CN1043270C - 具有亲水和疏油性内表面的导管,其制造方法和运输油和水混合物的方法 - Google Patents

Abstract

一种运输油和水混合物的导管，该导管具有一个基本为亲水和疏油的内表面。该表面的特征为，吸水量大于或等于约8%(重量)，与油的接触角大于或等于约120°。内表面材料可为含二氧化硅的混凝土组合物或聚合物涂层组合物，具有这种内表面的导管被水湿润，从而抑制了油在导管上的粘附。

Description

具有亲水和疏油性内表面的导管，其制造方法和运输油和水混合物的方法

本发明涉及油产品，主要是重和超重油产品运输的领域，尤其是涉及一种用于这种运输，具有一个能防止重和超重油产品粘附在导管流动面上的内表面的导管。

重和超重油有丰富的来源，且可适用于许多应用领域。这种重和超重油通常必须被运输至远距离的消耗中心，然而，由于油的粘附性会产生许多问题。

已提出了许多运输重和超重油的方法，例如用稀释剂和/或加热降低油的粘度，假定油在水分散体和/或乳浊液中，并形成油/水体系，其中油位于由套筒式或基本上环状流动的水包围着的基本上稳定的中心。

加热和稀释过程是昂贵的。油/水体系也有问题，如在与管道或管壁接触时，油会趋于粘附在它们上面，这样，导致限制并最终阻塞体系的流动，这个问题在当流动必须停止一段时间时变得更严重，使油和水相分层，并增加了油的粘性。重新使这种停止的体系流动需要一高压，甚至可能超过该流动体系中某些或所有组份的压力限定值，这样的情况也需要洗涤流动体系以除去粘附着的油，从而产生过多的费用和流动体系过长的停留时间。

一种已知的防止油粘附在油/水体系导管的流动面上的方法是，将盐如硅酸盐，硼酸盐，碳酸盐，硫酸盐，磷酸盐等加至体系水中。例如在Broussard等人的3,977,469号美国专利中已讨论过这种盐的加入，以处理如上所述的油/水中心流动。在体系水中加入盐表面看来似乎是有助于降低油粘附在导管上，然而，加盐的效果随时间的推移而下降，是因盐与油反应，使盐从体系中排除。而且同样地，当水至少有部分分层，在停止流动时间内，使油与导管的流动面相接触，这样，也就发生了粘附，而且，加入的盐为一多余的组份，这样在油运输过程中增加了一个多余费用的来源。

本发明的主要目的是提供一种具有一个基本上防止油粘附的内流动表面的导管。

本发明的又一个目的是提供这样一种防止重和超重油产品粘附的性能不随时间下降的导管。

本发明的再一个目的是提供一种在流动体系中运输原油的方法，按本发明，所用的导管具有一个基本上防止油粘附的内流动表面，这样运输原油能更有效且费用降低。

其它目的和优点在下面的描述中是显而易见的。

由本发明可达到上述目的和其它优点。

按本发明，提供一种用于运输油和水混合物的导管，该导管具有一个由基本为疏油和亲水材料制成的内表面，所述材料提供的吸水量大于或等于约材料重量的8％，其作为进一步的特征为与油的接触角大于或等于约120°。这种内表面基本上抑制了油在导管上的粘附。如前所述，导管涂有一层混凝土或聚合物树脂涂层，在涂有混凝土的情况下，该导管或者可包含一混凝土管，至少管的内表面部分具有合适的疏油和亲水性能。

合适的混凝土涂层包括二氧化硅，其量至少约50％(重量)，更好是至少约60％(重量)，且其更显著的特征为，平均孔径为约0.10μm-约1.5μm，孔隙度约15％-约25％，该合适的孔隙度可通过使用二氧化硅和合适级别的砂砾而获得。

合适的聚合物组合物包括聚合物树脂，更好为环氧树脂，其量约为聚合物组合物重量的70％-90％，和聚乙烯醇，其量约为聚合物组合物重量的30％-10％。这种组合物提供的吸水量至少约为聚合物组合物重量的14％，且与油的接触角至少约160°，聚乙烯醇具有的水解度最好至少约为40％。

具有上述内表面或涂层的流动导体，管，和其它运输体系元件基本上防止了重和超重原油的不希望的粘附。

下面将参考附图对较佳实例作更详细的描述，其中附图为：

图1为在中心环状流动实验中，使用常规的盐添加剂所图示的pH与流动距离的关系图；

图2a和2b为在常规的碳钢管(图2a)和本发明的水泥线型管(图2b)中，将雷诺数(Re)和摩擦系数(f)相比较。

本发明涉及油产品的运输，主要是重和超重油产品的运输，尤其是涉及一种导管，该导管具有一个由疏油并亲水材料制成的内表面，它能抑制重和超重油粘附在导管上，由此改进了流动，避免了由于由这种粘附引起的阻塞和部分阻塞所发生的断路和/或压力损失。

按本发明，所提供的一导管具有一个由基本为疏油并亲水材料制成的内表面，当按本发明将重和超重油以油/水体系在导管内运输时，水趋于分散开，并涂覆在或润湿内表面，油与内表面材料有一大的接触角，因而很容易地就被水代替，由此防止了不希望的粘附。例如在美国专利No.3,977,469中描述了油在油/水体系和中心流动体系的运输。

常规的管状或管式导管，尤其是商品钢管，对重和超重油的粘附具有亲合性，在中心流动体系中流动着的水的动力通常不能有效地克服油在这种常规管上的粘附力，这样，油在常规体系中发生粘附并增长到阻碍流动的程度。本发明的内表面材料或涂层通过增加油与内表面或流动表面的接触角而减少了油的粘附力，由此使这种粘附的油更易被代替并被在导管里流动着的水或其它流动着的液体的流动动力带走，这样，本发明通过使粘附着的油容易地被流动着的液体代替，从而抑制了由油的粘附引起的阻塞。

按本发明，导管内表面材料的特征在于，其吸水量大于或等于约8％(重量)，且与重或超重油的接触角至少约120°。

值得注意的是此处所用的“接触角”是按通常在石油工业中众所周知的“停滴法”测量的。而且，为了获得更能代表流动线性状态的结果，接触角的测量是测量所谓“前进的水”的接触角，其中油滴在该处与上述的表面接触，例如，通过细小的毛细管，通过改变毛细管末端油滴的尺寸获得前进的水和后退的水的值。

按本发明，导管的内表面材料较好地包含一二氧化硅含量至少约50％(重量)，更好是至少约60％(重量)的混凝土物质或组合物。亦已发现这种二氧化硅含量使内表面具有所希望的疏油和亲水性能及与油的接触角。所提供的二氧化硅最好是很细的粉末，它能进一步改善混凝土的吸水量。本发明的混凝土材料较好地具有一约0.10μm～约1.5μm的平均孔经，且孔隙度为约15％-约25％。孔的尺寸是非常重要的，这是因为太小的孔尺寸会阻碍水的吸收(这样就阻碍湿润内表面)，太大的孔尺寸将会使水和油都吸收，在这种情况下，从孔隙中除去油是非常困难的。这样，应选择这样的孔尺寸，使水基本上都吸收，而不吸收油。

本发明的混凝土材料通过任何常规的方法可适用于运输体系等等。例如，管的内表面可涂有一层具有上述性能的混凝土涂层。这种涂层可适用于由钢或任何其它所希望材料制成的常规管中。同样值得注意的是这种混凝土物质或组合物也适用于混凝土管，其中至少管的内表面部分包含具有如上性能的混凝土物质。在一管上涂覆混凝土或其它涂层的方法在工艺上是常规和众所周知的，且任何常规的方法都可根据本发明用于涂覆导管，用于涂覆的有效方法不构成本发明的部分。

按本发明的另一实例，导管的内表面可涂有一层可用于任何希望的流动导体或其它油粘附可能成为问题的设备上的聚合物树脂涂层。按本发明，聚合物涂层材料较好地包括环氧树脂和聚乙烯醇(PVA)，其中环氧树脂的存在量为环氧树脂和PVA重量的约70％-约90％,PVA的存在量为环氧树脂和PVA重量的约30％～约10％。

合适的环氧树脂的例子包括，但不局限于，3M公司的ScotchKote 206N，和O′Brian Co.的NAPGAR，尽管许多其它的环氧树脂也可使用，同样也是适用的。聚乙烯醇具有的水解百分数较好地至少约40％至高达100％。亦已发现PVA的水解有助于获得不溶于水的聚合物涂层。按本发明，聚合物涂层较好地具有如下特征，涂层材料的吸水量至少约为14％(重量)，与油的接触角至少约160°。

应值得注意的是，本发明的导管当然可用于许多应用领域，但亦已发现在防止按“美国石油协会”标准的燃油比重度数低于约16，较好地低于约13的重和超重原油的粘附，特别是使用前述中心流动的方法来运输这类油，用本发明的导管是理想的。

由本发明大大地方便了以中心流动体系来运输重和超重油，至于油在导管的内表面上的粘附也可被抑制，由下述实施例来进一步证实这些优点。

                      实施例1

本实施例证实了在防止油粘附过程中，常规盐添加剂有效性的降低。

通过直径为6英寸的55Km生产线，以中心流动来运输按“美国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的原油。在中心流动的水中加入硅酸钠盐添加剂，在长距离流动过程中监测体系的pH值，图1显示了在长距离流动过程中水的pH值的下降，当然这也表示了盐浓度的下降，因此，也表示了在防止油粘附过程中，盐添加剂有效性的降低。这种盐浓度的降低是由于在管中盐与粗油发生反应，和/或产生盐的化学结合体。

                        实施例2

本实施例证实了用本发明的混凝土流动表面时，接触角与重和超重油粘附性的关系。

提供二个混凝土样品。样品1的二氧化硅含量为49％(重量)，并含有50％砂砾8/12和50％砂砾12/16(Int-4)。样品2的二氧化硅含量为64.8％(重量)，并含有50％砂砾8/12,50％砂砾12/16(INT-4C)。将该两个样品浸没在水中以达到最大吸水量，然后使之与按“美国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的油接触，然后测量每个样品的停滴前进水的接触角，结果总结于下述表1中。

                表1样品      接触角    吸水量    观察结果

      (度)      ％(重量)#1(INT-4)    110        8.8     超过60％的油趋于

                          分散或粘附在表面上#2(INT-4C)   145        8.4     不到5％的油趋于分

                          散或粘附在表面上

                      实施例3

本实施例证实了用混凝土表面时，吸水量和油粘附性的关系。

提供二个混凝土样品。样品1的二氧化硅含量为64.8％(重量)，并含有50％砂砾8/12和50％砂砾12/16(INT-4C)。样品2的二氧化硅含量为62.4％(重量)，并含有50％砂砾8/12和50％砂砾12/16(Int-2C)。将该两个样品浸没在水中以达到最大吸水量，然后使之与按“美国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的油接触，使用停滴法测量两个样品的前进水的接触角，结果列于下述表2中。

                  表2样品        接触角    吸水量    观察结果

         (度)     ％(重量)#1(INT-4C)     145       8.4     不到5％的油趋于分

                           散或粘附在表面上#2(Int-2C)     128       7.45    超过50％的油趋于

                           分散或粘附在表面上

                      实施例4

本实施例将使用本发明涂有混凝土的管的效果与常规的碳钢管作比较。

使用直径为2英寸并含两个管段的运输环路来进行动力实验，段#1为由碳钢制成的3.2m段，段2为涂有二氧化硅含量为65.2％(重量)，孔隙度为19％的混凝土的3.48m段，在60°F时，使按“美国石油协会”标准的燃油比重度数为11.6的油在水中形成中心流动，并通过环路循环，取得压力和流动数据。图2a和2b图示了在实验开始和结束时，由所得结果描绘摩擦系数(f)与雷诺数(Re)(基于各种流动速率)的函数关系。由于油粘在表面上，摩擦系数为一压力损失的度量，碳钢管的摩擦系数会发生更大的增加。

                      实施例5

本实施例证实了使用聚合物树脂涂层时，接触角和吸水量的效果。

使用各种重量浓度的环氧树脂(Scotch Kote 206N,3M)和聚乙烯醇(PVA)，具有各种水解百分数的聚乙烯醇如表3所列，来制备5个样品(VS1-VS5)。将样品浸没在水中，与按“美国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的油接触，测量停滴前进水的接触角，结果也列于表3中。

                         表3样品   PVA/环氧树脂   PVA的水解度   接触角   吸水量   观察结果

   重量％/重量％      ％          (度)   ％(重量)VS1          0            -           126      1.2     油粘附VS2        20/80         72.5         169      29.0    无粘附VS3        20/80         48.5         168      14.3    粘附VS4        20/80         72.5         165      17.4    无粘附VS5        10/90         88.0         165      -       有一些斑点

无涂层的VS1发生油粘附，VS2-VS5，特别是VS2-VS4提供优异的防油粘附性能。

                      实施例6

本实施例进一步证实了聚合物树脂涂层在防止油粘附中的效果。

将聚合物树脂涂层施于直径为3英寸，长为1英尺的圆柱体筒。该涂层含80％(重量)的环氧树脂和20％(重量)水解百分数为77.5％的PVA。将油-水重量比为80/20的按“美国石油协会”标准的燃油比重度数为9.8的油和水的混合物置于圆柱体筒内，使用滚筒式气缸实验设备旋转上述圆柱体24小时，在实验结束时，圆柱体筒的涂层表面无油沉积。

本发明揭示的是一种用于运输体系，特别是用于在水中的重和超重油体系的改进的涂层表面，该表面抑制了这种油粘附在涂层表面上，因而提供了一种更有效的油的运输方法。而且，这种改进能一直保持基本稳定。不会发生如常规处理，如上述常规地在油/水体系的水中加入盐，那样的降低效果。

本发明在不偏离其精神或主要特征下，可以其它形式体现或以其它方式进行。因此，本发明的实例被认为是在各个方面都能说明但不限制，本发明的范围由所附的权利要求指出，并规定在等效目的和范围内进行的所有改变都包含于其中。

Claims (19)

1．一种用于运输油和水混合物的导管，该导管具有一个内表面，所述内表面由亲水和疏油材料制成，所述亲水和疏油材料的吸水量大于或等于所述亲水和疏油材料重量的8％，与油的接触角大于或等于120°，由此基本上抑制了油粘附在所述内表面上。

2．如权利要求1所述的导管，其特征在于，内表面包含一混凝土涂层，该涂层的二氧化硅含量大于或等于50％重量，平均孔径为0.10μm-1.5μm，孔隙度为15％～25％。

3．如权利要求2所述的导管，其特征在于，混凝土组合物的二氧化硅含量大于或等于60％重量。

4．如权利要求1所述的导管，其特征在于，导管包含一钢管，其内表面包含一混凝土涂层，该涂层的二氧化硅含量大于或等于50％重量，平均孔径为0.10μm-1.5μm，孔隙度为15％-25％。

5．如权利要求1所述的导管，其特征在于，导管包含一混凝土管，其内表面至少包含一混凝土组合物，该组合物的二氧化硅含量大于或等于50％重量，平均孔径为0.10μm～1.5μm，孔隙度为15％～25％。

6．如权利要求1所述的导管，其特征在于，内表面包含一聚合物涂层，该涂层的吸水量大于或等于所述聚合物涂层重量的14％，该涂层与油的接触角大于或等于160°。

7．如权利要求6所述的导管，其特征在于，聚合物涂层包含一聚合物树脂组合物。

8．如权利要求7所述的导管，其特征在于，聚合物树脂组合物包括环氧树脂和聚乙烯醇，其中环氧树脂的存在量为环氧树脂和聚乙烯醇重量的70％-90％，聚乙烯醇的存在量为环氧树脂和聚乙烯醇重量的30％-10％。

9．如权利要求8所述的导管，其特征在于，聚乙烯醇的水解度至少为40％，由此使聚合物涂层基本不溶于水。

10．如权利要求1所述的导管，其特征在于，导管选自由混凝土管和钢管组成的组，其中内表面包含一聚合物涂层，该涂层的吸水量大于或等于所述聚合物涂层重量的14％，该涂层与油的接触角大于或等于160°。

11．一种运输油和水混合物的方法，包含如下步骤：

提供一具有一个由亲水和疏油材料制成的内表面的导管，所述的亲水和疏油材料的吸水量大于或等于所述亲水和疏油材料重量的8％，与油的接触大于或等于120°；和

随后使油和水的混合物通过导管，水润湿内表面，基本上防止了油粘附与其上。

12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，油和水混合物中油的按“美国石油协会”标准的燃油比重度数小于16。

13．如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤，形成一个油/水体系，它包含在基本为环形水层中的基本稳定的油中心，随后使该油/水体系通过导管。

14．一种制造如权利要求1的导管的方法，其特征在于，提供导管的步骤包括用混凝土涂层涂覆导管内表面的步骤，所述混凝土涂层的二氧化硅含量大于或等于50％重量，平均孔径为0.10μm-为1.5μm，孔隙度为15％-25％。

15．如权利要求14所述的方法，其特征在于，混凝土组合物的二氧化硅含量大于或等于60％重量。

16．一种制造如权利要求1的导管的方法，其特征在于，提供导管的步骤包括用聚合物涂层涂覆导管内表面的步骤，所述聚合物涂层的吸水量大于或等于所述聚合物涂层重量的14％，与油的接触角大于或等于160°。

17．如权利要求16所述的方法，其特征在于，聚合物涂层包含一聚合物树脂组合物。

18．如权利要求1 7所述的方法，其特征在于，聚合物树脂组合物包括环氧树脂和聚乙烯醇，其中环氧树脂的存在量为环氧树脂和聚乙烯醇重量的70％-90％，聚乙烯醇的存在量为环氧树脂和聚乙烯醇重量的30％-10％。

19．如权利要求18所述的方法，其特征在于，聚乙烯醇的水解度至少40％，使聚合物涂层基本上不溶于水。

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