CN111363518B - 一种磷酸酯类减阻剂的制备方法及其在输气管道中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷酸酯类减阻剂的制备方法及其在输气管道中的应用。将适量杂环化合物和芳香族化合物加入到反应器中，在低温和惰性气体保护下加入磷酸酯类化合物，合成减阻剂。本发明制备的减阻剂，减阻效果稳定、有效期长、对气体管道内壁、内涂层和气质无影响、无毒环保、溶解性好、易于现场应用，并且原料来源直接廉价、操作简单、反应条件温和，减阻效果可达到25％，有效期可达到90天，具有良好的应用前景。

Description

一种磷酸酯类减阻剂的制备方法及其在输气管道中的应用

技术领域

本发明属于化学合成领域，具体涉及一种应用于天然气长输管道减阻的一类高效气体管道减阻剂——磷酸酯类减阻剂的制备方法。

背景技术

目前，国内外天然气管网处于快速发展时期，不仅要求天然气管网建设快速发展，而且希望在役管线满负荷甚至超负荷运行。此外，各个地区、不同季节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，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中提到了利用乙二醇、乙醇、脂肪酸和烃类等小分子化合物研究气体管道减阻的方法，未提到减阻效果；在专利US5020561中提出了利用缓蚀剂研究气体管道减阻的方法，减阻效果只有2％－9％，没有提到有效期，据研究缓蚀剂的有效期很短，必须连续注入。

发明内容

本发明的目的是提供一类减阻率稳定、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、易于现场应用并原料来源直接廉价、操作简单、反应条件温和的输气管道减阻剂。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种磷酸酯类减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将适量杂环化合物和芳香族化合物加入到密闭容器中，混合均匀，得混合液；

(2)在低温和惰性气体保护下，向步骤(1)所得混合液中，加入适量磷酸酯类化合物，先在低温下反应，然后逐渐升温，反应至完全，得反应液；

(3)将步骤(2)所得反应液，冷却，静置分层，将下层有机相分离出来，用有机溶剂对有机相进行萃取，通过减压蒸馏蒸出有机溶剂，得磷酸酯类减阻剂。

进一步的，上述的制备方法，步骤(1)中，所述杂环化合物是吡啶、烷基吡啶、呋喃、呋喃甲醛、四氢噻唑、咪唑、甲基咪唑、吡咯、喹啉、嘧啶、噻吩、吲哚或嘌呤的一种或两种以上的复配。

进一步的，上述的制备方法，步骤(1)中，所述芳香族化合物是二甲苯、甲氧基苯、乙基苯、苯酚、苯胺、卞基苯、甲苯、溴代苯酚或氯代苯酚的一种或两种以上的复配。

进一步的，上述的制备方法，步骤(1)中，按质量比，杂环化合物:芳香族化合物＝1:2～1:5。

进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述磷酸酯类化合物是磷酸丁酯、磷酸异丁酯、磷酸甲酯、磷酸己酯、磷酸异已酯、磷酸乙酯、磷酸辛酯或磷酸异辛酯的一种。

进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，按质量比，磷酸酯类化合物:混合液＝2:3～1:3。

进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述低温为-10～-50℃，先在-10～-50℃下反应2～5小时，然后以升温速率为每分钟1～5℃升温至40～80℃，在40～80℃下反应4～12小时。

进一步的，上述的制备方法，步骤(3)中，所述有机溶剂是N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、二甲苯、乙腈、无水乙醇、乙酸乙酯或丁醇的一种或两种以上的复配。

本发明提供的磷酸酯类减阻剂在输气管道中的应用。

进一步的，所述输气管道为天然气输气管道。

本发明的有益效果是：

1、本发明的磷酸酯类减阻剂应用于天然气输气管道，有效地解决了常规气体管道减阻剂减阻效果差、有效期短的难题。

2、本发明提供的磷酸酯类减阻剂减阻率稳定、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。

3、本发明提供的磷酸酯类减阻剂原料来源直接廉价、操作简单、反应条件温和，减阻效果可达到25％，有效期可达到90天，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。但不应理解为对本发明的限制，在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或者条件等所做修改或替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

实施例1

磷酸酯类减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将100g呋喃甲醛和300g苯胺，加入三口烧瓶中，密封，混合均匀，得混合液。

2)将三口烧瓶置于-30℃的冷浴中，以100mL/min的速率向三口烧瓶中通氮气保护。然后向内含混合液的三口烧瓶中，加入200g磷酸异丁酯，在-30℃下反应3小时后，以每分钟2℃的升温速率升温至50℃，于50℃下反应8小时，得反应液。

3)冷却，静置分层，将下层有机相分离出来，用乙酸乙酯和丁醇混合溶剂(按体积比乙酸乙酯:丁醇＝2:1)萃取有机相，通过减压蒸馏蒸出有机溶剂，得磷酸酯类减阻剂。

实施例2

磷酸酯类减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将100g丁基吡啶和250g乙基苯，加入三口烧瓶中，密封，混合均匀，得混合液；

2)将三口烧瓶置于-30℃的冷浴中，以100mL/min的速率向三口烧瓶中通氮气保护。然后向内含混合液的三口烧瓶中，加入150g磷酸丁酯，在-30℃下反应3小时后，以每分钟2℃升温速率升温至60℃，于60℃下反应6小时，得反应液。

3)冷却，静置分层，将下层有机相分离出来，用N,N-二甲基甲酰胺溶剂萃取有机相，通过减压蒸馏蒸出有机溶剂，得磷酸酯类减阻剂。

实施例3

磷酸酯类减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将100g甲基咪唑和300g二甲苯，加入三口烧瓶中，密封，混合均匀，得混合液；

2)将三口烧瓶置于-30℃的冷浴中，以100mL/min的速率向三口烧瓶中通氮气保护。然后向内含混合液的三口烧瓶中，加入200g磷酸异己酯，在-30℃下反应4小时后，以每分钟3℃升温速率升温至60℃，于60℃下反应10小时，得反应液；

3)冷却，静置分层，将下层有机相分离出来，用二甲苯和乙酸乙酯混合溶剂(按体积比二甲苯:乙酸乙酯＝1:2)萃取有机相，通过减压蒸馏蒸出有机溶剂，得磷酸酯类减阻剂。

实施例4

磷酸酯类减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将100g喹啉和250g甲苯，加入三口烧瓶中，密封，混合均匀，得混合液；

2)将三口烧瓶置于-20℃的冷浴中，以100mL/min的速率向三口烧瓶中通氮气保护。然后向内含混合液的三口烧瓶中，加入150g磷酸辛酯，在-20℃下反应3小时后，以每分钟2℃的升温速率升温至50℃，于50℃下反应12小时，得反应液。

3)冷却，静置分层，将下层有机相分离出来，用N,N-二甲基甲酰胺和二甲苯混合溶剂(按体积比，N,N-二甲基甲酰胺:二甲苯＝2:1)萃取有机相，通过减压蒸馏蒸出有机溶剂，得磷酸酯类输气管道减阻剂。

实施例5

磷酸酯类减阻剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将100g吡啶和300g二甲苯，加入到三口烧瓶中，密封，混合均匀，得混合液；

2)将三口烧瓶置于-20℃的冷浴中，以100mL/min的速率向三口烧瓶中通氮气保护。然后向内含混合液的三口烧瓶中，加入200g磷酸异辛酯，在-20℃下反应5小时后，以每分钟4℃的升温速率升温至70℃，于70℃下反应10小时，得反应液。

3)反应结束后，冷却，静置分层，将下层有机相分离出来，用乙腈和无水乙醇混合溶剂(按体积比，乙腈:无水乙醇＝2:1)萃取有机相，通过减压蒸馏蒸出有机溶剂，得磷酸酯类减阻剂。

对比例1：

当市售ND-N气体减阻剂、G20气体减阻剂和实施例1-5所述的减阻剂在气体管道应用时，试验方法按照在油气储运杂志发表的“天然气减阻剂性能测试环道”的方法进行检测(油气储运，2010，29(2)，121～123)，减阻率和有效期对比如表1所示。

表1

表1中显示，本发明方法制备的磷酸酯类减阻剂在气体管道应用中，相对于市售的ND-N气体减阻剂和G20气体减阻剂，在减阻率和有效期方面的效果有明显的提升。

所举实验仅是本发明的较佳实例，并不用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种磷酸酯类减阻剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将适量杂环化合物和芳香族化合物加入到密闭容器中，混合均匀，得混合液；

（2）在低温和惰性气体保护下，向步骤（1）所得混合液中，按质量比，磷酸酯类化合物:混合液=2:3～1:3，加入适量磷酸酯类化合物，先在-10～-50℃下反应2～5小时，然后以升温速率为每分钟1～5℃升温至40～80℃，在40～80℃下反应4～12小时，得反应液；所述磷酸酯类化合物是磷酸丁酯、磷酸异丁酯、磷酸甲酯、磷酸己酯、磷酸异已酯、磷酸乙酯、磷酸辛酯或磷酸异辛酯的一种；

（3）将步骤（2）所得反应液，冷却，静置分层，将下层有机相分离出来，用有机溶剂对有机相进行萃取，通过减压蒸馏蒸出有机溶剂，得磷酸酯类减阻剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述杂环化合物是吡啶、烷基吡啶、呋喃、呋喃甲醛、四氢噻唑、咪唑、甲基咪唑、吡咯、喹啉、嘧啶、噻吩、吲哚或嘌呤的一种或两种以上的复配。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述芳香族化合物是二甲苯、甲氧基苯、乙基苯、苯酚、苯胺、卞基苯、甲苯、溴代苯酚或氯代苯酚的一种或两种以上的复配。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，按质量比，杂环化合物:芳香族化合物=1:2～1:5。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述有机溶剂是N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、二甲苯、乙腈、无水乙醇、乙酸乙酯或丁醇的一种或两种以上的复配。

6.按照权利要求1～5任一项所述的方法制备的磷酸酯类减阻剂在输气管道中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述输气管道为天然气输气管道。