硫酸酯类输气管道减阻剂及其制备方法.pdf

本发明是一种气体特别是天然气长输管道减阻的硫酸酯类输气管道减阻剂及其制备方法。它由硫酸酯类、芳香族化合物以及杂环化合物按摩尔比1∶5∶1～1.5∶10∶1组成。制备方法是：1)将按比例的杂环化合物和芳香族化合物加入反应器，加入氮气保护，在低温下搅拌一段定时间，后加入硫酸酯；2)反应一定时间，使所形成的液体由最初的清澈透明变为混浊分层；3)由萃取分层来分离残液和生成的硫酸酯类减阻剂；4)通过减压蒸馏出有机溶剂残液在真空得到产物。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。

1.  一种气体特别是天然气管道减阻的硫酸酯类输气管道减阻剂，其特征是它由硫酸酯类、芳香族化合物以及杂环化合物按摩尔比1∶5∶1～1.5∶10∶1组成。

2.  根据权利要求1所述的硫酸酯类输气管道减阻剂，其特征是所述硫酸酯类选自硫酸甲酯、硫酸乙酯、硫酸丁酯、硫酸异丁酯、硫酸己酯、硫酸异己酯、硫酸辛酯、硫酸异辛酯。

3.  根据权利要求1所述的硫酸酯类输气管道减阻剂，其特征是所述芳香族化合物选自苯胺、甲氧基苯、二甲苯、乙基苯、苯酚、卞基苯、甲苯、溴代苯酚、氯代苯酚。

4.  根据权利要求1所述的硫酸酯类输气管道减阻剂，其特征是所述杂环化合物选自呋喃、呋喃甲醛、噻吩、四氢噻唑、咪唑、甲基咪唑、吡咯、吡啶、烷基吡啶、喹啉、嘧啶、吲哚、嘌呤。

5.  一种权利要求1所述硫酸酯类输气管道减阻剂的硫酸酯类输气管道减阻剂制备方法，其特征是：
1)将按比例的杂环化合物和芳香族化合物加入反应器，加入氮气保护，在低温下搅拌一段定时间，后加入硫酸酯；
2)反应一定时间，使所形成的液体由最初的清澈透明变为混浊分层；
3)由萃取分层来分离残液和生成的硫酸酯类减阻剂；
4)通过减压蒸馏出有机溶剂残液在真空得到产物。

6.  根据权利要求5所述的硫酸酯类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述步骤1)是按比例将杂环化合物和芳香族化合物加入反应器，在0～30℃下再加入硫酸酯。

7.  根据权利要求5或6所述的硫酸酯类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述加入硫酸酯时，硫酸酯要逐滴滴加到杂环化合物和芳香族化合物的反应物中去。

8.  根据权利要求5所述的硫酸酯类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述步骤2)是反应2～4h。

9.  根据权利要求5所述的硫酸酯类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述步骤3)是将反应产物放到分液漏斗中，静止1～2h后，将下层有机相混和物分离出来；取出有机相混和物，用1∶1～1∶2比例的有机溶剂对产物进行洗涤，洗去多余的原料；再重新进行分液操作，获得粗产品。

10.  根据权利要求5或10所述的硫酸酯类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述步骤4)为粗产品先用旋转蒸发仪在50～100℃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，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。

硫酸酯类输气管道减阻剂及其制备方法
技术领域
本发明是一种气体特别是天然气长输管道减阻的硫酸酯类输气管道减阻剂及其制备方法。涉及有机大分子化合物、它们的制备和管道系统技术领域。
背景技术
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。
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。
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-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
本发明的目的是发明一种气体特别是天然气长输管道减阻率高、有效期长、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、易于现场应用的硫酸酯类输气管道减阻剂及其制备方法。
本发明是由硫酸酯类、芳香族化合物以及杂环化合物按摩尔比1∶5∶1～1.5∶10∶1组合而成。
其中：
硫酸酯类选自硫酸甲酯、硫酸乙酯、硫酸丁酯、硫酸异丁酯、硫酸己酯、硫酸异已酯、硫酸辛酯、硫酸异辛酯；
芳香族化合物选自苯胺、甲氧基苯、二甲苯、乙基苯、苯酚、卞基苯、甲苯、溴代苯酚、氯代苯酚；
杂环化合物选自呋喃、呋喃甲醛、噻吩、四氢噻唑、咪唑、甲基咪唑、吡咯、吡啶、烷基吡啶、喹啉、嘧啶、吲哚、嘌呤。
本天然气管道减阻剂的制备方法是：
将按比例的杂环化合物和芳香族化合物加入反应器，加入氮气保护，在低温下搅拌一段定时间，后加入硫酸酯；
所形成的液体由最初的清澈透明变为混浊分层；反应时一定要加入氮气保护，因这个实验是激烈放热的；
由萃取分层来分离残液和生成的硫酸酯类减阻剂；通过减压蒸馏出有机溶剂残液在真空得到产物。
具体是：将按比例的杂环化合物和芳香族化合物加入到反应容器中，将反应容器放入到盛有冰水混合物的水浴中，通入氮气保护，开动磁力搅拌器，放入温度计，进行测量，保证其温度在0～30℃之间；
将比例量的硫酸酯加入到加料漏斗中，硫酸酯逐滴滴加到杂环化合物和芳香族化合物的反应物中去；反应2～4h后，将反应产物放到分液漏斗中，静止1～2h后，将下层有机相混和物分离出来；
取出有机相混和物，用1∶1～1∶2比例的有机溶剂对产物进行洗涤，从而洗去多余的原料；再重新进行分液操作，获得粗产品；
粗产品先用旋转蒸发仪在50～100℃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，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
其中：洗涤用的有机溶剂为芳香类有机溶剂。
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。
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，说明合成的该硫酸酯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。
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
实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是一实验室里的试验方法。具体是在500ml三口瓶中加入50ml咪唑，再加入200ml二甲苯，放入到盛有冰水混合物的水浴锅中，通入氮气保护，放入温度计，进行测量，保证其温度不超过30℃，安装仪器，放入转子，开动磁力搅拌器，用量筒量取100ml硫酸二丁酯加入到加料漏斗中去，硫酸二丁酯逐滴滴加到加入二甲苯的咪唑中去。通过控制加料漏斗，将药品缓慢的加入到三口瓶中去。反应2h后，将反应产物放到分液漏斗中，静止1h后，二甲苯层与有机层分离，取出产物用1∶1比例的丙酮和二甲苯对产物进行洗涤，从而洗去多余的原料。在重新进行分液操作，获得粗产物。粗产物先用旋转蒸发仪在70℃温度条件下将少量丙酮和二甲苯蒸出，然后将其放在真空烘箱里24h，使丙酮和二甲苯蒸发完全。
将合成的硫酸酯类减阻化合物经核磁共振氢谱分析，其化学位移分别发生在δ＝1.279(3H，t，NCH2H3)，δ＝1.566(3H，t，OCH2CH3)，δ＝4.028(3H，s，NCH3)，δ＝4.067(2H，q，OCH3)，δ＝4.333(2H，q，NCH2)，δ＝7.617(2H，s，C(4.5)H)和δ＝9.441(1H，s，C(2)H)。将硫酸酯类减阻化合物放入带夹套的全玻璃电池中，通过塑料盖将直径3.0mm的玻碳电极插入电池中，作为工作电极；插入直径为1.6mm的铂电极作为对电极；以插在摩尔比为1.5/1.0的AlCl₃/BMIC离子液体中的高纯铝丝为参比电极，参比电极和工作电极之间用素烧瓷片分开。电池温度用恒温水浴控制，控温精度为±0.1K。利用IM6电化学工作站，测定减阻化合物在303.15K的循环伏安曲线。每次测量前工作电极依次用4#至6#金相砂纸和0.5μm Al₂O₃打磨，用二次蒸馏水洗净，干燥后使用。硫酸酯类减阻化合物的循环伏安曲线可以看出，在扫描速度为5mV/s时，还原-氧化极限从-1.40V到2.40V，电化学窗口为3.80V。该峰的出现证明了合成产物为目的产物。
用该硫酸酯类减阻化合物经成膜工艺及电镜分析，即将一定量的该产品溶于适量的溶剂中，把处理(除油、除锈、用金相纸打磨)过的钢片浸入其中，一定时间后取出吹干，在JEDL JSM-6700F扫描电子显微镜上进行显微分析，涂有该产品的钢片表面其粗糙度有了明显的改善，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。