CN110982204B - 用于减阻聚合物的添加剂 - Google Patents
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Abstract
形成减阻聚合物配制剂的方法。该方法通过形成减阻聚合物而开始。然后将烃添加剂与减阻聚合物结合以形成减阻聚合物配制剂。减阻聚合物配制剂然后用作烃管道中的减阻剂。
Description
本申请是申请号为201480073469.6的发明专利申请的分案申请,原申请的申请日为2014年11月17日,发明名称为:用于减阻聚合物的添加剂。
发明领域
将烃添加剂结合到减阻聚合物中的方法。
发明背景
当流体通过管道运输时,通常由于管道壁与流体之间的摩擦而存在流体压力的下降。由于该压力下降,对于给定管道,流体必须以足够的压力运输以实现所需吞吐量。当需要较高的流速通过管道时,必须施加较多的压力,这是因为当流速提高时,通过压降导致的压力差也提高这一事实。然而,关于管道的设计极限限制可使用的压力的量。当流体经长距离运输时,与压降有关的问题是最剧烈的。该压降可产生无效,这提高设备和操作成本。
为减轻与压降有关的问题,工业中许多在流动流体中使用减阻剂。当管道中的流体流动为湍流时,可使用高分子量聚合物减阻剂以增强流动。减阻剂为能够实质性降低与通过管道的流体湍流有关的摩擦损失的组合物。减阻剂的作用是抑制湍流涡旋的生长,这在恒定泵送压力下产生较高的流速。已知超高分子量聚合物良好地充当减阻剂,特别是在烃管道中。一般而言,减阻部分取决于聚合物添加剂的分子量和它在湍流下溶于烃中的能力。有效的减阻剂通常具有超过5,000,000或者甚至10,000,000的分子量。
通常,将减阻剂恰在泵站的排放侧注入管道中。能够超过管道的管线压力的泵用于将减阻剂注入管道中。显示加入减阻剂中的添加剂可改进减阻剂被注入管道中的能力。
需要用于改进减阻剂被注入管道中的能力而不会不利地影响减阻剂的配制的添加剂。
公开内容简述
所公开的技术提供形成减阻聚合物配制剂的方法,其包括:形成减阻聚合物;和将烃添加剂与减阻聚合物结合以形成减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物配制剂用作烃管道中的减阻剂。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中减阻聚合物为胶乳减阻聚合物。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中减阻聚合物借助乳液聚合形成。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中减阻聚合物借助乳液聚合形成。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中烃添加剂选自庚烷、异辛烷、煤油、贫正链烷烃煤油及其组合。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中烃添加剂具有小于275℃的蒸馏温度。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中烃管道为重油管道。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中减阻剂抑制烃管道中湍流涡旋的生长。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中减阻聚合物配制剂包含至少约25,000个重复单元。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中减阻聚合物配制剂具有至少1×106克/摩尔的重均分子量。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中将约3重量%至约16重量%烃添加剂结合到减阻剂中。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中烃添加剂来自不同于烃管道的来源。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物的方法,其中烃添加剂的加入不影响减阻聚合物的稳定性。
所公开的技术进一步提供形成减阻聚合物配制剂的方法,其包括:借助乳液聚合形成胶乳减阻聚合物,和将约3重量%至约30重量%煤油添加剂结合到胶乳减阻聚合物中以形成减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物配制剂用作重油管道中的减阻剂。
所公开的技术进一步提供注射减阻聚合物配制剂的方法包括借助乳液聚合形成胶乳减阻聚合物,将约3重量%至约30重量%煤油添加剂结合到胶乳减阻聚合物中以形成减阻聚合物配制剂,和将减阻聚合物配制剂注入重油管道中。
所公开的技术进一步涉及注射减阻聚合物配制剂的方法,其中减阻剂抑制重油管道中湍流涡旋生长。
所公开的技术进一步涉及注射减阻聚合物配制剂的方法,其中减阻聚合物配制剂包含至少约25,000个重复单元。
所公开的技术进一步涉及注射减阻聚合物配制剂的方法,其中减阻聚合物配制剂具有至少1×106克/摩尔的重均分子量。
所公开的技术进一步涉及注射减阻聚合物配制剂的方法,其中煤油添加剂来自不同于烃管道的来源。
所公开的技术进一步涉及注射减阻聚合物配制剂的方法,其中煤油添加剂的结合不影响胶乳减阻聚合物的稳定性。
所公开的技术进一步涉及注射减阻聚合物配制剂的方法,其中烃添加剂具有300℃和以下的蒸馏温度。
所公开的技术进一步涉及注射减阻聚合物配制剂的方法,其中将约3重量%至约30重量%烃添加剂结合到减阻聚合物中。
详述
现在转向对本发明的一个或多个优选配置的详细描述,应当理解本发明特征和概念可表现于其它配置中,并且本发明的范围不限于描述或阐述的实施方案。本发明的范围仅意欲受以下权利要求书的范围限制。
形成减阻聚合物配制剂的方法.该方法通过形成减阻聚合物而开始。然后将烃添加剂与减阻聚合物结合以形成减阻聚合物配制剂。减阻聚合物配制剂然后用作烃管道中的减阻剂。
形成的减阻聚合物可以为任何惯常已知的减阻聚合物。可使用的减阻聚合物的实例包括胶乳减阻聚合物和借助乳液聚合形成的那些。通过引用结合到本文中的美国专利8,022,118描述了可用于本方法中的各种减阻聚合物。
在一个实施方案中,减阻聚合物可包含选自由以下物质组成的组的一种或多种单体的残基的多个重复单元:
(A)
其中R1为H或C1-C10烷基,且R2为H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代环烷基、C6-C20取代或未取代芳基、芳基取代C1-C10烷基、–(CH2CH2O)x-RA或–(CH2CH(CH3)O)x-RA基团,其中x为1-50,RA为H、C1-C30烷基,或者C6-C30烷基芳基;
(B)
R3-芳烃-R4
其中芳烃为苯基、萘基、蒽基或菲基,R3为CH=CH2或CH3-C=CH2,且R4为H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代环烷基、Cl、SO3、ORB,或者COORC,其中RB为H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代环烷基、C6-C20取代或未取代芳基,或者芳基取代C1-C10烷基,且其中RC为H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代环烷基、C6-C20取代或未取代芳基,或者芳基取代C1-C10烷基;
(C)
其中R5为H、C1-C30烷基,或者C6-C20取代或未取代芳基;
(D)
其中R6为H、C1-C30烷基,或者C6-C20取代或未取代芳基;
(E)
其中R7为H或C1-C18烷基,且R8为H、C1-C18烷基,或者Cl;
(F)
其中R9和R10独立地为H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代环烷基,或者杂环基;
(G)
其中R11和R12独立地为H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代环烷基,或者杂环基;
(H)
其中R13和R14独立地为H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代环烷基,或者杂环基;
(I)
其中R15为H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代环烷基,或者杂环基;
(J)
(K)
其中R16为H、C1-C30烷基,或者C6-C20芳基;
(L)
(M)
(N)
(O)
其中R17和R18独立地为H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代环烷基,或者杂环基;和
(P)
其中R19和R20独立地为H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代环烷基,或者杂环基。
在一个实施方案中,减阻聚合物可包含甲基丙烯酸或丙烯酸的C4-C20烷基、C6-C20取代或未取代芳基,或者芳基取代C1-C10烷基酯衍生物的残基的重复单元。在另一实施方案中,减阻聚合物可以为包含甲基丙烯酸2-乙基己酯的残基和至少一种其它单体的残基的重复单元的共聚物。在又一实施方案中,减阻聚合物可以为包含甲基丙烯酸2-乙基己酯单体和丙烯酸丁酯单体的残基重复单元的共聚物。在又一实施方案中,减阻聚合物可以为包含甲基丙烯酸2-乙基己酯的残基重复单元的均聚物。
在一个实施方案中,减阻聚合物可包含至少一种具有杂原子的单体的残基。如上所述,术语“杂原子”包括不是碳或氢原子的任何原子。杂原子的具体实例包括但不限于氧、氮、硫、磷和/或氯原子。在一个实施方案中,减阻聚合物包含至少约10%、至少约25%,或者至少50%的具有至少一个杂原子的单体的残基。另外,杂原子可具有部分电荷。如本文所用,术语“部分电荷”定义为具有小于1的值的正电荷或负电荷。
上述反应混合物中所用的表面活性剂可包括至少一种高HLB阴离子或非离子表面活性剂。术语“HLB值”指表面活性剂在乳液中的亲水-亲脂平衡。HLB值通过W.C.Griffin在J.Soc.Cosmet.Chem.,1,311(1949)和J.Soc.Cosmet.Chem.,5,249(1954)中描述的方法测定,通过引用将其结合到本文中。如本文所用,术语“高HLB”应表示7或更大的HLB值。用于形成反应混合物的表面活性剂的HLB值可以为至少约8、至少约10,或者至少12。
示例的高HLB阴离子表面活性剂包括但不限于高HLB烷基硫酸盐、烷基醚硫酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐、烷基磷酸盐、烷基芳基磺酸盐和肌氨酸盐。市售的高HLB阴离子表面活性剂的合适实例包括但不限于月桂基硫酸钠(作为RHODAPON LSB由RhodiaIncorporated,Cranbury,NJ得到)、二辛基磺基琥珀酸钠(作为AEROSOL OT由CytecIndustries,Inc.,West Paterson,NJ得到)、2-乙基己基聚磷酸钠盐(可由JarchemIndustries Inc.,Newark,NJ得到)、十二烷基苯磺酸钠(作为NORFOX 40由Norman,Fox&Co.,Vernon,CA得到)和月桂酰肌氨酸钠(作为HAMPOSYL L-30由Hampshire ChemicalCorp.,Lexington,MA得到)。
示例的高HLB非离子表面活性剂包括但不限于高HLB脱水山梨糖醇酯、PEG脂肪酸酯、乙氧基化甘油酯、乙氧基化脂肪胺、乙氧基化脱水山梨糖醇酯、嵌段氧化乙烯/氧化丙烯表面活性剂、醇/脂肪酸酯、乙氧基化醇、乙氧基化脂肪酸、烷氧基化蓖麻油、甘油酯、线性醇乙氧基化物和烷基苯酚乙氧基化物。市售的高HLB非离子表面活性剂的合适实例包括但不限于壬基苯氧基和辛基苯氧基聚(氧乙烯)乙醇(分别作为IGEPAL CA和CO系列由Rhodia,Cranbury,NJ得到)、C8-C18乙氧基化伯醇(例如来自Rhodia Inc.,Cranbury,NJ的RHODASURFLA-9)、C11-C15仲醇乙氧基化物(可作为TERGITOL 15-S系列由Dow Chemical Company,Midland,MI得到,包括15-S-7、15-S-9、15-S-12)、聚氧化乙烯脱水山梨糖醇脂肪酸酯(作为TWEEN系列表面活性剂由Uniquema,Wilmington,DE得到)、聚氧化乙烯(25)油基醚(作为SIPONIC Y-500-70由Americal Alcolac Chemical Co.,Baltimore,MD得到)、烷基芳基聚醚醇(作为TRITON X系列由Dow Chemical Company,Midland,MI得到,包括X-100、X-165、X-305和X-405)。
在一个实施方案中,用于上述反应混合物中的引发体系可以为用于产生促进乳液聚合所需的自由基的任何合适体系。可能的引发剂包括但不限于单独或者与一种或多种还原组分和/或促进剂组合使用的过硫酸盐(例如过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾)、过氧过硫酸盐和过氧化物(例如叔丁基过氧化氢)。可能的还原组分包括但不限于亚硫酸氢盐、偏亚硫酸氢盐、抗坏血酸、异抗坏血酸和甲醛化次硫酸钠。可能的促进剂包括但不限于含有具有两种氧化态的过渡金属的任何组合物,例如硫酸亚铁和硫酸亚铁铵。作为选择,可使用已知的热和辐射引发技术产生自由基。在另一实施方案中,本领域技术人员已知的任何聚合和相应的引发或催化方法可用于本发明中。例如,当聚合通过方法如加聚或缩聚进行时,聚合可通过方法如阳离子、阴离子或者配位方法引发或催化。
当使用水形成上述反应混合物时,水可以为净化水,例如蒸馏水或去离子水。然而,乳液的连续相也可包含极性有机液体或者极性有机液体的水溶液,例如下文所列那些。
如先前所指出的,反应混合物任选可包含缓冲剂。缓冲剂可包含与引发体系相容的任何已知缓冲剂,例如碳酸盐、磷酸盐和/或硼酸盐缓冲剂。
如先前所指出的,反应混合物任选可包含至少一种水化抑制剂。水化抑制剂可以为热动力水化抑制剂,例如醇和/或多元醇。在一个实施方案中,水化抑制剂可包含一种或多种多元醇和/或一种或多种多元醇醚。合适的多元醇包括但不限于单乙二醇、二甘醇、三甘醇、单丙二醇和/或二丙二醇。合适的多元醇醚包括但不限于乙二醇单甲醚、二甘醇单甲醚、丙二醇单甲醚和二丙二醇单甲醚。
一般而言,水化抑制剂可以为在以1:1重量比与蒸馏水混合时产生在2,000psia下比蒸馏水在2,000psia下的气体水合物形成温度低约10至约150°F、约20至约80°F或30-60°F的量的气体水合物形成温度的水合物抑制液体混合物。例如,单乙二醇有资格作为水化抑制剂,因为蒸馏水在2,000psia下的气体水合物形成温度为约70°F,而蒸馏水和单乙二醇的1:1混合物在2,000psia下的气体水合物形成温度为约28°F。因此,单乙二醇在以1:1重量比加入蒸馏水中时使蒸馏水在2,000psia下的气体水合物形成温度降低约42°F。应当指出特定液体的气体水合物形成温度可取决于用于测定气体水合物形成温度的天然气的组成构成而变化。因此,当气体水合物形成温度在本文中用于限定构成“水化抑制剂”时,该气体水合物温度呈现为使用包含92摩尔%甲烷、5摩尔%乙烷和3摩尔%丙烷的天然气组合物测定。
在形成反应混合物中,可将单体、水、至少一种表面活性剂和任选水化抑制剂在保持为少于约1,000ppmw氧气或者少于约100ppmw氧气的基本无氧气氛下结合。无氧气氛可通过将反应容器用惰性气体如氮气和/或氩气连续清洗而保持。系统的温度可保持在从连续相的冰点至约60℃、约0至约45℃或0-30℃的水平。系统压力可保持在约5至约100psia、约10至约25psia,或者约大气压力。然而,可能需要达约300psia的较高压力以使某些单体如二烯烃聚合。
接着,如果需要的话,可一次性或者随时间加入缓冲剂,其后加入引发剂。聚合反应进行足够的时间量以实现至少约90重量%的单体转化率。通常,该时间为约1至约10小时,或者3-5小时。在聚合期间,可将反应混合物连续搅拌。
下表描述存在于反应混合物中的成分的量的近似宽和窄范围。
乳液聚合反应得到包含固体颗粒的分散相和液体连续相的胶乳组合物。胶乳可以为包含高分子量聚合物颗粒的分散相和含有水的连续相的稳定胶体分散体。胶体颗粒可包含胶乳的约10至约60重量%,或者胶乳的40-50重量%。连续相可包含水、高HLB表面活性剂、水化抑制剂(如果存在的话)以及根据需要,缓冲剂。水可以以胶乳的约20至约80重量%或者胶乳的约40至约60重量%存在。高HLB表面活性剂可包含胶乳的约0.1至约10重量%,或者胶乳的0.25-6重量%。如上表中所指出的,缓冲可以以达到引发聚合反应所需的pH的量存在,且为引发剂相关的。通常,引发反应所需的pH为6.5-10。
当水化抑制剂用于反应混合物时,它可以以得到约1:10至约10:1、约1:5至约5:1或2:3-3:2的水化抑制剂:水重量比的量存在于所得胶乳中。作为选择,所有或一部分水化抑制剂可在聚合以后加入胶乳中以在胶乳的连续相中提供所需量的水化抑制剂。
在一个实施方案中,胶乳的分散相的减阻聚合物可具有至少约1×106克/摩尔、至少约2×106克/摩尔,或者至少5×106克/摩尔的重均分子量(Mw)。减阻聚合物的胶体颗粒可具有小于约10μm、小于约1,000nm(1μm)、约10至约500nm或50-250nm的平均粒度。至少约95重量%的胶体颗粒可以大于约10nm且小于约500nm。至少约95重量%的胶体颗粒可以大于约25nm且小于约250nm。连续相可具有约4至约10,或者约6至约8的pH,并且如果有的话,包含少许多价阳离子。
在一个实施方案中,减阻聚合物可包含至少约10,000、至少约25,000,或者至少50,000个选自上述单体的残基的重复单元。在一个实施方案中,减阻聚合物可包含少于1个支化单元每个单体残基重复单元。另外,减阻聚合物可包含少于1个连接基团每个单体残基重复单元。此外,减阻聚合物可显示出很少或者不显示支化或交联。减阻聚合物还可包含基于减阻聚合物中的单体残基重复单元的总数为约0至约1%的量的全氟烷基。
在形成减阻聚合物以后加入的烃添加剂可以为任何惯常已知的烃添加剂。在一个实施方案中,烃添加剂可选自烃,例如庚烷、异辛烷、煤油、贫正链烷烃煤油及其组合。在备选实施方案中,烃添加剂来自不同于烃管道的来源。可将任何已知量的烃添加剂加入减阻聚合物中,条件是它不影响减阻聚合物的稳定性。在一个实施方案中,将约3重量%至约16重量%烃添加剂与减阻剂结合。在一个实施方案中,将约3重量%至约30重量%烃添加剂与减阻剂结合。
在备选实施方案中,烃添加剂可具有约300℃和以下的蒸馏温度。在其它实施方案中,蒸馏温度可以为约275℃及以下、250℃及以下、258℃及以下、225℃及以下、200℃及以下、175℃及以下、150℃及以下、126℃及以下或者甚至100℃及以下。
给出关于本发明某些实施方案的以下实施例。各个实施例作为对本发明、本发明许多实施方案中的一个的解释而提供,并且以下实施例应不理解为限制或者限定本发明的范围。
试样制备
将烃添加剂以各种水平后加入预制备的减阻剂配制剂中。在试验以前将所得试样辊压以确保均匀分布。
LMI泵试验
还使用Milton Roy LMI B7系列泵以筛选实验室中产物配制剂的泵送性能。将约1L试样加入装配有进料和返回口的容器中,并借助泵以约180g/min的速率连续再循环。在一段时间以后,取决于试验协议,停止泵并除去干净的丙烯酸泵头。在收集形成的任何附着膜以前,将头和隔膜的内表面用水轻微冲洗以除去残余胶乳。将膜收集到配衡锡中并在称重以前使其在环境条件下干燥24小时。
表1.具有烃添加剂的减阻剂的5小时LMI泵试验结果
添加剂 | 试验持续时间(小时) | 隔膜上的质量(g) |
甲苯(8%) | 5 | 0.000 |
煤油(12%) | 5 | 0.0109 |
1-癸烯(8%) | 5 | 0.027 |
1-癸烯(4%) | 5 | 0.149 |
无添加剂 | 5 | 0.292 |
无添加剂 | 5 | 0.121 |
表1.具有烃添加剂的减阻剂的3小时LMI泵试验结果
最后,应当指出,任何参考文献的讨论不是承认它是本发明的现有技术,尤其是公开日期在本申请的优先权日期以后的任何参考文献。同时,将下文各个和每个权利要求结合到本详细描述或说明中作为本发明的其它实施方案。
尽管详细描述了本文所述的体系和方法,应当理解可不偏离如以下权利要求书所定义的本发明精神和范围而做出各种变化、取代和改变。本领域技术人员可以能够研究优选实施方案并确定未确切地如本文所述的执行本发明的其它方式。发明人的意图是本发明的变化和等价物在权利要求书的范围内,同时说明书、摘要和图不用于限制本发明的范围。具体而言,本发明意欲与以下权利要求书及其等价物一样宽。
Claims (20)
1.一种减阻聚合物配制剂,其包含:
包含减阻聚合物和烃添加剂的混合物,所述烃添加剂选自由庚烷、异辛烷、煤油、贫正链烷烃煤油及其组合组成的组,其中烃添加剂在减阻聚合物配制剂中的重量百分数为3重量%-16重量%,其中减阻聚合物为胶乳减阻聚合物。
2.根据权利要求1的减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物借助乳液聚合形成。
3.一种减阻聚合物配制剂,其包含
包含减阻聚合物和烃添加剂的混合物,所述烃添加剂选自由庚烷、异辛烷、煤油、贫正链烷烃煤油及其组合组成的组,其中烃添加剂在减阻聚合物配制剂中的重量百分数为3重量%-16重量%,其中减阻聚合物借助乳液聚合形成。
4.根据权利要求1-3中任一项的减阻聚合物配制剂,其中烃添加剂是煤油。
5.根据权利要求1-3中任一项的减阻聚合物配制剂,其中烃添加剂具有小于或等于300℃的蒸馏温度。
6.根据权利要求1-3中任一项的减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物抑制烃管道中湍流涡旋的生长。
7.根据权利要求1-3中任一项的减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物包含至少25000个重复单元。
8.根据权利要求1-3中任一项的减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物具有至少1×106克/摩尔的重均分子量。
9.一种减阻聚合物配制剂,其包含减阻聚合物和煤油的混合物,其中煤油在减阻聚合物配制剂中的重量百分数为3重量%-16重量%,其中减阻聚合物为胶乳减阻聚合物。
10.根据权利要求9的减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物借助乳液聚合形成。
11.根据权利要求9或10的减阻聚合物配制剂,其中减阻聚合物具有至少1×106克/摩尔的重均分子量。
12.一种注射减阻聚合物配制剂的方法,其包括:
将减阻聚合物配制剂注入包含第一烃的管道中,其中减阻聚合物配制剂包含包含减阻聚合物和第二烃的混合物,第二烃选自由庚烷、异辛烷、煤油、贫正链烷烃煤油及其组合组成的组,其中第二烃在减阻聚合物配制剂中的重量百分数为3重量%-16重量%。
13.根据权利要求12的方法,其中第一烃是原油。
14.根据权利要求12的方法,其中第二烃是煤油。
15.根据权利要求12的方法,其中减阻聚合物抑制管道中湍流涡旋的生长。
16.根据权利要求12的方法,其中第二烃具有小于或等于300℃的蒸馏温度。
17.根据权利要求1的减阻聚合物配制剂,其中混合物还包含非离子表面活性剂。
18.根据权利要求1的减阻聚合物配制剂,其中混合物还包含阴离子表面活性剂。
19.根据权利要求9的减阻聚合物配制剂,其中混合物还包含非离子表面活性剂。
20.根据权利要求9的减阻聚合物配制剂,其中混合物还包含阴离子表面活性剂。
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