CN109027689B - 膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法。其技术方案是包括以下制备步骤：第一步制作膨胀石墨；第二步：将膨胀石墨加入到N甲基吡咯烷酮水溶液中，再按比例滴加阴离子表面活性剂，室温搅拌，再置于超声波发生器中一段时间；第三步：放入真空干燥箱中干燥，用超声波粉碎细化成改性膨胀石墨；第四步：将聚α烯烃固体置于液氮中玻璃化；第五步：将改性膨胀石墨粉体加入到聚α烯烃固体中，搅拌制成粉状状；再制成减阻剂。有益效果是：本发明的共混合成方法，过程简单，仅在聚α烯烃粉碎过程中加入处理好的膨胀石墨，没有增加反应的步骤和苛刻度，所合成的复合减阻剂保持了减阻效果，并具有一定的抗剪切能力。

Description

膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法

技术领域

本发明涉及一种管道减阻输送工艺和减阻剂技术领域，特别涉及一种膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法。

背景技术

从Toms加剂减阻的报道以来，通过添加各类减阻剂使流体摩擦阻力减小，最高可达80%，为各类流体减阻节能输送过程提供解决方案。表面活性剂类和聚合物类减阻剂，通过弹性形变的能量转化，抑制能量耗散，宏观上体摩阻降低，压降损失减小、输送能耗降低。各类表面活性剂应作为减阻剂添加到热水、冷水、冷却液等循环输送系统中，可使泵的能耗降低一半以上。应用于石油开采过程的聚丙烯酰胺，通过其在水中的溶解，配制成减阻水压裂液可以提升泵送效率，降低压力损耗和成本。长链聚α烯烃（分子量＞10⁶）通过油品的摩擦切应力定向，利用高分子链的弹性形变抑制流体微团径向脉动，减少了油品流动中摩擦能量损失，降低流动阻力，实现减阻增输的效果。实际应用过程中，聚α烯烃改善了原油或成品油的管输的边界条件，提高输量20-50%，降低能耗，提高效率。

一般聚α烯烃的分子量越大，非结晶程度越高则减阻效果越好，但超高分子量的聚α烯烃极易在流体的作用下发生分子链的断裂使其分子量减小而失去减阻功能，即剪切降解现象。并且，剪切降解属性是永久性、不可逆的，所以油品流经高剪切环境，需再补充减阻剂以维持其减阻效果。因此，从技术发展趋势和生产需求角度提高减阻剂的抗剪切性能具有十分重要的现实意义。为了克服减阻聚合物的剪切降解缺陷，本发明基于聚合物基纳米复合材料的相关研究成果，调节石墨表面性质和结构特性，促进其与聚α烯烃的相互作用，以共混法制备可膨胀石墨/聚α烯烃复合油品减阻剂，实现复合减阻剂的应用性能提高。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法。

本发明提到的一种膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法，其技术方案是包括以下制备步骤：

第一步：称取可膨胀石墨，置于100℃的真空烘箱中，干燥24h以上，取出备用；

第二步：取部分上述干燥后的可膨胀石墨到烧杯中，然后微波炉中加热30-60s后取出，室温冷却；重复此步3～10次，得到膨胀石墨，备用；

第三步：按照与N甲基吡咯烷酮（NMP）质量比20:1～50:1的比例将膨胀石墨加入到1%的N甲基吡咯烷酮水溶液中，再按照与膨胀石墨质量比1:50～1:100的比例滴加阴离子表面活性剂，室温，100～500r/min充分搅拌24～48h，再置于超声波发生器中，25℃下超声10-60min；

第四步：将第三步溶液置于80℃真空干燥箱中，干燥24h以上，待水蒸发完毕后取出，用超声波处理60min以上，粉碎细化成改性膨胀石墨，待用；

第五步：将聚α烯烃固体置于液氮中1h以上，待其完全玻璃化；

第六步：按照与聚α烯烃固体质量比1:10～1:50的比例，将第四步得到的改性膨胀石墨粉体加入到玻璃化的聚α烯烃固体中，共同置于低温粉碎混合搅拌机中，制成粉状膨胀石墨/聚α烯烃复合材料；

第七步：将粉状复合材料加入到油品减阻悬浮溶液体系中，搅拌30min以上，制成膨胀石墨/聚α烯烃复合减阻浆状剂。

优选的，上述的阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十四烷基苯磺酸钠。

优选的，上述可膨胀石墨的粒度100～400目。

优选的，上述N甲基吡咯烷酮的质量百分比含量为99%。

优选的，上述的聚α烯烃固体为本体聚合法合成，平均分子量超过600万/mol块状粘弹性固体。

本发明的有益效果是：本发明首先将可膨胀石墨进行处理，使其石墨片层充分打开，片层间距加大。之后加入N甲基吡咯烷酮和阴离子表面活性剂充分搅拌，使其分子进入膨胀石墨片层中间，同时修饰膨胀石墨表面性质。将处理好的膨胀石墨在聚α烯烃低温粉碎过程中加入其中，一部分膨胀石墨包覆在聚α烯烃表面，一部分聚α烯烃颗粒进入膨胀石墨片层间，形成膨胀石墨/聚α烯烃复合油品减阻粉剂。再经过悬浮分散处理，形成浆状复合减阻剂。膨胀石墨/聚α烯烃复合油品减阻材料具有较为优异的力学性能，在减阻过程中可以分散剪切作用力，减少降解损失；

本发明的共混合成方法，过程简单，仅在聚α烯烃粉碎过程中加入处理好的膨胀石墨，没有增加反应的步骤和苛刻度，所合成的复合减阻剂保持了减阻效果，并具有一定的抗剪切能力。

附图说明

附图1是本发明的旋转圆盘测试系统的结构示意图；

上图中：恒温水浴槽1、联轴器2、扭矩传感器3、调速电机4、数据采集卡5、计算机6、样品槽7、下支撑板8、支撑杆9、上支撑板10。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：本发明提到的膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法，包括如下步骤：

首先在烧杯中称取可膨胀石墨20g，置于100℃的真空烘箱中，干燥24h；然后将烧杯转移至微波炉中加热60s后取出，室温冷却；重复此步3次，得到膨胀石墨；再按照与N甲基吡咯烷酮（NMP）质量比20:1的比例将膨胀石墨加入到1%的N甲基吡咯烷酮（NMP）水溶液中；再按照与膨胀石墨质量比1:50的比例滴加十二烷基苯磺酸钠，室温下100r/min搅拌48h；然后置于超声波发生器中，25℃下超声10min；将溶液置于80℃真空干燥箱中，干燥24h，待水蒸发完毕后取出，用超声波处理60min，粉碎细化成改性膨胀石墨。

将聚α烯烃固体置于液氮中1h，待其完全玻璃化；然后按照与聚α烯烃固体质量比1:10的比例，将改性膨胀石墨粉体加入到玻璃化的聚α烯烃固体中，共同置于低温粉碎混合搅拌机中，制成粉状膨胀石墨/聚α烯烃复合材料；再将其加入到油品减阻悬浮溶液体系中，搅拌30min，制成膨胀石墨/聚α烯烃复合减阻浆状剂。

实施例2：本发明提到的膨胀石墨/聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法如下：

首先在烧杯中称取可膨胀石墨20g，置于100℃的真空烘箱中，干燥36h；然后将烧杯转移至微波炉中加热30s后取出，室温冷却；重复此步10次，得到膨胀石墨；在按照与N甲基吡咯烷酮（NMP）质量比50:1的比例将膨胀石墨加入到1%的NMP水溶液中；再按照与膨胀石墨质量比1:100的比例滴加十二烷基苯磺酸钠，室温下500r/min搅拌24h；然后置于超声波发生器中，25℃下超声60min；将溶液置于80℃真空干燥箱中，干燥36h，待水蒸发完毕后取出，用超声波处理90min，粉碎细化成改性膨胀石墨。

将聚α烯烃固体置于液氮中1.5h，待其完全玻璃化；然后按照与聚α烯烃固体质量比1:50的比例，将改性膨胀石墨粉体加入到玻璃化的聚α烯烃固体中，共同置于低温粉碎混合搅拌机中，制成粉状膨胀石墨/聚α烯烃复合材料；再将其加入到油品减阻悬浮溶液体系中，搅拌45min，制成膨胀石墨/聚α烯烃复合减阻浆状剂。

实施例3：本发明提到的膨胀石墨/聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法如下：

首先在烧杯中称取可膨胀石墨20g，置于100℃的真空烘箱中，干燥24h；然后将烧杯转移至微波炉中加热60s后取出，室温冷却；重复此步3次，得到膨胀石墨；在按照与N甲基吡咯烷酮（NMP）质量比40:1的比例将膨胀石墨加入到1%的NMP水溶液中；再按照与膨胀石墨质量比1:70的比例滴加十四烷基苯磺酸钠，室温下300r/min搅拌36h；然后置于超声波发生器中，25℃下超声30min；将溶液置于80℃真空干燥箱中，干燥24h，待水蒸发完毕后取出，用超声波处理50min，粉碎细化成改性膨胀石墨。

将聚α烯烃固体置于液氮中1h，待其完全玻璃化；然后按照与聚α烯烃固体质量比1:25的比例，将改性膨胀石墨粉体加入到玻璃化的聚α烯烃固体中，共同置于低温粉碎混合搅拌机中，制成粉状膨胀石墨/聚α烯烃复合材料；再将其加入到油品减阻悬浮溶液体系中，搅拌30min，制成膨胀石墨/聚α烯烃复合减阻浆状剂。

效果测试（实验测试减阻剂浓度30ppm）

测试方法（1）按照“输油管道减阻剂减阻效果室内测试方法SY/T6578-2009”标准，用氮气做动力源，柴油为流体，在室内环道测试减阻性能，并可以通过该环道系统的离心泵过泵剪切，测定减阻剂的抗剪切性能。

（2）测试方法（2）采用旋转圆盘设备（如图1），旋转圆盘测试系统包括恒温水浴槽1、联轴器2、扭矩传感器3、调速电机4、数据采集卡5、计算机6、样品槽7、下支撑板8、支撑杆9、上支撑板10，其中，所述下支撑板8的一侧通过支撑杆9连接上支撑板10，在下支撑板8上安装恒温水浴槽1，恒温水浴槽1上安设样品槽7；在上支撑板10上安设调速电机4，调速电机4下部连接联轴器2和扭矩传感器3，且扭矩传感器3通过数据线连接到数据采集卡5，并进一步连接到计算机6。

使用时，调变圆盘转速，改变流体雷诺数，由扭矩传感器采集的数据计算流体阻力，由加剂前后流动阻力的变化计算减阻率；通过调变圆盘转速，实现高剪切流动，经过一定时间的剪切降解，再测定减阻率，测定减阻剂的抗剪切性能。

经过环道测试和旋转圆盘测试，比较普通减阻剂和各实施例减阻剂减阻性能和抗剪切性能可以看到，实施例复合减阻剂抗剪切性能有了明显的提高，这是由于本例利用在打开了石墨片层的膨胀石墨中添加N甲基吡咯烷酮和阴离子表面活性剂，修饰了膨胀石墨表面性质，并通过粉碎过程添加使一部分膨胀石墨包覆在聚α烯烃表面，一部分聚α烯烃颗粒进入膨胀石墨片层间，形成膨胀石墨/聚α烯烃复合油品减阻粉剂。该复合减阻剂通过石墨与聚α烯烃的相互作用提高了其力学性能，在减阻过程中可以分散剪切作用力，减少降解损失。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法，其特征是包括以下制备步骤：

第一步：称取可膨胀石墨，置于100℃的真空烘箱中，干燥24h以上，取出备用；

第二步：取部分上述干燥后的可膨胀石墨到烧杯中，然后微波炉中加热30-60s后取出，室温冷却；重复此步3～10次，得到膨胀石墨，备用；

第三步：按照与N甲基吡咯烷酮质量比20:1～50:1的比例将膨胀石墨加入到1%的N甲基吡咯烷酮水溶液中，再按照与膨胀石墨质量比1:50～1:100的比例滴加阴离子表面活性剂，室温，100～500r/min充分搅拌24～48h，再置于超声波发生器中，25℃下超声10-60min；

第四步：将第三步溶液置于80℃真空干燥箱中，干燥24h以上，待水蒸发完毕后取出，用超声波处理60min以上，粉碎细化成改性膨胀石墨，待用；

第五步：将聚α烯烃固体置于液氮中1h以上，待其完全玻璃化；

第六步：按照与聚α烯烃固体质量比1:10～1:50的比例，将第四步得到的改性膨胀石墨粉体加入到玻璃化的聚α烯烃固体中，共同置于低温粉碎混合搅拌机中，制成粉状膨胀石墨与聚α烯烃复合材料；

第七步：将粉状复合材料加入到油品减阻悬浮溶液体系中，搅拌30min以上，制成膨胀石墨与聚α烯烃复合减阻浆状剂。

2.根据权利要求1所述的膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法，其特征是：所述的阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或十四烷基苯磺酸钠。

3.根据权利要求1所述的膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法，其特征是：所述可膨胀石墨的粒度100～400目。

4.根据权利要求1所述的膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法，其特征是：所述N甲基吡咯烷酮的质量百分比含量为99%。

5.根据权利要求1所述的膨胀石墨聚α烯烃复合油品减阻剂共混合成方法，其特征是：所述的聚α烯烃固体为本体聚合法合成，平均分子量超过600万/mol块状粘弹性固体。