一种高级α-烯烃减阻聚合物粉体的制备方法及装置 【技术领域】
本发明是管输油品减阻的一种高级α-烯烃减阻聚合物粉体的制备方法和装置。涉及一般的化学方法、装置及管道系统领域。
背景技术
减阻剂(Drag reducing-agent)，是一种20世纪70年代末期发展起来的广泛应用于输油管道的化学添加剂。在紊流条件下，管输流体中注入ppm级的减阻剂，就可以大大降低流体流动阻力，从而达到提高管线输量或降低管线运行压力的目的。其中，起减阻作用的通常为一种梳状超高分子量高级α-烯烃的聚合物。一般通过溶液聚合或本体聚合来获得减阻聚合物。减阻剂产品必须要具有可流动性、可泵性和易油溶性的特点，才能满足应用的要求。目前已经有两种形态的减阻剂产品，即溶液形态和浆体形态。前者通过溶液聚合工艺，或将本体聚合物溶解到特定溶剂中而获得；后者是将本体聚合物通过超低温粉碎工艺将减阻聚合物粉碎成粉末，然后混合到一种含多种化学助剂地液体体系中制成一种浆体产品。这两种产品各有其优缺点。溶液型减阻剂有效浓度低(最高只能达到10％左右)，粘度高(可高达100,000厘泊)，但储存稳定性好，现场应用时操作和维护简单；浆体减阻剂有效浓度较高(可达30～40％)，粘度低(通常在2,000厘泊左右)，但储存稳定性差，现场应用时操作和维护繁琐。
本体聚合所获得的减阻聚合物是一种强粘弹性固体，其粉碎通常在液氮冷却的超低温条件下进行。经粉碎以后的减阻聚合物微粒必须很快与多种化学助剂混合经搅拌制浆成流体产品，否则聚合物微粒将很快重新粘接成块。即便如此，浆体中的聚合物微粒在静置条件下或在运输过程中也很容易聚集，导致浆体出现分层，从而在现场应用时必须要进行倒罐操作，而且注入过程中也容易出现注入泵的堵塞问题。因此，给减阻剂在现场的应用带来很大麻烦。
【发明内容】
本发明的目的是发明一种本体聚合减阻聚合物的有效含量高、储运方便、安全、现场应用简便的稳定粉体的制备方法及装置。
本发明针对高级α-烯烃减阻聚合物本体聚合的产物为高粘弹体存在的诸多不足，放弃既不安全也不经济的超低温粉碎方法，而采取常温下继续加工的方法，使本体聚合的聚合物以粉体形态稳定存在。其实现的方法是在常温下将用机械方法切割成小块的一定量的高级α-烯烃减阻聚合物与其不溶的液体混合送入胶体磨进行研磨，在减阻聚合物细度达到要求后过滤，去除液体，与已按重量配比好的固体粉末分散剂一同送入气流干燥机进行混合，并送入热空气进行破碎、干燥，气流干燥机输出粉体减阻聚合物产品。具体就是在常温下将一定量的机械切割成块径小于2cm的高级α-烯烃减阻聚合物与其不溶于其中的水或醇类液体混合送入胶体磨进行研磨，在减阻聚合物的细度达到60目以上时过滤，去除液体，与已按重量配比好的有机或无机固体粉末分散剂一同送入强化型气流干燥机进行搅拌混合，并送入热空气进行破碎、干燥，干燥机输出即为粉体减阻聚合物产品。切成小块的减阻聚合物与水或醇类液体混合只是为使减阻聚合物能顺利地进入胶体磨，所以只要使该混合物能流动即可。减阻聚合物与水或醇类液体的重量比为1∶2～1∶5即可。为了降低界面张力，还可在此混合物中加入少量的表面活性剂，如吐温(TWEEN)系列或司班(SPAN)系列或壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯等，在混合物中占的重量比为2～6％。此混合物经胶体磨研磨后，由于其细度不可能一样，颗粒会有大有小，故在此后的固液分离即过滤时就需采用2～3级过滤，过滤网的目数应在80～200目之间选择搭配，先由目数小的过滤，而后再由目数大的过滤。如果是两级过滤，第一级的目数为80目，第二级的目数为200目；如果是三级过滤，可在80与200目之间再加一级140目左右的过滤网。这样既可使液体去除，又可使减阻聚合物分离出来，不致造成减阻聚合物随液体而去，浪费材料。固液混合物料经过滤实现固液分离，一定量含少量液体的湿润物料与已按重量配比好的有机或无机固体粉末分散剂全部进入强化型气流干燥机进行搅拌混合，并吹入热空气进行干燥，以去除残留液体成分，并使固体粉末分散剂均匀地涂敷在减阻聚合物微粒上，同时对物料进行破碎以消除结块。这里采用的有机或无机固体粉末分散剂为有机类的聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯粉末、硬脂酸甘油酯、甲氧基肉桂酸辛酯、二苯酮、樟脑或粉末油脂等，无机类的硬脂酸钙、碳酸钙、三氧化二铝、二氧化硅、硅微粉、滑石粉、云母粉等。分散剂的细度在200目以上，其在物料总量中占重量比15～50％。按重量已配比好的一批湿润的物料与分散剂进入强化型气流干燥机搅拌混合的同时与热气流充分混合，在飞速旋转的击刀撞击和推进下，物料被均匀破碎成细颗粒，在干燥的同时向出口移动，在风力吸引下进入干燥管，进一步均匀干燥。风力无法吸引的湿重颗粒继续被击碎、干燥，直至被风吸进干燥管。最后从干燥管出来的物料即为均匀干燥的粉体减阻聚合物产品。该产品在现场使用时，只需将一定量的减阻聚合物粉体与一定比例的悬浮基液放入搅拌罐中混合搅拌均匀即可。减阻聚合物粉体所占比例可达10～60％。通常浆体减阻剂注入现场均有带搅拌装置的减阻剂储罐与注入装置相连。因此，使用本减阻聚合物粉体现场无需增加任何设备，极为方便。至于悬浮基液已在2003年4月10日申请的“一种α-烯烃聚合物减阻悬浮液及其制备方法”(申请号03109629.8)予以公开，在此就不再叙述。
根据上述高级α-烯烃减阻聚合物粉体的制备方法，其制备装置是由加料器1、液体储罐2、一、二级胶体磨4、7、过滤器9、分散剂粉末储罐16以及强化型气流干燥机中的空气加热器14、强化气流干燥机17、干燥管18、风机19、旋风分离器20组成。该系统的具体构成如图1所示。它是加料器1和液体储罐2经管路、液体储罐出口阀门3与一级胶体磨4入口连接，该一级胶体磨4出口端经管路、一级胶体磨出口阀门5、二级胶体磨入口阀门6与二级胶体磨7入口连接，二级胶体磨7出口经二级胶体磨出口阀门8、管路与过滤器9入口连接，过滤器9下部连有放液口阀门11及湿润固体微粒出料口阀门10，该出料口阀门10经管路接向强化气流干燥机17的入口，同时有固体分散剂粉末储罐16经出口阀门15和有空气过滤网13的空气加热器14由管路也接强化气流干燥机17的另二入口，而强化气流干燥机17的出口由干燥管18接向有风机19和料斗21的旋风分离器20。本系统中的胶体磨4、7、空气加热器14、强化气流干燥机17、干燥管18、风机19、旋风分离器20均为通常用的市销产品，加料器1也为市销产品，只是选用螺旋式固体加料器。这里的胶体磨一般有两级，即胶体磨串接。而过滤器9则因有特殊要求需特制。按照上述制备方法要求，须在固体颗粒的细度范围内分级过滤，一般在80～200目之间分2～3级过滤，即设置2～3层过滤网。其两层过滤网的结构如图2、3所示。它是在下部连有储液槽27的过滤器箱33内从上到下安装一个半圆形长条80目过滤网24和一个半圆形长条200目过滤网26，在该二过滤网24、26之上顺着网的长条方向各配合安装一个上螺旋进料器23和一个下螺旋进料器25，过滤网24、26的右端比螺旋进料器23、25短一段，以作出料口，两个螺旋进料器23、25的轴34分别定位在过滤器箱33体上并外接驱动源，螺旋的外沿与过滤器箱33内壁接触，与过滤网24、26吻合、接触，在过滤器箱33左端上方有物料进口22，右端上方有观察孔31，对应观察孔31的过滤器下方有物料出口32，在长方体的储液槽27下部有放液口28。过滤网24、26在半圆的两端有向外弯曲90度的卡条与过滤网箱33相位位置的上沟槽29、下沟槽30配合定位过滤网24、26。此种结构的过滤网24、26可以方便地从过滤器箱33抽出对网进行清理。当然过滤器箱33上相应位置要留有开口。至于过滤网24、26则采用板式过滤网围折成形，因它有一定厚度和强度，就不必再加过滤网架。
【具体实施方式】
实施例：本例的制备装置如图1所示。其中的进料器1选用WLL-120；胶体磨4、7选用JMS-120(齿轮有特殊设计)；液体储罐2为Φ800×1500mm，壁厚3mm；过滤器9中的上下螺旋进料器23、25均选用WLL-100去除壳体，过滤网24、26厚1.5mm，半圆直径100mm，半圆的卡条长5mm，过滤网24为80目，过滤网26为200目，过滤器箱33尺寸为1600×150×400mm，槽27为1400×500×500mm；固体分散剂粉末储罐16尺寸为Φ500×1000mm，罐壁厚2mm，强化气流粉碎机17选用JG-100；阀门3、5、6、8、11选用ZS-001，10、15选用Q41F-16T，12选用ZS-002。用上述装置，在常温下将100kg机械切割成块径小于2cm的减阻聚合物加入加料器1，将200kg水及占水6％的吐温系列表面活性剂灌入液体储罐2，取25kg滑石粉分散剂加入分散剂粉末储罐16，打开阀门3、5、6、8、10，启动加料器1、一级胶体磨4、二级胶体磨7、过滤器9。调节阀门3的开度使减阻聚合物与水按1∶2混合在两级胶体磨4、7中进行研磨。从二级胶体磨7中研磨出来的物料进入过滤器9，经80目过滤网24和200目的过滤网26过滤，水漏入储液槽27，湿润物料经阀门10送入强化气流干燥机17。启动强化气流干燥机17，同时打开阀门15并调节其开度使25kg滑石粉也送入强化气流干燥机17的另一入口。启动空气加热器14，经阀门12来的由空气加热器14加热的干净空气吹入强化气流干燥机17。物料经强化气流干燥机17进一步混合、破碎后，启动风机19和旋风分离器20。物料在干燥管18中干燥及旋风分离器20中分离后成品落入料斗21。经测试该产品有效成分含量大于70％，在密封条件下可稳定储存不重新粘接。
由上可见，本发明方法简便，工艺简单，易于控制，装置虽多但并不复杂且多为市销产品，极易组建。而产品有效成分含量大于70％以上，在密封条件下可稳定储存不重新粘接，储存和运输方便，安全可靠。现场使用时只需简单配制即可，使用灵活、方便，可方便地应用于原油管道。而且选用适当的固体分散剂粉末和悬浮基液，还可应用于各种成品油管道。
【附图说明】
图1一种高级α-烯烃减阻聚合物粉体的制备装置总体示意图
图2过滤器正剖视图
图3过滤器侧剖视图
其中1-加料器 2-液体储罐
3-液体储罐出口阀门 4-一级胶体磨
5-一级胶体磨出口阀门 6-二级胶体磨入口阀门
7-二级胶体磨 8-二级胶体磨出口阀门
9-过滤器 10-出料口阀门
11-放液口阀门 12-出气口阀门
13-空气过滤网 14-空气加热器
15-分散剂储罐出口阀门 16-分散剂粉末储罐
17-强化气流干燥机 18-干燥管
19-风机 20-旋风分离器
21-料斗 22-物料进口
23-上螺旋进料器 24-80目过滤网
25-下螺旋进料器 26-200目过滤网
27-储液槽 28-放液口
29-上沟槽 30-下沟槽
31-观察孔 32-物料出口
33-过滤器箱 34-螺旋进料器轴