DE2361166C2 - Verwendung von hydriertem Polyisopren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes fließender nicht-wäßriger Flüssigkeiten - Google Patents

Verwendung von hydriertem Polyisopren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes fließender nicht-wäßriger Flüssigkeiten

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von hydriertem Polyisopren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes fließender nichtwäßriger Flüssigkeiten.
Es ist bekannt daß beim Transport von Flüssigkeiten durch fließendes Strömen Energie zur Überwindung der bei der Bewegung der Flüssigkeit auftretenden Reibung erforderlich ist Wenn eine Flüssigkeit gepumpt oder unter Druck transportiert wird, so tritt der Reibungsverlust als Druckabfall entlang des Rohres oder der Leitung, in der die Flüssigkeit befördert wird, in Erscheinung. Dieser Druckabfall ist im allgemeinen dann groß, wenn die Geschwindigkeit der Flüssigkeit die kritische Grenze für die laminare Strömung überschreitet. Hohe Reibungsverluste, die für nichtlaminare Strömungen typisch sind, treten bei großtechnischen, hohe Flüssigkeitsgeschwindigkeiten erfordernde;! Maßnahmen auf, wie z. B. beim Transport großer Flüssigkeitsvolumina über große Entfernungen, wie in Erdöl-Pipelines.
Es müssen deshalb ergebliche Energiemengen zum Ausgleich des durch den Reibungsverlust hervorgerufenen Druckabfalls aufgewendet werden. Es ist deshalb offensichtlich, daß eine Verminderung dieses Reibungsverlustes geringere Betriebsdrücke ermöglichen und deshalb auch zu verminderten Energieanforderungen führen würde. Gleichzeitig könnten bei Anwendung des gleichen Energieaufwandes höhere Fließgeschwindigkeiten erzielt werden.
Es wurde bisher das Zusetzen verschiedener Materialien als Mittel zur Herabsetzung der Reibung vorgeschlagen. So wird z. B. in den US-Patentschriften 32 15 154 und 34 93 000 die Wirksamkeit von cis-Polyiso pren als Mittel zur Herabsetzung der Reibung beschrieben. Obwohl Polyisopren, wie in den beiden vorstehenden Patentschriften' beschrieben wird, ein ausgezeichnetes Mittel zur Herabsetzung der Reibung ist, wurde jetzt gefunden, daß hydriertes Polyisopren ein noch besseres Mittel zur Herabsetzung der Reibung mit einer überraschend besseren Stabilität gegenüber
Scherbeanspruchung ist Die Erfindung betrifft demgemäß die Verwendung
to von hydriertem Polyisopren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes fließender nichtwäßriger Flüssigkeiten.
Es wurde gefunden, daß hydriertes Polyisopren, das in einer großen Zahl von nichtwäßrigen Flüssigkeiten in den erwünschten Konzentrationen löslich ist, in einer Konzentration von 0,0002 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der nichtwäßrigen Flüssigkeit den Reibungsverlust um 27 Prozent und in einer Konzentration von 0,0011 Gewichtsprozent um 45 Prozent herabsetzt Diese repräsentativen Werte schwanken je nach dem mittleren Molekulargewicht des Polymerisats, den Fließbedingungen und der Fähigkeit der Flüssigkeit, das Polymerisat zu lösen.
Die Verwendung von hydriertem Polyisopren zur
Herabsetzung des Reibungswiderstandes eignet sich besonders für flüssige Kohlenwasserstoffe, wie Rohöle und Rohölfraktionen, und stellt insbesondere eine Möglichkeit dar, den Reibungsverlust beim Transport von Rohölen über große Entfernungen in Pipelines zu vermindern.
Es muß sich beim erfindungsgemäß zu verwendenden hydrierten Polyisopren nicht um ein vollständig hydriertes Polyisopren handeln; es ist vielmehr ein hydriertes Polyisopren mit einem Hydrierungsgrad von 50 bis 100 Prozent in ausreichender Weise für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet Vollständig hydriertes Polyisopren weist eine bessere Stabilität gegenüber Scherbeanspruchung und bessere Löslichkeit auf, während teilweise hydriertes Polyisopren hauptsächlich eine verbesserte Löslichkeit gegenüber Polyisopren aufweist
Obwohl schon der Zusatz von hydriertem Polyisopren mit einem mittleren Molekulargewicht unterhalb 1 χ 10s zu einer signifikanten Herabsetzung der Reibungsverluste führt, wird doch vorzugsweise ein Polymerisat mit einem mittleren Molekulargewicht oberhalb 1 χ 10s verwendet Insbesondere wird ein Polymerisat mit einem mittleren Molekulargewicht von etwal χ 10*^5 2 χ 107 verwende:.
so Insbesondere wird ein hauptsächlich aus 1,4-Polyisopren bestehendes hydriertes Polyisopren erfindungsgemäß verwerdet So wurde z. B. gefunden, daß ein aus etwa 92 Gewichtsprozent hydriertem eis-1,4-, 4 Gewichtsprozent hydriertem trans-1,4- und 4 Ge-
wichtsprozent hydriertem 3,4-Polyisopren, d. h. insgesamt aus etwa 96 Gewichtsprozent hydriertem 1,4-Polyisopren bestehendes hydriertes Polyisopren besonders für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet ist. Hydriertes Polyisopren führt schon bei Konzentratio-
nen von 0,0001 Gewichtsprozent und in einigen Fällen schon bei noch niedrigeren Konzentrationen zu einer wirksamen, ins Gewicht fallenden Herabsetzung der Reibung; es wird jedoch im allgemeinen vorzugsweise in höheren Konzentrationen verwendet. Obwohl das Polymerisat auch in Konzentrationen oberhalb 0,2 Gewichtsprozent verwendet werden kann, ist die Verwendung so hoher Konzentrationen im allgemeinen nicht erforderlich. Demgemäß wird das Polymerisat bei
der erfindungsgemäßen Verwendung vorzugsweise in Konzentrationen von etwa 0,0001 bis etwa 0,2 Gewichtsprozent eingesetzt Die bestmögliche Polymerisatmenge hängt natürlich vom Molekulargewicht des Polymerisats und von den Fließbedingungen der Flüssigkeit ab. Im allgemeinen wird eine ins Gewicht fallende und wirtschaftlich erhebliche Herabsetzung des Reibungsverlustes von Flüssigkeiten unter turbulenten FlieQbedingungen schon durch Zusetzen sehr geringer Mengen an hydriertem Polyisopren erreicht
Üblicherweise wirkt sich das Vorhandensein geringer Mengen des Polymerisats in nichtwäßrigen Flüssigkeiten nicht auf den ins Auge gefaßten Verwendungszweck der nichtwäßrigen Flüssigkeit aus. Es ist jedoch möglich, das Polymerisat nach seiner Verwendung wieder von der Flüssigkeit abzutrennen, wenn dies im allgemeinen auch nicht wirtschaftlich ist
In der Praxis kann das hydrierte Polyisopren bei der erfindungsgemäßen Verwendung direkt in fester Form mit der nichtwäßrigen Flüssigkeit vermischt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, durch Lösen des Polymerisats in Kerosin oder in einer anderen geeigneten Flüssigkeit ein Konzentratgemisch herzustellen. Um die Lösungsgeschwindigkeit zu erhöhen, kann das Konzentratgemisch bis auf 930C erhitzt werden, ohne daß dadurch praktisch eine nachteilige Wirkung auf die anschließende Herabsetzung der Reibung ausgeübt wird. Die Anwendung höherer Temperaturen kann zu Problemen führen, da bekannt ist, daß hydriertes Polyisopren bei Temperaturen oberhalb ungefähr 3?.7°C auch in Abwesenheit von Sauerstoff abgebaut wird.
Die nachstehenden Beispiele erläu;ern die Erfindung. In den Beispielen wird gezeigt, daß hydriertes Polyisopren eine größere Stabilität gigen Scherbeanspruchung aufweist als nichthydriertes Polyisopren. Es geht weiter aus den Beispielen hervor, daß sich hydriertes Polyisopren besser in flüssigen Kohlenwasserstoffen als Athylen-Propylen-Mischpolymerisate löst. Die bessere Löslichkeit ist hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der erfmdungsgemäßen Verwendung von erheblicher Bedeutung.
Beispiel 1
Die bessere Stabilität einer Probe von hydriertem eis-Polyisopren gegenüber Scherbeanspruchung wird geprüft und mit der Stabilität gegenüber Scherbeanspruchung des nichthydrierten Polyisopren-Ausgangsmaterials verglichen. Beide Proben weisen ein Molekulargewicht von 400 000 auf und liegen bei der Prüfung in einer Konzentration von 0,04 Gewichtsprozent in Cyclohexan vor. Die Anordnung des Prüfversuchs besteht aus einem Glasrohr mt einer Länge von 1,2 m und einem Innendurchmesser von 3,63 mm, das im vollentwickelten Teil der Strömung mit im Abstand von 17,8 cm voneinander angeordneten Druckventilen versehen ist Die Probelösung wird mittels zwei Kolben mit einem Durchmesser von 12,7 cm an den beiden entgegengesetzten Enden des Glasrohres durch den Kreislauf des Systems gepumpt Durch dieses Verfahren zum Umpumpen der Lösungen wird der Abbau der Polymerisate durch hochwirksame Scherkräfte, der bei Verwendung von herkömmlichen Pumpen, insbesondere von Zentrifugalpumpen, stattfindet vermieden.
Die Lösungen unterliegen beim Umpumpen durch das Fließsystem einer Scherbelastung an den Rohrwänden von 6000 Dyn/cm2. Die Scherbelastung an den Rohrwänden wird durch die Gleichung D dp
wiedergegeben, in der D der Rohrdurchmesser und dp/dx der Druckabfall ist In Tabelle I sind die Ergebnisse als prozentuale Herabsetzung der Reibung und als Anzahl von Durchlaufen durch das S5 stern aufgeführt Die prozentuale Herabsetzung der Reibung wird durch die Gleichung
F=IOO χ Vn-Wn
dargestellt in der /Ά/ und / die Reibungsfaktoren des Lösungsmittels bzw. der Lösung gemäß
J-
jo U2
sind, in der ο und U die Dichte und die Geschwindigkeit der umgepumpten Flüssigkeitsmasse sind.
Tabelle I
Anzahl von 30 1 prozentuale Herabsetzung der
Durchläufen 35 10 Reibung
20 Polyisopren hydriertes
50 Polyisopren
100 10,6 24,9
200 10,2 24,9
40 300 9,6 24,9
400 8,3 25,2
500 8,6 25,1
600 8,1 24,4
7,8 24,7
7,7 24,6
7,1 24,8
5,9 24,4
Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß bei den Proben mit dem hydrierten Polyisopren die Reibung nicht nur am Anfang stärker herabgesetzt wird, als bei den nichthydriertes Polyisopren enthaltenden Proben, sondern daß die Herabsetzung der Reibung bei den das hydrierte Polyisopren enthaltenden Proben auch nach 600 Durchläufen durch das System aufrecht erhalten bleibt. Die das nichthydrierte Polyisopren enthaltende Probe weist nach 600 Durchläufen eine erheblich schwächer werdende Herabsetzung der Reibung auf.
Es ist bekannt, daß ein sehr enger Zusammenhang zwischen dem Molekulargewicht des Polymerisats und der prozentualen Herabsetzung der Reibung besteht. Es wurde z. B. gefunden, daß eine Konzentration von 0,025 Gewichtsprozent Polyisobutylen mit einem Molekular gewicht von 8,2 χ 105 in Cyclohexan zu einer Herabset zung der Reibung um 21,1 Prozent führt, während unter sonst gleichen Bedingungen mit einem Polyisobutylen mit einem Molekulargewicht von 1,83 χ 106 eine Reibungsherabsetzung von 57,2 Prozent erzielt wird.
Daraus geht hervor, daß die mit der Zahl der Durchläufe durch das FlieCsystem verminderte Fähigkeit des Polymerisats zur Herabsetzung der Reibung auf den Abbau der Moleküle des Polymerisats zurückgeht.
Beispiel 2
Um die Lösungsgeschwindigkeit von hydriertem Polyisopren mit der von Äthylen-Propylen-Mischpolymerjsaten zu vergleichen, werden zwei Proben von 1,5 g sowohl zu 200 ml Cyclohexan als auch zu 200 ml eines West-Texas-Rohöls zugesetzt Polymerisat, Lösungsmittel und einen magnetischen Rührkörper enthaltende Becher werden auf einen mit etwa 60UpM arbeitenden Magnetrührer gestellt und dadurch die Flüssigkeit zur Erleichterung der Lösung langsam gerührt Die Lösung der Polymerisate wird bei Raumtemperatur durchgeführt Es wird angenommen, daß eine vollständige Lösung der Polymerisate im Lösungsmittel stattgefunden hat wenn die Lösung optisch homogen erscheint und/oder durch einen Filter mit feiner Porenweite läuft Im vorliegenden Fall werden ein hydriertes Polyisopren mit einer Grenzviskosität bei 25° C von 6,85 dl/g in Cyclohexan und ein Äthylen-Propylen-Mischpolymerisat (53 Prozent Äthylen) mit einer Grenzviskosität bei 150° C von 6,7 dl/g in Decalin verwendet In Tabelle II sind die Ergebnisse als für die vollständige Lösung erforderliche Zeit in Stunden angegeben.
Tabelle II
Für die vollständige Lösung des Polymerisats bei Raumtemperatur erforderliche Zeit, Std.
Polymerisat/Lösungsmittel Cyclohcxan West-Texas-Rohöl
hydriertes Polyisopren
Äthylen-Propylen-Misch-
polymerisat
nach 168
Stunden
nicht gelöst
70
nach 168
Stunden
nicht gelöst
Beispiel 3
Laboratoriums- und großtechnische Prüfversuche, die unter den in den Tabellen III, IV und V aufgeführten Bedingungen unter Verwendung eines hydrierten Polyisoprens mit einem Molekulargewicht von etwa 7XlO6 durchgeführt worden -ind, führen zu den nachstehenden Ergebnissen.
Tabelle III
InnendMrchmesser des Rohres
Lösungsmittel
Temperatur
Viskosität
Dichte
Durchsatz
15,6 cm
West-Texas Rohöl 24,4° C
5,08 cS
0,823 g/cm3
2975 Liter/Min. Konzentration
Gew,-%
Herabsetzung der Reibung
0,0020 Tabelle IV 50
0,0016 Innendurchmesser des Rohres 48
0,0011 Lösungsmittel 45
0,0005 15 Temperatur 32
1(1 0,0002 Viskosität 27
Dichte
Konzentration 3,18 cm
West-Texas-Rohöl
25° C
13,04 cS
0,868 g/cm3
0,001 Gew.-%
-° Durchsatz
(Liter/Min.)
Herabsetzung der Reibung
25 57,5 Tabelle V 30 Innendurchmesser des Rohres 26,3
90,' Lösungsmittel 47,5
129 Temperatur 58,7
188 Viskosität 71,4
j5 Dichte
Konzentration
3,18 cm
West-Texas-Rohöl
25° C
535 cS
0,827 g/cm3
0,001 Gew.-%
Durchsatz
Herabsetzung der Reibung
(Liter/Min.)
52,1
66,5
92,7
127
24,2 33,0 45,4 50,2
Es ist natürlich Voraussetzung für die erfindungsgemäße Verwendung des hydrierten Polyisoprens, daß das hydrierte Polyisopren in der zu transportierenden nichtwäßrigen Flüssigkeit löslich ist. Beispiele von für die erfindungsgemäße Verwendung von hydriertem Polyisopren geeigneten flüssigen Kohlenwasserstoffen sl'id Hexan, Pentan, Cyclohexan, die Isomeren von Octan, Benzol, Toluol und Erdölprodukte, wie Rohöl, Heizöl und B\nzin, sowie Gemische der vorstehend genannten Flüssigkeiten.

Claims (6)

23 6! 166 Patentansprüche:
1. Verwendung von hydriertem Polyisopren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes fließender nichtwäßriger Flüssigkeiten.
2. Verwendung von hydriertem Polyisopren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrierte Polyisopren in einer Konzentration von 0,0001 bis 0,2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der nichtwäßrigen Flüssigkeit plus dem Gewicht des zugesetzten Polyisoprene, eingesetzt wird.
3. Verwendung von hydriertem Polyisopren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydriertes Polyisopren mit einem Molekulargewicht von 1 χ 105 015 2 χ 107 eingesetzt wird.
4. Verwendung von hydriertem Polyisopren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein hauptsächlich aus hydriertem 1,4-Polyisopren bestehendes hydriertes Polyisopren eingesetzt wird.
5. Verwundung von hydriertem Polyisopren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrierte Polyisopren als Konzentratgemisch aus dem Polymerisat und einem geeigneten Lösungsmittel eingesetzt wird.
6. Verwendung von hydriertem Polyisopren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrierte Polyisopren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes von fließenden Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird.
DE2361166A 1971-12-02 1973-12-07 Verwendung von hydriertem Polyisopren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes fließender nicht-wäßriger Flüssigkeiten Expired DE2361166C2 (de)

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