金屬氫氧化物為NaOH和/或 K0H，堿金屬碳酸鹽為Na2C03和/或K2C03，堿金屬碳酸氫鹽為NaHC03和/或KHC03。
13. 按照權(quán)利要求3或10所述的方法，其特征在于，步驟（2)中所述的Mannich堿與溶 劑的質(zhì)量比為1 :2?1 :10,優(yōu)選1 :2?1 :6。
14. 按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的Mannich堿與酰氯的摩爾比為1 : 2?1 :5,優(yōu)選1 :2?1 :3。
15. 按照權(quán)利要其求3或11所述的方法，其特征在于，所述縛酸劑用量為酰氯重量的 1%?20%，優(yōu)選3%?15%。
16. 按照權(quán)利要其求3所述的方法，其特征在于，所述溶解殘余物的溶劑為乙醚或正丁 醚。
17. 按照權(quán)利要其求3所述的方法，其特征在于，步驟（2)中所述的洗滌為用去離子水 洗滌1?5次；步驟（2)中所述的干燥為在40?60°C下真空干燥6?12小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磷氮型天然氣減阻劑及其合成方法。其分子結(jié)構(gòu)式為：。該減阻劑通過(guò)以下方法合成：將脂肪醛、二胺、亞磷酸酯溶解于溶劑中，并加入催化劑，在25～100℃下反應(yīng)4～14h，反應(yīng)結(jié)束后除去溶劑和雜質(zhì)，得到Mannich堿；將Mannich堿和縛酸劑溶于溶劑中，在10～50℃攪拌條件下向反應(yīng)液中加入酰氯，滴加后在20～80℃攪拌條件下繼續(xù)反應(yīng)0.5～6h，反應(yīng)結(jié)束后回收溶劑，殘余物經(jīng)水洗干燥后得到產(chǎn)品。本發(fā)明的減阻劑具有多極性端和多非極性端，具有良好的吸附性能和優(yōu)良的減阻增輸效果。本發(fā)明合成工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，時(shí)間短，對(duì)設(shè)備要求低，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C07F9-40, F17D1-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104610350
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310540762
【發(fā)明人】趙巍, 王曉霖, 李明, 劉名瑞, 薛倩
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2013年11月5日