CN101575496B - 咪唑盐类输气管道减阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种咪唑盐类输气管道减阻剂及其制备方法。它由咪唑类化合物、氟磷酸盐以及卤代烷烃按摩尔比1∶1∶1～1∶2∶1.5组成。其制备方法：将咪唑类化合物和卤代烷烃加入反应容器，在惰性气氛搅拌下，控制温度回流，反应；反应结束停止加热，冷却，使上层有略带黄色的液体，下层为白色结晶；在惰性气氛下，倒出黄色液体，将白色结晶捣碎抽滤；将白色结晶放入保温提纯器，加入溶剂，在惰性气氛下，重结晶2～3次，得白色晶体；将有机溶剂、白色晶体和氟磷酸盐加入反应容器，在惰性气氛搅拌下，控制温度反应；反应结束速将液体抽滤，得含有溶剂的粗产品；先将粗产品中有机溶剂少量蒸出，后蒸发完全，得产品。
Description
技术领域
本发明是气体特别是天然气管道减阻的咪唑盐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减阻率基本稳定在15％左右、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、易于现场应用的咪唑盐类输气管道减阻剂及其制备方法。
本发明的天然气管道减阻剂是由咪唑类化合物、氟磷酸盐以及卤代烷烃按摩尔比1∶1∶1～1∶2∶1.5组合而成。
其中：
咪唑类化合物选自咪唑、2-巯基苯并咪唑、N-乙基咪唑、2-乙基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基-2-乙基咪唑、N-甲基咪唑、1、3-二乙基咪唑、1、3-二甲基-2-乙基咪唑；
氟磷酸盐选自氟磷酸锂、氟磷酸铵、氟磷酸钾、氟磷酸铁、氟磷酸铝、氟磷酸钠、氟磷酸钙、氟磷酸铜、氟磷酸锌；
卤代烷烃选自溴甲烷、溴乙烷、溴丁烷、溴戊烷、溴己烷、溴庚烷、溴辛烷、溴十二烷、溴十六烷、氯甲烷、氯乙烷、氯丁烷、氯戊烷、氯己烷、氯庚烷、氯辛烷、氯十二烷、氯十六烷；
本天然气管道减阻剂的制备方法是：
1).将按比例的咪唑类化合物和卤代烷烃加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，先控制反应温度回流，进行反应；
2).反应结束后，停止加热，将反应混和物冷却，使上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶；
3).在惰性气氛下，将上层的黄色液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤；
4).将白色结晶放入保温提纯器中，加入溶剂，在惰性气氛下，重结晶2～3次后，得到白色晶体；
5).将一定比例有机溶剂、白色晶体和氟磷酸盐加到反应容器中，在惰性气氛搅拌下，控制温度下反应；
6).反应结束后，迅速将液体进行抽滤，除去不溶物，得到含有溶剂的粗产品；
7).粗产品先用旋转蒸发仪将少量有机溶剂蒸出，然后将其放在真空烘箱里，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
具体是：
1).将按1∶1～1∶1.5比例的咪唑类化合物和卤代烷烃加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，先控制反应温度为60～100℃，稳定1～2h后，反应温度缓慢升至80～120℃，回流24～48h后继续缓慢升高反应温度，控制温度为90～140℃，再继续回流24～48h，停止加热；
2).反应混和物冷却2～24h，使上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶；
3).在惰性气氛下，将上层的黄色液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤；
4).将白色结晶放入保温提纯器中，加入有机溶剂，在惰性气氛下，在温度为60～100℃下加热，回流1～2h，使白色结晶完全溶解；
5).在保温提纯器中进行热过滤，滤去不溶物，将滤液冷却结晶2～24h；
6).在惰性气氛下，将晶体捣碎进行抽滤；重复上次操作2～3次后，得到白色晶体；
7).按1∶2∶1～1∶2∶10比例将白色晶体和氟磷酸盐加入有机溶剂中后再加到反应容器中，在惰性气氛搅拌下，维持反应温度在0～30℃，反应2～48h；
8).迅速将液体进行抽滤，除去不溶物，得到含有溶剂的粗产品；
9).粗产品先用旋转蒸发仪在40～90℃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，控制温度在50～100℃，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
其中：有机溶剂为酮类或芳香类有机溶剂。
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，说明合成的该咪唑盐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。具体是将250ml的1、3-二甲基-2-乙基咪唑和350ml的溴化正庚烷加入到500ml三口瓶中，在惰性气氛搅拌条件下，先控制反应温度为60℃，稳定2h后，反应温度缓慢升至80℃，回流48h后继续缓慢升高反应温度，控制温度为90℃，再继续回流48h，停止加热。反应混和物冷却2h，上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶。在惰性气氛下，将上层的黄色液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤。将白色结晶放入保温提纯器中，加入溶剂，在温度为60℃下加热，回流2h，使白色结晶完全溶解。在保温提纯器中进行热过滤，滤去不溶物，将滤液冷却结晶2h。在惰性气氛下，将晶体捣碎进行抽滤。重复上次操作2～3次后，得到白色晶体。将1000ml有机溶剂、白色晶体和500g氟磷酸铵加到反应容器中，在惰性气氛搅拌下，维持反应温度在20℃，反应48h。迅速将液体进行抽滤，除去不溶物，得到含有溶剂的粗产品。粗产品先用旋转蒸发仪在50℃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24h，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
将合成的咪唑盐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＝9.910s，H2)，δ＝7.407(d，H4)，δ＝7.333(d，H5)，δ＝4.280(t，NCH2)，δ＝4.066(s，NCH3)，δ＝1.897(m，NCH2CH2)，δ＝1.404(m，NCH2CH2CH2)，δ＝0.977(t，CH3)。证明了合成产物为目的产物。
用该咪唑盐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。
Claims (9)
1.一种天然气管道减阻的咪唑盐类输气管道减阻剂，其特征是它由咪唑类化合物、氟磷酸盐以及卤代烷烃按摩尔比1∶1∶1～1∶2∶1.5组成；所述咪唑类化合物选自咪唑、2-巯基苯并咪唑、N-乙基咪唑、2-乙基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基-2-乙基咪唑、N-甲基咪唑、1、3-二乙基咪唑、1、3-二甲基-2-乙基咪唑；所述氟磷酸盐选自氟磷酸锂、氟磷酸铵、氟磷酸钾、氟磷酸铁、氟磷酸铝、氟磷酸钠、氟磷酸钙、氟磷酸铜、氟磷酸锌；所述卤代烷烃选自溴甲烷、溴乙烷、溴丁烷、溴戊烷、溴己烷、溴庚烷、溴辛烷、溴十二烷、溴十六烷、氯甲烷、氯乙烷、氯丁烷、氯戊烷、氯己烷、氯庚烷、氯辛烷、氯十二烷、氯十六烷。
2.一种权利要求1所述咪唑盐类输气管道减阻剂的制备方法，其特征是：
1).将按比例的咪唑类化合物和卤代烷烃加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，先控制反应温度回流，进行反应；
2).反应结束后，停止加热，将反应混和物冷却，使上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶；
3).在惰性气氛下，将上层的黄色液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤；
4).将白色结晶放入保温提纯器中，加入溶剂，在惰性气氛下，重结晶2～3次后，得到白色晶体；
5).将一定比例有机溶剂、白色晶体和氟磷酸盐加到反应容器中，在惰性气氛搅拌下，控制温度下反应；
6).反应结束后，迅速将液体进行抽滤，除去不溶物，得到含有溶剂的粗产品；
7).粗产品先用旋转蒸发仪将少量有机溶剂蒸出，然后将其放在真空烘箱里，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
3.根据权利要求2所述的咪唑盐类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述第1)步为：将按1∶1～1∶1.5比例的咪唑类化合物和卤代烷烃加入到反应容器中，在惰性气氛搅拌条件下，先控制反应温度为60～100℃，稳定1～2h后，反应温度缓慢升至80～120℃，回流24～48h后继续缓慢升高反应温度，控制温度为90～140℃，再继续回流24～48h，停止加热。
4.根据权利要求2所述的咪唑盐类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述第2)步为：反应结束后反应混和物冷却2～24h，使上层有略带黄色的液体，下层是白色结晶。
5.根据权利要求2所述的咪唑盐类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述第3)步为：在惰性气氛下，将上层的黄色液体倒出，将白色结晶捣碎进行抽滤。
6.根据权利要求2所述的咪唑盐类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述第4)步为：
1).将白色结晶放入保温提纯器中，加入溶剂，在惰性气氛下，在温度为60～100℃下加热，回流1～2h，使白色结晶完全溶解；
2).在保温提纯器中进行热过滤，滤去不溶物，将滤液冷却结晶2～24h；
3).在惰性气氛下，将晶体捣碎进行抽滤；重复上次操作2～3次后，得到白色晶体。
7.根据权利要求2所述的咪唑盐类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述第5)步为：按1∶2∶1～1∶2∶10比例将白色晶体和氟磷酸盐加入有机溶剂中后再加到反应容器中，在惰性气氛搅拌下，维持反应温度在0～30℃，反应2～48h。
8.根据权利要求2所述的咪唑盐类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述第6)步为：迅速将液体进行抽滤，除去不溶物，得到含有溶剂的粗产品。
9.根据权利要求2所述的咪唑盐类输气管道减阻剂制备方法，其特征是所述第7)步为：粗产品先用旋转蒸发仪在40～90℃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，控制温度在50～100℃，使有机溶剂蒸发完全，得到产品。
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