CN114133472B - 一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物的方法及应用 - Google Patents

一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用煤制烯烃制取聚α‑烯烃高分子聚合物的方法及应用。制备方法包括如下步骤：将来源于煤制烯烃的碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13和/或C14的α‑烯烃和烷烃混合物加入聚合釜内，再向聚合釜内加入主催化剂和助催化剂，控制反应温度在‑15℃～5℃之间，搅拌反应1～12h，冷却后，得目标产物聚α‑烯烃高分子聚合物。本发明解决了减阻共聚物的分子量与剪切降解之间的矛盾，本发明选用煤制烯烃为聚合体，Ziegler‑Natta体系催化剂为聚合反应的引发催化剂，通过调整α‑烯烃碳原子数、助催化剂和主催化剂用量、聚合反应温度等控制手段，从而达到最佳的减阻及抗剪切效果。

Description

一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物的方法及应用
技术领域
本发明属于化学合成领域，具体的涉及一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子减阻剂的方法。
背景技术
减阻剂是一种应用于原油管道输送的化学添加剂，它通过抑制油品在流动中的湍动程度，从而减少流动阻力，有效提高管道输送量，降低管道压力，节约能源，提高管道运行的安全系数，降低生产成本。采用减阻剂节能增输手段是现阶段有效解决原油管道输送问题的重要工艺。
高分子减阻剂的减阻效果与分子量分布、最高分子量的绝对值及相应组分所占比重、大分子在溶剂中的构型、链的结构和强度等一系列因素有关。高分子量的减阻剂可以在用量很小的情况下，达到很高的减阻效果。目前高分子量的减阻剂主要是烯烃均聚物或共聚物，最有效的高分子量减阻聚合物是聚α-烯烃。但是高分子减阻剂的减阻效果同其分子量的高低有关，高分子量的减阻剂极易因分子链的断裂而使其分子量降低，从而导致分子链的断裂，这就是通常所说的剪切降解。解决高分子减阻剂的高分子量与剪切降解之间的矛盾一直是本领域的研究课题。
发明内容
为了解决减阻共聚物的分子量与剪切降解之间的矛盾，本发明选用煤制烯烃为聚合体，Ziegler-Natta体系催化剂作为聚合反应的引发催化剂，通过调整α-烯烃碳原子数、助催化剂和主催化剂用量、聚合反应温度等控制手段，从而达到最佳的减阻及抗剪切效果。
本发明采用的技术方案是：一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物的方法，包括如下步骤：
1)以煤制烯烃为原料，通过精馏和精制分别获得碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13或C14的α-烯烃和烷烃混合物；具体为：
1.1)精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃以8L/h的流速流经精馏塔，控制塔温30～190℃之间，分别精馏出碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13或C14的馏分；
1.2)精制：将步骤1.1)所得馏分，流经装有催化剂的反应器，反应器温度控制在220～480℃，分别得精制的碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13或C14的α-烯烃和烷烃混合物；催化剂以固定床形式置于反应器中。
2)将碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13和/或C14的α-烯烃和烷烃混合物加入聚合釜内，然后再向聚合釜内加入主催化剂和助催化剂，控制反应温度在-15℃～5℃之间，搅拌反应1～12h，通过蒸馏蒸出去除未反应的烷烃，得目标产物聚α-烯烃高分子聚合物。
优选的，步骤1.2)中，所述催化剂为金属氧化物或过度金属氧化物。
更优选的，所述金属氧化物是氧化铁、氧化铝、氧化锌或氧化镧；所述过度金属氧化物是氧化锆、氧化钽、氧化铌或氧化镉。
优选的，步骤2)中，所述主催化剂是Ziegler-Natta催化剂。
更优选的，按重量百分比，Ziegler-Natta催化剂的加入量为0.0001～0.6％。
优选的，所述助催化剂为有机硅化合物、一氯二乙基铝、三甲基铝、氯化二异丁基铝、三异丁基铝、三氯化钛或四氯化钛的一种或二种以上的混合。更优选的，按质量比，主催化剂:助催化剂＝1:1.5～2。
采用本发明的方法制备的聚α-烯烃高分子聚合物作为高分子减阻剂的应用。
本发明的有益效果是：
1、煤制烯烃是目前唯一能产出单双碳数的α-烯烃且为烷烃、烯烃混合物，本发明首先将煤制烯烃里的碳6、碳7、碳8、碳9、碳10、碳11、碳12、碳13、碳14等烷烃和烯烃混合物分别精馏出单一碳数的α-烯烃和烷烃的混合物，再聚合出高分子聚合物(分子量大于106)，作为减阻剂，在输油管道内注入少量减阻剂就能达到最佳的减阻及抗剪切的效果。
2、本发明通过调整不同碳数的配比聚合所得的聚α-烯烃高分子聚合物，可得到最佳的减阻效果以及抗剪切性能。
3、本发明利用煤制烯烃里面的烯烃为聚合体，烷烃为溶剂，通过Ziegler-Natta催化剂，调整助催化剂和主催化剂用量、控制聚合反应温度等手段制备聚α-烯烃高分子减阻剂。
4、本发明制备的聚α-烯烃高分子聚合物，分子量在2.65×106-6.69×106。经实验室模拟环道实验，减阻率为40％-76％之间。经实验室模拟环道过泵抗剪切实验，加入10mg/L的本发明减阻剂在油品中，经过15次过泵剪切实验，其减阻率仍在35％以上，但未加入本发明的减阻剂，加入其他方式聚合的减阻剂在油品经过15次过泵剪切实验后，其减阻率下降至1％以下，本发明的减阻剂的抗剪切性能比其他减阻剂提高30-50倍。
具体实施方式
实施例1一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物
制备方法如下：
1、C8α-烯烃和烷烃混合物：
精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃，以8L/h的流速流经精馏塔(上海大有DYH251筛板塔)，控制塔温70℃，塔顶以2L/h流速经流出口精馏出碳数为8的C8的馏分；
精制：将精馏所得C8的馏分，以1L/h流速流经装有催化剂氧化铝的反应器(氧化铝以固定床形式置于反应器中)，反应器温度控制在220℃，进行化学反应，去除含氧化合物后，得精制的碳数为8的C8α-烯烃和烷烃混合物。
2、C9α-烯烃和烷烃混合物：
精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃，以8L/h的流速流经精馏塔(上海大有DYH251筛板塔)，控制塔温90℃，塔顶以2L/h流速经流出口精馏出碳数为9的C9的馏分；
精制：将精馏所得C9的馏分，以1L/h流速流经装有催化剂氧化铝的反应器(氧化铝以固定床形式置于反应器中)，反应器温度控制在240℃，进行化学反应，去除含氧化合物后，得精制的碳数为9的C9α-烯烃和烷烃混合物。
3、C10α-烯烃和烷烃混合物：
精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃，以8L/h的流速流经精馏塔(上海大有DYH251筛板塔)，控制塔温110℃，塔顶以2L/h流速经流出口精馏出碳数为10的C10的馏分；
精制：将精馏所得C10的馏分，以1L/h流速流经装有催化剂氧化铝的反应器(氧化铝以固定床形式置于反应器中)，反应器温度控制在300℃，进行化学反应，去除含氧化合物后，得精制的碳数为10的C10α-烯烃和烷烃混合物。
4、按质量比1:1:1，取C8α-烯烃和烷烃混合物、C9α-烯烃和烷烃混合物及C10α-烯烃和烷烃混合物，加入聚合釜内，然后加入重量百分比为0.005％的主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂氯化二异丁基铝，按质量比，Ziegler-Natta催化剂:助催化剂＝1:1.6，开启制冷系统，冷却至-15℃，开始搅拌，保持温度在-15℃，搅拌反应10h，通过蒸馏蒸出未聚合的烷烃，所得产物为聚α-烯烃高分子聚合物。
实施例2一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物
制备方法如下：
1、C6α-烯烃和烷烃混合物：
精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃，以8L/h的流速流经精馏塔(上海大有DYH251筛板塔)，控制塔温30℃，塔顶以2L/h流速经流出口精馏出碳数为6的C6的馏分；
精制：将精馏所得C6的馏分，以1L/h流速流经装有催化剂氧化铝的反应器(氧化铝以固定床形式置于反应器中)，反应器温度控制在220℃，进行化学反应，去除含氧化合物后，得精制的碳数为6的C6α-烯烃和烷烃混合物。
2、C10α-烯烃和烷烃混合物：方法同实施例1。
3、C12α-烯烃和烷烃混合物：
精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃，以8L/h的流速流经精馏塔(上海大有DYH251筛板塔)，控制塔温150℃，塔顶以2L/h流速经流出口精馏出碳数为12的C12的馏分；
精制：将精馏所得C12的馏分，以1L/h流速流经装有催化剂氧化铝的反应器(氧化铝以固定床形式置于反应器中)，反应器温度控制在380℃，进行化学反应，去除含氧化合物后，得精制的碳数为12的C12α-烯烃和烷烃混合物。
4、按质量比1:1:1，取C6α-烯烃和烷烃混合物、C10α-烯烃和烷烃混合物及C12α-烯烃和烷烃混合物，加入聚合釜内，然后加入重量百分比为0.06％的主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂氯化二异丁基铝，按摩尔比，Ziegler-Natta催化剂:助催化剂＝1:1.6，开启制冷系统，冷却至-12℃，开始搅拌，保持温度在-12℃，搅拌反应9h，通过蒸馏蒸出未聚合的烷烃，所得产物为聚α-烯烃高分子聚合物。
实施例3一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物
制备方法如下：
1、C7α-烯烃和烷烃混合物：
精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃，以8L/h的流速流经精馏塔(上海大有DYH251筛板塔)，控制塔温50℃，塔顶以2L/h流速经流出口精馏出碳数为7的C7的馏分；
精制：将精馏所得C7的馏分，以1L/h流速流经装有催化剂氧化铝的反应器(氧化铝以固定床形式置于反应器中)，反应器温度控制在230℃，进行化学反应，去除含氧化合物后，得精制的碳数为7的C7α-烯烃和烷烃混合物。
2、C9α-烯烃和烷烃混合物：方法同实施例1。
3、C13α-烯烃和烷烃混合物：
精馏：将含有C6～C14α-烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃，以8L/h的流速流经精馏塔(上海大有DYH251筛板塔)，控制塔温170℃，塔顶以2L/h流速经流出口精馏出碳数为13的C13的馏分；
精制：将精馏所得C13的馏分，以1L/h流速流经装有催化剂氧化铝的反应器(氧化铝以固定床形式置于反应器中)，反应器温度控制在420℃，进行化学反应，去除含氧化合物后，得精制的碳数为13的C13α-烯烃和烷烃混合物。
4、按质量比1:1:1，取C7α-烯烃和烷烃混合物、C9α-烯烃和烷烃混合物及C13α-烯烃和烷烃混合物，加入聚合釜内，然后加入重量百分比为0.008％的主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂氯化二异丁基铝，按质量比，Ziegler-Natta催化剂:助催化剂＝1:1.6，开启制冷系统，冷却至-10℃，开始搅拌，保持温度在-10℃，搅拌反应9h，通过蒸馏蒸出未聚合的烷烃，所得产物为聚α-烯烃高分子聚合物。
实施例4一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物
制备方法如下：
1、C7α-烯烃和烷烃混合物：同实施例3。
2、C13α-烯烃和烷烃混合物：同实施例3。
3、按质量比1.5:1，取C7α-烯烃和烷烃混合物及C13α-烯烃和烷烃混合物，加入聚合釜内，然后加入重量百分比为0.02％的主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂氯化二异丁基铝，按质量比，Ziegler-Natta催化剂:助催化剂＝1:1.6，开启制冷系统，冷却至-5℃，开始搅拌，保持温度在-5℃，搅拌反应6h，通过蒸馏蒸出未聚合的烷烃，所得产物为聚α-烯烃高分子聚合物。
实施例5一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物
制备方法如下：
1、C9α-烯烃和烷烃混合物：同实施例1。
2、取C9α-烯烃和烷烃混合物，加入聚合釜内，然后加入重量百分比为0.007％的主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂氯化二异丁基铝，按质量比，Ziegler-Natta催化剂:助催化剂＝1:1.6，开启制冷系统，冷却至-3℃，开始搅拌，保持温度在-3℃，搅拌反应5h，通过蒸馏蒸出未聚合的烷烃，所得产物为聚α-烯烃高分子聚合物。
实施例6一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物
制备方法如下：
1、C12α-烯烃和烷烃混合物：同实施例2。
2、取C12α-烯烃和烷烃混合物，加入聚合釜内，然后加入重量百分比为0.004％的主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂氯化二异丁基铝，按质量比，Ziegler-Natta催化剂:助催化剂＝1:1.6，开启制冷系统，冷却至-3℃，开始搅拌，保持温度在-3℃，搅拌反应3h，通过蒸馏蒸出未聚合的烷烃，所得产物为聚α-烯烃高分子聚合物。
实施例7一种用煤制烯烃制取聚α-烯烃高分子聚合物
制备方法如下：
1、C12α-烯烃的制备：
乙烯齐聚法得C12α-烯烃。
2、取C12α-烯烃，加入聚合釜内，然后加入重量百分比为0.004％的主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂氯化二异丁基铝，按质量比，Ziegler-Natta催化剂:助催化剂＝1:1.6，开启制冷系统，冷却至-3℃，开启搅拌十分钟后出现爆聚现象，无法聚合。
实施例8聚α-烯烃高分子聚合物作为高分子减阻剂的应用
1、实施例1-6制备的聚α-烯烃高分子聚合物经凝胶色谱仪检定(凝胶色谱仪鉴定平均分子量项目，鉴定后结论是分子量的大小)。
2、实施例1-6制备的聚α-烯烃高分子聚合物，分子量如表1。
3、按检测标准SY/T 6578-2016，经实验室模拟环道实验，测定实施例1-6制备的聚α-烯烃高分子聚合物的减阻率，结果如表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
分子量 6.69×106 6.37×106 6.20×106 6.12×106 5.24×106 3.24×106
减阻率 74％ 73％ 71％ 68％ 53％ 42％
由表1可见，本发明制备的聚α-烯烃高分子聚合物，分子量在2.65×106-6.69×106。经实验室模拟环道实验，减阻率为40％-76％之间。经实验室模拟环道过泵抗剪切实验，加入10mg/L的本发明减阻剂在油品中，经过15次过泵剪切实验，其减阻率仍在35％以上，但未加入本发明的减阻剂，加入其他方式聚合的减阻剂在油品经过15次过泵剪切实验后，其减阻率下降至1％以下，所以本发明的减阻剂的抗剪切性能比其他减阻剂提高30-50倍。

Claims (6)

1.一种用煤制烯烃制取聚α- 烯烃高分子聚合物减阻剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）以煤制烯烃为原料，通过精馏和精制分别获得碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14的α- 烯烃和烷烃混合物；
1.1）精馏：将含有C6～C14 α- 烯烃和烷烃混合物的煤制烯烃以８L/ｈ的流速流经精馏塔，控制塔温30～190℃之间，分别精馏出碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14的馏分；
1.2）精制：将步骤1.1）所得馏分，流经装有催化剂的反应器，反应器温度控制在220～480℃，分别得精制的碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14的α- 烯烃和烷烃混合物；催化剂以固定床形式置于反应器中；
2）将碳数为C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13和/或C14的α- 烯烃和烷烃混合物加入聚合釜内，然后再向聚合釜内加入主催化剂Ziegler-Natta催化剂和助催化剂，控制反应温度在-15℃～5℃之间，搅拌反应1～12h，通过蒸馏蒸出未反应的烷烃，得目标产物聚α- 烯烃高分子聚合物；所述聚α- 烯烃高分子聚合物分子量在3.24×106-6.69×106。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.2）中，所述催化剂为金属氧化物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物是氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化镧、氧化锆、氧化钽、氧化铌或氧化镉。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按重量百分比，Ziegler-Natta催化剂的加入量为0.0001～0.6%。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述助催化剂为有机硅化合物、一氯二乙基铝、三甲基铝、氯化二异丁基铝、三异丁基铝的一种或二种以上的混合。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，按质量比，主催化剂:助催化剂=1:1.5～2。
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