NO20171952A1

NO20171952A1 - Modifisert motstandsreduseringsmiddel av lateks og fremgangsmåter derav

Info

Publication number: NO20171952A1
Application number: NO20171952A
Authority: NO
Inventors: Ray L Johnston; Kenneth W Smith; Stuart N Milligan; William F Harris; Vincent S Anderson
Original assignee: Liquidpower Specialty Products Inc
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2007-10-01
Also published as: EP2447594A3; MX2007008004A; AU2005325718A1; BR122015028274B1; EP1844121A4; BRPI0517729A; CA2586695C; CN101120071B; US20070240762A1; AU2005325718B2; EP2527714B1; BRPI0517729B1; WO2006081010A3; GEP20094819B; DK2527714T3; US7763671B2; EA013163B1; BRPI0517729A8; US7285582B2; EA200701413A1

Abstract

Et modifisert motstandsreduserende middel av lateks og fremgangsmåter for å fremstille og anvende det motstandsreduserende middelet for å redusere friksjonstap som resulterer fra turbulent fluidstrømning gjennom et rør. Særlig er det modifiserte motstandsreduksjonen middelet av lateks dannet av en innledende lateks som er et produkt av en emulsjonspolymerisasjonsreaksjon. Den innledende lateksen blir deretter modifisert, foretrukket ved å blande inn minst ett lavt HLB overflateaktivt middel og minst ett løsemiddel eller begge, for å danne en modifisert lateks med økt oppløsningshastighet i en hydrokarbonstrøm over den innledende lateksen.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder generelt motstandsreduserende midler av lateks som omfatter polymerer med høy molekylvekt produsert med emulsjonpolymeriseringsreaksjon og fremgangsmåter for å bruke de samme.

Et motstandsreduserende middel er en sammensetning som har evnen til vesentlig å redusere friksjonstapet som er assosiert med turbulent strømning av et fluid gjennom en rørledning. Når fluider blir transportert over lengre avstander slik som i olje- og andre hydrokarbonvæskerørledninger, resulterer dette friksjonstapet i ineffektiviteter som øker kostnader for utstyr og drift. Polymerer med ultrahøy molekylvekt er kjent for å fungere godt som motstandsreduserende midler, særlig i hydrokarbonvæsker. Generelt er motstandsreduksjon delvis avhengig av molekylvekten til polymeradditivet og dets evne til å løse opp hydrokarbonet under turbulent strømning. Effektive motstandsreduserende polymerer har typiske molekylvekter over fem millioner.

Det er tidligere blitt foreslått at motstandsreduserende midler som omfatter polymere lateksemulsjoner kan anvendes for å redusere friksjonstapet assosiert med turbulent fluidstrømning gjennom en rørledning. Anvendelsen av polymere lateksemulsjons motstandsreduserende midler har blitt allment foreslått for anvendelse på strømmen av hydrokarbonstrømninger (for eksempel råolje, bensin, dieseldrivstoff, osv.) gjennom rørledninger. For å være mest effektiv, må det motstandsreduserende middelet bli oppløst i hydrokarbonstrømmen. I mange tilfeller har man imidlertid støtt på store vanskeligheter for å løse opp det polymere materialet som inneholder lateksemulsjonen i hydrokarbonstrømmen.

Tidligere forslag for å løse oppløsningsproblemet assosiert med polymere lateksemulsjoner har involvert tilsetning av store mengder av lavere alifatiske alkoholer til hydrokarbonstrømmen for tilsetningen av lateksemulsjonen for å fremme oppløsningen av polymeren. Denne totrinnsprosessen er generelt referert til som en "preaktiverings"-teknikk. Andre forsøk er blitt foreslått for å minske dette problemet ved å forblande lateksemulsjonen med en løsning av hydrokarbon og alkohol for å "bryte" emulsjonen før tilsetning av forhåndsløst polymer til en hydrokarbonstrøm. Disse fremgangsmåtene kan være heller kostbare siden de krever anskaffelse av signifikante mengder av alkohol eller andre polare additiver og krever også ytterligere lagring og blandeutstyr. Som et resultat av denne og andre vanskeligheter med tidligere forslag for polymer lateksemulsjon motstandsreduserende midler, har disse typer av motstandsreduserende midler aldri blitt et kommersielt levedyktig alternativ til konvensjonelle motstandsreduserende midler.

Gjeldende kommersielle fremgangsmåter inkluderer motstandsreduserende polymerer i bulk. Disse polymerene må reagere i tidsrom så lenge som 21 dager for å oppnå den ønskede molekylvekten. Den reagerte polymeren må deretter bli blandet (compounded) med et skillemiddel som er malt opp til mindre enn 800 mikron under kryogene betingelser og fremstilt til høy faststoffsuspensjon.

Suspensjoner fremstilt på denne måten har en tendens til å separere når de lagres i feltlokasjoner før injeksjon. Spesielt utstyr er nødvendig for å opprettholde suspensjonene for å unngå separasjon. Dette utstyret inkluderer typisk midler for røring og beskyttelse mot overdreven varme. Nylig har et antall forskjellige kommersielle tilnærminger blitt utført for å adressere problemet med å fremstille, oppløse, transportere og bruke slike motstandsreduserende polymerer. I bruk danner polymerene ekstremt fortynnede løsninger som varierer fra omtrent 1 opptil omtrent 100 deler pr million polymer og hydrokarbon, men forblir likevel effektive i å oppnå motstandsreduksjon eller antiduggdannelse. En vanlig kommersiell fremgangsmåte er å fremstille polymeren i fortynnede løsninger i et inert løsemiddel så som kerosen eller andre oppløsende materialer. Denne fremgangsmåten anvender en løsning av polymerer med høy molekylvekt som er egnet for anvendelse som et motstandsreduserende middel når den blir produsert ved polymerisering av alfaolefiner i et hydrokarbonløsemiddel. Hele blandingen som inneholder polyolefin, løsemiddel og katalysatorpartikler blir brukt uten separering for å danne fortynnede løsninger av polymeren i råolje eller endelige hydrokarboner. Imidlertid er én ulempe med en slik tilnærming anvendelsen av et løsemiddel som innehar en vanskelighet med frakt og håndtering og kan utgjøre en fare. I tillegg kan produktet i seg selv danne en gellignende substans som er vanskelig å introdusere i flytende hydrokarbonstrømmer og som blir ekstremt viskøs og vanskelig å håndtere under betingelser med kald temperatur, særlig når injeksjon inn i rørledninger på fjerne steder er nødvendig.

Følgelig eksisterer det et behov for et forbedret, stabilt, enkelttrinns, motstandsreduserende middel av lateks som kan bli direkte tilsatt til hydrokarbonfluidet og tilveiebringe tilfredsstillende motstandsreduksjon uten behov for å preaktivere eller preoppløste polymeren i en blanding av alkohol eller andre polare molekyler.

Det er derfor ønskelig å tilveiebringe et motstandsreduserende middel av lateks som direkte kan tilsettes til en flytende hydrokarbonstrøm uten behov for å bli preaktivert eller preoppløst.

Igjen er det ønskelig å tilveiebringe et stabilt motstandsreduserende middel av lateks som ikke krever noe spesielt utstyr for å opprettholde dispersjonen av den motstandsreduserende polymeren i lateksen før injeksjon inn i arbeidsfluidet.

Det skal forstås at de ovenfor angitte ønsker kun er eksempler og at ikke alle ønskene som er angitt ovenfor trenger å bli oppnådd ved oppfinnelsen som er beskrevet og krevd heri.

Ifølge dette er én hensikt med den foreliggende oppfinnelsen et motstandsreduserende middel av lateks som omfatter en kontinuerlig fase og et flertall av polymerpartikler med høy molekylvekt dispergert i den kontinuerlige fasen. Polymerpartiklene er blitt dannet via emulsjonpolymerisering. Det motstandsreduserende middelet av lateks har en hydrokarbonoppløsningshastighetskonstant på mindre enn 0,004 min<-1>i kerosen ved 20�C.

En annen hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er et motstandsreduserende middel av lateks som omfatter en vandig kontinuerlig fase og et flertall av polymerpartikler med høy molekylvekt dispergert i den kontinuerlige fasen. Den kontinuerlige fasen omfatter minst ett høyt hydrofil-lipofil balanse (HLB) overflateaktivt middel, minst ett lavt HLB overflateaktivt middel og minst ett løsemiddel. Polymerpartiklene er blitt dannet via emulsjonspolymerisering.

Nok en hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å fremstille et motstandsreduserende middel. Fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) Å anvende emulsjonspolymerisering for å produsere en innledende lateks som har en innledende hydrokarbonoppløsningshastighetskonstant; og (b) å modifisere den innledende lateksen for derved å tilveiebringe en modifisert lateks som har en modifisert hydrokarbonoppløsningshastighetskonstant. De innledende og modifiserte lateksene er kolloidale dispersjoner som omfatter polymerpartikler med høy molekylvekt i en kontinuerlig fase. De innledende og modifiserte hydrokarbonoppløsningshastighetskonstantene blir målt i kerosen ved 20�C. Den modifiserte hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten er minst omtrent 10 prosent større enn den innledende hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten.

En ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å fremstille et motstandsreduserende middel. Fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) Å kombinere vann, minst ett høyt HLB overflateaktivt middel og minst én monomer for derved å danne en reaksjonsblanding; (b) å utsette reaksjonsblandingen for en emulsjonspolymerisering ved en polymeriseringstemperatur lavere enn omtrent 60�C for derved å tilveiebringe en innledende lateks som omfatter partikler av en motstandsreduserende polymer som har et gjennomsnittlig molekylvekt basert på vekt på minst omtrent 5 x 10<6>g/mol hvori den midlere partikkelstørrelsen til partiklene er mindre enn omtrent 1 mikron; og (c) introdusere minst ett lavt HLB overflateaktivt middel og minst ett løsemiddel inn i den innledende lateksen i en mengde som er tilstrekkelig for å øke hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til den innledende lateksen uten å vesentlig bryte eller invertere den innledende lateksen.

Nok en hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å redusere motstandskreftene assosiert med turbulent strømning av et fluid gjennom en rørledning. Fremgangsmåten omfatter å introdusere et motstandsreduserende middel inn i fluidet. Det motstandsreduserende middelet er en kolloidal dispersjon som omfatter partikler av en polymer med høy molekylvekt dispergert i en kontinuerlig fase. Polymerpartiklene er blitt dannet via emulsjonspolymerisering. Før introduksjon inn i fluidet har det motstandsreduserende middelet en hydrokarbonoppløsningshastighetskonstant på minst omtrent 0,004 min<-1>i kerosen ved 20�C.

En foretrukket utforming av den foreliggende oppfinnelsen blir beskrevet i detalj nedenfor med referanse til de vedlagte tegninger hvori:

Figur 1 er et skjematisk diagram av en konstruert løkkeresirkuleringstestinnretning brukt for å måle effektiviteten av de motstandsreduserende midlene;

Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av en testinnretning brukt for å utføre oppløsningshastighetstester på forskjellige motstandsreduserende midler;

Figur 3 er et isometrisk riss av røreanordningen anvendt i oppløsningshastighetstestene;

Figur 4 er et toppriss av røreanordningen anvendt i oppløsningshastighetstestene;

Figur 5 er et sideriss av røreanordningen anvendt i oppløsningshastighetstestene;

Figur 6 er en graf som viser effekten som modifiseringen av den initielle lateksen har på hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til det motstandsreduserende middelet over et temperaturområde;

Figur 7 er en graf av oppløsningshastighetskonstanten til forskjellige motstandsreduserende formuleringer over et temperaturområde; og

Figur 8 er et plott av motstandsreduksjon i den konstruerte løkkeresirkuleringstestinnretningen ved bruk av forskjellige motstandsreduserende materialer.

Det første trinnet i fremstillingen av modifiserte motstandsreduserende midler av lateks ifølge den foreliggende oppfinnelsen er å fremstille en polymer med høy molekylvekt som kan dannes i en innledende lateks. Polymeren blir fremstilt gjennom en emulsjonspolymeriseringsreaksjon av en reaksjonsblanding som omfatter én eller flere monomerer, en kontinuerlig fase, minst ett overflateaktivt middel og et initieringssystem. Den kontinuerlige fasen omfatter generelt minst én komponent valgt fra gruppen bestående av vann, polare organiske væsker og blandinger derav. Når vann er den valgte bestanddelen av den kontinuerlige fasen, kan reaksjonsblandingen også omfatte minst ett av et løsemiddel og en buffer.

Monomeren brukt i fremstillingen av polymeren med høy molekylvekt inkluderer foretrukket, men er ikke begrenset til, én eller flere av monomerene valgt fra gruppen bestående av:

(A)

hvor R1er H eller et C1-C10-alkylradikal, mer foretrukket er R1H, CH3eller C2H5og R2er H eller et C1-C30-alkylradikal, mer foretrukket er R2et C4-C18-alkylradikal og er mest foretrukket representert ved formel (i) som følger

(i)

(B)

hvori R3er CH=CH2eller CH3-C=CH2og R4er H eller et C1-C30-alkylradikal, mer foretrukket er R4H eller et C4-C18-alkylradikal, en fenylring med 0-5 substituenter, en naftylring med 0-7 substituenter eller en pyridylring med 0-4 substituenter;

hvori R5er H eller et C1-C30-alkylradikal og foretrukket er R5et C4-C18-alkylradikal;

(D)

hvori R6er H eller et C1-C30-alkylradikal, foretrukket er R6et C4-C18-alkylradikal;

(E)

hvori R7er H eller et C1-C18-alkylradikal, mer foretrukket er R7H eller et C1-C6-alkylradikal og R8er H eller et C1-C18-alkylradikal, mer foretrukket er R8H eller et C1-C6-alkylradikal og mest foretrukket er R8H eller CH3;

(F) maleater slik som

hvori R9og R10uavhengig av hverandre er H, C1-C30-alkyl-, aryl-, sykloalkyl- eller heterosykliske radikaler;

(G) fumarater slik som

hvori R11og R12uavhengig av hverandre er H, C1-C30-alkyl-, aryl-, sykloalkyleller heterosykliske radikaler;

(H) itakonater så som

hvori R13og R14uavhengig av hverandre er H, C1-C30-alkyl-, aryl-, sykloalkyleller heterosykliske radikaler;

(I) maleimider slik som

hvori R15er H, C1-C30-alkyl-, aryl-, sykloalkyl- eller heterosyklisk radikal.

Monomerer med formel (A) er foretrukket, spesielt metakrylatmonomerer med formel (A) og mest spesielt 2-etylheksylmetakrylatmonomerer med formel (A).

Det minst éne overflateaktive middelet brukt i reaksjonsblandingen er foretrukket et høyt HLB anionisk eller ikke-ionisk overflateaktivt middel. Begrepet "HLB-tall" refererer til den hydrofile-lipofile balansen av et overflateaktivt middel i en emulsjon. HLB-tallet blir bestemt ved fremgangsmåten beskrevet av W.C. Griffin i J. Soc. Cosmet. Chem., 1, 311 (1949) og J. Soc. Cosmet. Chem., 5, 249 (1954) som herved er inkorporert ved referanse. Som brukt heri, skal "høyt HLB" angi et HLB-tall på 7 eller mer. HLB-tallet av overflateaktive midler for bruk i dannelse av reaksjonsblandingen er foretrukket minst omtrent 8, mer foretrukket minst omtrent 10 og mest foretrukket minst omtrent 12.

Eksempler på høye HLB anioniske overflateaktive midler inkluderer høye HLB alkylsulfater, alkyletersulfater, dialkylsulfosuccinater, alkylfosfater, alkylarylsulfonater og sarkosinater. Kommersielle eksempler på høye HLB anioniske overflateaktive midler inkluderer natriumlaurylsulfat (tilgjengelig som RHODAPON<TM>LSB fra Rhodia Incorporated, Cranbury, NJ), diooktylnatriumsulfosuccinat (tilgjengelig som AEROSOL<TM>OT fra Cytec Industries, Inc., West Paterson, NJ), 2-etylheksylpolyfosfatnatriumsalt (tilgjengelig som Jarchem Industries Inc., Newark, NJ), natriumdodecylbenzensulfonat (tilgjengelig som NORFOX<TM>40 fra Norman, Fox & Co., Vernon, CA) og natriumlauroylsarkisinsyre (tilgjengelig som HAMPOSYL<TM>L-30 fra Hampshire Chemical Corp., Lexington, MA).

Eksempler på høye HLB ikke-ioniske overflateaktive midler inkluderer høye HLB sorbitanestere, PEG fettsyreestere, etoksylerte glyserinestere, etoksylerte fete aminer, etoksylerte sorbitanestere, blokketylenoksid/propylenoksidoverflateaktive midler, alkohol/fettsyreestere, etoksylerte alkoholer, etoksylerte fettsyrer, alkoksylerte lakseroljer, glyserinestere, lineære alkoholetoksylater og alkylfenoletoksylater. Kommersielle eksempler på høye HLB ikke-ioniske overflateaktive midler inkluderer nonylfenoksy og oktyfenoksy poly(etylenoksy) etanoler (tilgjengelige som henholdsvis IGEPAL<TM>CA- og CO-seriene, fra Rhodia, Cranbury, NJ), C8- til C18-etoksylerte primære alkoholer (så som RHODASURF<TM>LA-9 fra Rhodia Inc., Cranbury, NJ), C11- til C15-sekundære alkoholetoksylater (tilgjengelige som TERGITOL<TM>15-S-seriene som inkluderer 15-S-7, 15-S-9, 15-S-12, fra Dow Chemical Company, Midland, MI), polyoksyetylensorbitanfettsyreestere (tilgjengelige som TWEEN<TM>-seriene av overflateaktive midler fra Uniquema, Wilmington, DE), polyetylenoksid (25) oleyleter (tilgjengelige som SIPONIC<TM>Y-500-70 fra Americal Alcolac Chemical Co., Baltimore, MD), alkylarylpolyeteralkoholer (tilgjengelige som TRITON<TM>X-seriene som inkluderer X-100, X-165, X-305 og X-405, fra Dow Chemical Company, Midland, MI).

Det innledende systemet for bruk i reaksjonsblandingen kan være ethvert egnet system for å generere de frie radikalene som er nødvendige for å lette emulsjonspolymeriseringen. Foretrukne initiatorer inkluderer persulfater (for eksempel ammoniumpersulfat, natriumpersulfat, kaliumpersulfat), peroksypersulfater og peroksider (for eksempel tert-butylhydroperoksid) anvendt alene eller i kombinasjon med én eller flere reduserende komponenter og/eller akseleratorer. Foretrukne reduserende komponenter inkluderer for eksempel bisulfitter, metabisulfitter, askorbinsyre, erytorbinsyre og natriumformaldehydsulfoksylat. Foretrukne akseleratorer inkluderer enhver sammensetning som inneholder et overgangsmetall med to oksidasjonstilstander slik som for eksempel jernholdig sulfat og jernholdig ammoniumsulfat. Alternativt kan kjente termiske og strålingsinitiseringsteknikker anvendes for å generere de frie radikalene.

Når vann brukes for å danne reaksjonsblandingen, er vannet foretrukket et renset vann slik som destillert eller deionisert vann. Imidlertid kan den kontinuerlige fasen av emulsjonen også omfatte polare organiske væsker eller vandige løsninger av polare organiske væsker så som løsemidlene angitt nedenfor.

Som nevnt tidligere, inkluderer reaksjonsblandingen eventuelt minst ett løsemiddel og/eller en buffer. Foretrukket er minst ett løsemiddel i et organisk løsemiddel så som et hydrokarbonløsemiddel (for eksempel pentan, heksan, heptan, benzen, toluen, xylen), et halogenert løsemiddel (for eksempel karbontetraklorid), en glykol (for eksempel etylenglykol, propylenglykol, glyserin), en eter (for eksempel dietyleter, diglym, polyglykoler, glykolestere). Mer foretrukket er løsemiddelet et hydrokarbonløsemiddel og mest foretrukket er løsemiddelet toluen. Bufferen kan omfatte enhver kjent buffer som er kompatibel med initieringssystemet slik som for eksempel karbonat-, fosfat- og/eller boratbuffere.

Ved å danne reaksjonsblandingen, blir monomeren, vannet, det minst ene overflateaktive middelet og eventuelt det minst ene løsemiddelet kombinert under en hovedsakelig oksygenfri atmosfære som blir opprettholdt ved mindre enn omtrent 1000 ppmw oksygen, mer foretrukket mindre enn omtrent 100 ppmw oksygen. Den oksygenfrie atmosfæren kan opprettholdes ved kontinuerlig å spyle reaksjonskaret med en inert gass så som nitrogen. Foretrukket holdes temperaturen til systemet på et nivå fra fysepunktet til den kontinuerlige fasen opptil omtrent 60�C, mer foretrukket fra omtrent 0�C til omtrent 45�C og mest foretrukket fra omtrent 0�C til omtrent 30�C. Systemtrykket blir foretrukket holdt på 34-689 kPa(5-100 psia), mer foretrukket på 68-172 kPa (10-25 psia) og mest foretrukket ved atmosfærisk trykk. Imidlertid kan høyere trykk opptil omtrent 2068 kPa (300 psia) være nødvendig for å polymerisere enkelte monomere så som diolefiner. Deretter kan en buffer tilsettes, dersom nødvendig, etter tilsetning av det initielle systemet, enten alt på en gang eller over tid. Polymeriseringsreaksjonen blir utført i et tilstrekkelig tidsrom til å oppnå minst 90% omdannelse regnet på vekt av monomerene. Typisk er dette omtrent 1-10 timer og mest foretrukket omtrent 3-5 timer. Imens blir reaksjonsblandingen kontinuerlig rørt.

Den følgende tabellen viser tilnærmede brede og foretrukne mengder av ingrediensene som er tilstede i reaksjonsblandingen.

Emulsjonspolymeriseringsreaksjonen gir en innledende latekssammensetning. Den innledende lateksen er en stabil kolloidal dispersjon som omfatter en dispergert fase og en kontinuerlig fase. Den dispergerte fasen omfatter kolloidale partikler av polymerer med høy molekylvekt og løsemiddel (dersom tilstede). De kolloidale partiklene danner omtrent 10-60 vekt% av den innledende lateksen, mest foretrukket omtrent 40-50 vekt%. Den kontinuerlige fasen omfatter foretrukket vann, minst ett høyt HLB overflateaktivt middel, løsemiddel (dersom tilstede) og buffer dersom nødvendig. Vann omfatter omtrent 20-80 vekt% av den initielle lateksen, mer foretrukket 40-60 vekt%. Det minst ene høye HLB overflateaktive middelet omfatter omtrent 0,1-10 vekt% av den innledende lateksen, mer foretrukket omtrent 0,25-6 vekt%. Som angitt i tabellen ovenfor, er bufferen tilstede i en mengde som er nødvendig for nå den pH som kreves for initiering av polymeriseringsreaksjonen og er initiatoravhengig. Typisk er den pH som er nødvendig for å initiere en reaksjon i området omtrent 6,5-10.

Polymeren av den dispergerte fasen presenterer foretrukket en midlere molekylvekt (Mw) på minst omtrent 1 x 10<6>g/mol, mer foretrukket minst omtrent 2 x 10<6>g/mol og mest foretrukket minst omtrent 5 x 10<6>g/mol. De kolloidale partiklene har foretrukket en midlere partikkelstørrelse på mindre enn 10 mikron, mer foretrukket mindre enn omtrent 1000 nm (1 mikron), enda mer foretrukket omtrent 10-500 nm og mest foretrukket omtrent 50-250 nm. Minst omtrent 95 vekt% av de kolloidale partiklene er større enn omtrent 10 nm og mindre enn omtrent 500 nm, mer foretrukket minst omtrent 95 vekt% av partiklene er større enn omtrent 25 nm og mindre enn omtrent 250 nm. Foretrukket utøver polymeren av den dispergerte fasen liten eller ingen forgrening eller kryssbinding.

Den kontinuerlige fasen har foretrukket en pH på omtrent 4-10, mest foretrukket omtrent 6-8 og inneholder få eller ingen multivalente kationer.

For at polymeren skal fungere som et motstandsreduserende middel, må polymeren være oppløst eller i alt vesentlig være løst i en hydrokarbonstrøm. Effektiviteten av emulsjonspolymerene som motstandsreduserende midler når de blir tilsatt direkte til hydrokarbonet er hovedsakelig avhengig av temperaturen til hydrokarbonet. For eksempel løser polymeren seg ved lavere temperaturer i en lavere hastighet i hydrokarbonat, derfor blir mindre motstandsreduksjon oppnådd. Imidlertid, når temperaturen til hydrokarbonet er høyere enn omtrent 30�C og mer foretrukket høyere enn omtrent 40�C, blir polymeren raskere løst og akseptabel motstandsreduksjon blir oppnådd. Som vist i eksemplene nedenfor, kan motstandsreduksjon bli oppnådd ved et høyere temperaturområde ved å modifisere den innledende lateksen gjennom tilsetning av et lav HLB overflateaktivt middel og/eller et løsemiddel. Den resulterende modifiserte lateksen kan tilveiebringes som et "enkeltpakke"-system hvori motstandsreduksjonsegenskapene til polymeren er tilgjengelige for hydrokarbonstrømmen i en mye raskere tidsperiode.

I tillegg til å øke hydrokarbonoppløsningshastigheten til polymeren, tjener modifiseringen av lateksen til å tilveiebringe en stabil kolloidal dispersjon som ikke vil flokkulere eller agglomerere over tid og for å sikre at lateksen ikke vil bli fullstendig brutt eller invertert. Den modifiserte lateksen blir dannet ved å tilsette minst ett lav HLB overflateaktivt middel og/eller minst ett løsemiddel til den innledende lateksen. Det er foretrukket å modifisere den innledende lateksen med både et lav HLB overflateaktivt middel og et løsemiddel. Som brukt heri, skal "lav HLB" angi et HLB-tall mindre enn 7. Foretrukket har det lave HLB overflateaktive middelet et HLB-tall mindre enn omtrent 6, enda mer foretrukket mindre enn omtrent 5 og mest foretrukket omtrent 1-4.

Eksempler på egnede lave HLB overflateaktive midler inkluderer lave HLB sorbitanestere, PEG fettsyreestere, etoksylerte glyserinestere, etoksylerte fete aminer, etoksylerte sorbitanestere, blokketylenoksid/propylenoksidoverflateaktive midler, alkohol/fettsyreestere, etoksylerte alkoholer, etoksylerte fettsyrer, alkoksylerte lakseroljer, glyserinestere, polyetylenglykoler, lineære alkoholetoksylater, alkylfenyletoksylater og oljeløselige polymere emulgatorer så som polyisobutylensuccinanhydridsampolymerdietanolaminsalt/amid eller salt/amidblandinger og Hypermer B-206.

Kommersielle eksempler på egnede ikke-anioniske lave HLB overflateaktive midler inkluderer sorbitantrioleat (tilgjengelig som SPAN<TM>85 fra Uniqema, Wilmington, DE), sorbitantristearat (tilgjengelig som SPAN<TM>65 fra Uniqema, Wilmington, DE), sorbitanseskioleat (tilgjengelig som LUMISORB<TM>SSO fra Lambent Technologies, Skokie, IL), sorbitanmonooleat (tilgjengelig som ALKAMULS<TM>SMO fra Rhodia Inc., Cranbury, NJ), sorbitanmonostearat (tilgjengelig som SPAN<TM>60 fra Uniqema, Wilmington, DE), etylenglykolfettsyreester (tilgjengelig som MONOSTRIOL<TM>EN-C fra Undesa, Barcelona, Spania), polyetyleneglykoldioleat (så som ALKAMULS<TM>600 DO fra Rhodia Inc., Cranbury, NJ), propylenglykolmonostearat (tilgjengelig som MONOSTRIOL<TM>PR-A fra Undesa, Barcelona, Spania), glyserolmonostearat (tilgjengelig som KEMFLUID<TM>203-4 fra Undesa, Barcelona, Spania), polyisobutylensuccininsyreanhydridsampolymerdietanolaminsalt (tilgjengelig som LUBRIZOL<TM>2700, fra The Lubrizol Corporation, Wickliffe, OH) og proprietære hydrofobe polymere overflateaktive midler (så som HYPERMER<TM>B-206 fra Uniqema, Wilmington, DE).

Mengden av lavt HLB overflateaktivt middel som er nødvendig for å modifisere den innledende lateksen er avhengig av den ønskede oppløsningshastigheten for polymeren så vel som mengden av løsemiddel som anvendes. Dette tilveiebringer den fleksibiliteten som er nødvendig for å tilpasse oppløsningshastigheten til rørledningsbetingelsene. Foretrukket inneholder den endelige formuleringen (det vil si det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks) omtrent 1-95 vekt% av lavt HLB overflateaktivt middel, mer foretrukket omtrent 1-50 vekt%, enda mer foretrukket omtrent 1-30 vekt% og mest foretrukket omtrent 1-25 vekt%.

Egnede løsemidler for bruk til å danne det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks inkluderer aromatiske løsemidler (så som benzen, toluen, xylen, etylbenzen, dibenzyltoluen, benzyltoluen, butylxylen, difenyletan, diisopropylbifenyl, triisopropylbifenyl, osv.), delvis eller fullt hydrogenerte aromatiske løsemidler (så som tetrahydronaftalen eller dekahydronaftalen), glykoler (så som etylenglykol, propylenglykol, butylenglykol, heksylenglykol, polyglykoler så som dietylenglykol, trietylenglykol, polyetylenglykol, polypropylenglykol og etylenoksidpropylenoksidblokksampolymerer, glykoletere, polypropylenglykolbutyleter, etylenglykolbutyleter, propylenglykolmetyleter, propylenglykolbutyleter, propylenglykolfenyleter, dietylenglykolmetyleter, dipropylenglykolmetyleter, trietylenglykolmetyleter), estere (så som butylformat, etylacetat, laktatestere), nitrogenholdige løsemidler (så som dimetylformamid), alifatiske og aromatiske alkoholer (så som metanol, etanol, isopropanol, heksylalkohol, 2-etylheksylalkohol, benzylalkohol, tetrahydrofurfurylalkohol), ketonet (så som aceton, metyletylketon, metylisobutylketon, metylisoamylketon, sykloheksanon), svovelholdige løsemidler (så som dimetylsulfoksid), tetrahydrofuran, alkylhalider (så som metylenklorid, 1,1,1-trikloretan, perkloretylen) og kombinasjoner av disse. Mest foretrukket er glykoler med lav molekylvekt som har en molekylvekt på mindre enn omtrent 1000, mer foretrukket med en molekylvekt på omtrent 100-600 og mest foretrukket omtrent 200-500. Polyetylenglykol med en molekylvekt på omtrent 200 kan også anvendes.

Mengden av løsemiddel som er nødvendig avhenger av den ønskede oppløsningshastigheten for polymeren. Minimumsmengden av løsemiddel er det som er nødvendig for å tilveiebringe den minimale ønskede oppløsningshastigheten i rørledningen for å maksimere mengden av aktiv motstandsreduserende polymer. Foretrukket inneholder det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks omtrent 1-95 vekt% løsemiddel, mer foretrukket 1-50 vekt%, enda mer foretrukket omtrent 10-30 vekt% og mest foretrukket omtrent 15-25 vekt%.

Modifisering av den innledende lateksemulsjonen blir oppnådd gjennom en enkel blandingsoperasjon. Blanding kan oppnås ved å bruke en enkel blander eller materialene kan måles inn og proporsjonalt matet inn i en kontinuerlig eller statisk blander avhengig av viskositeten til de valgte materialene for modifiseringen.

Rekkefølgen for tilsetning av modifiseringsmaterialene er blitt observert til å ha en effekt på enkelheten av fremstillingen i tilfelle av materialer med en høy viskositet. I denne situasjonen er det generelt enklest å tilsette løsemiddelet først etterfulgt av det overflateaktive middelet og til slutt emulsjonen. Likevel, ser i de fleste tilfeller rekkefølgen av tilsetning ikke ut til å ha påvirkning på egenskapene til den endelige blandingen. Blanding skjer foretrukket ved en temperatur på omtrent 5-60°C, mer foretrukket omtrent 15-30°C under omtrent atmosfæretrykk. Dersom et overflateaktivt middel med høy viskositet blir brukt, kan den dispersjonsblander bli anvendt så som de som brukes for å fremstille pigmentdispersjoner. Blandingstiden avhenger stort sett av viskositeten av de anvendte materialene.

Lavviskositetsblandinger kan fremstilles i løpet av minutter, imidlertid kan blandinger av overflateaktive midler med høy viskositet kreve forlengede blandetidsperioder.

Molekylvekten til polymeren til den innledende lateksen er hovedsakelig ikke påvirket ved tilsetningen av det modifiserende lave HLB overflateaktive middelet og løsemiddelet. Partikkelstørrelsen til de kolloidale partiklene er generelt den samme som i den innledende lateksen, det er imidlertid mulig at noe svelling av partiklene kan opptre avhengig av type løsemiddel som brukes i modifiseringstrinnet. På grunn av denne svellingen kan partikkelstørrelsesfordelingen også bli påvirket. Viskositeten av det motstandsreduserende middelet av lateks kan økes ved tilsetning av overflateaktivt middel og løsemiddel. Den maksimale konsentrasjonen av overflateaktivt middel og løsemiddel bør velges slik at den modifiserte latekssammensetningen forblir relativt enkel å pumpe.

Den modifiserte lateksen kan anvendes som et motstandsreduserende middel i nesten enhver væske som har en hydrokarbonkontinuerlig fase. For eksempel kan den modifiserte lateksen brukes i rørledninger som fører råolje eller forskjellige raffinerte produkter så som bensin, dieseldrivstoff, drivstoffolje og nafta. Det motstandsreduserende middelet er ideelt egnet for bruk i rørledninger og rør som bærer fluid i turbulente strømningsbetingelser og kan injiseres inn i rørledninger eller rør som bruker konvensjonelle eller umbilikale leveringssystemer. Mengden av motstandsreduserende midler som blir injisert, blir uttrykt med hensyn til konsentrasjon av polymer i det hydrokarbonholdige fluidet. Foretrukket er konsentrasjonen av polymer i det hydrokarbonholdige fluidet omtrent 0,1-100 ppmw, mer foretrukket omtrent 0,5-50 ppmw, enda mer foretrukket omtrent 1-20 ppmw og mest foretrukket 1-5 ppmw.

Løseligheten av de modifiserte og innledende lateksene i et hydrokarbonholdig væske blir beskrevet heri med hensyn til en hydrokarbonoppløsningshastighetskonstant "k". Hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten (k) bestemmes på den måten som er beskrevet i eksempel 2 nedenfor. Den modifiserte lateksen beskrevet ovenfor har en hydrokarbonoppløsningshastighetskonstant (km) som er større enn hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til den innledende (det vil si ikke modifisert) lateksen (ki). Foretrukket er hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten av den modifiserte lateksen (km) i kerosen ved 20, 40 og/eller 60°C minst omtrent 10% større enn hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til den innledende lateksen (ki) i kerosen ved 20, 40 og/eller 60°C henholdsvis, mer foretrukket minst omtrent 25% større, enda mer foretrukket minst omtrent 50% større, enda mer foretrukket omtrent minst 100% større og mest foretrukket minst omtrent 500% større. Hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til den modifiserte lateksen (km) i kerosen ved 20°C er foretrukket minst omtrent 0,004 min<-1>, mer foretrukket minst omtrent 0,008 min<-1>og mest foretrukket minst omtrent 0,012 min<-1>. Hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten av den modifiserte lateksen (km) i kerosen ved 40°C er foretrukket minst omtrent 0,01 min<-1>, mer foretrukket minst omtrent 0,02 min<-1>og mest foretrukket minst 0,04 min<-1>.

Hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten av den modifiserte lateksen (km) i kerosen ved 60°C er foretrukket minst omtrent 0,05 min<-1>, mer foretrukket minst omtrent 0,2 min<-1>og mest foretrukket minst omtrent 0,4 min<-1>. Hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til den innledende lateksen (ki) i kerosen ved 20°C er typisk mindre enn omtrent 0,004 min<-1>og enda mindre enn omtrent 0,002 min<-1>og enda mindre enn omtrent 0,001 min<-1>. Hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til den innledende lateksen (ki) i kerosen ved 40°C er typisk mindre enn omtrent 0,01 min<-1>og enda mindre enn omtrent 0,008 min<-1>eller enda mindre enn omtrent 0,006 min<-1>. Hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til den innledende lateksen (ki) i kerosen ved 60°C er typisk mindre enn omtrent eller enda mindre enn omtrent 0,004 min<-1>eller enda mindre enn omtrent 0,003 min<-1>.

Det er foretrukket for modifiserte motstandsreduserende midler av lateks ifølge den foreliggende oppfinnelsen å være relativt stabile slik at de kan lagres i lengre tidsperioder og deretter bli anvendt som effektive motstandsreduserende midler uten videre modifikasjon. Som brukt heri, skal "holdbarhet" angi evnen til en kolloidal dispersjon å bli lagret i signifikante tidsrom uten at en signifikant mengde av den dispergerte fastfasen løser seg i den flytende kontinuerlige fasen. Det er foretrukket for det modifiserte motstandsreduserende middelet å utøve en holdbarhet slik at mindre enn omtrent 25 vektprosent av de faste partiklene av polymer med høy molekylvekt løser seg i den kontinuerlige fasen i løpet av 6 måneders lagringsperioden hvor det modifiserte motstandsreduserende middelet blir lagret uten bevegelse ved standard temperatur og trykk (STP) under lagringsperioden på 6 måneder. Mer foretrukket utøver det modifiserte motstandsreduserende middelet en holdbarhet slik at mindre enn omtrent 10 vektprosent av de faste polymerpartiklene med høy molekylvekt løser seg i den kontinuerlige fasen i løpet av en 6 måneders lagringsperiode. Mest foretrukket utøver det modifisert motstandsreduserende middelet en holdbarhet slik at mindre enn 5 vektprosent av de faste polymerpartiklene med høy molekylvekt løser seg i den kontinuerlige fasen i løpet av lagringsperioden på 6 måneder.

Som brukt heri, skal "oppløsningshastighetsstabilitet" angi evnen til et motstandsreduserende middel å lagres i signifikante tidsrom uten å signifikant endre hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til det motstandsreduserende middelet. Det er foretrukket for det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks å utøve en oppløsningshastighetsstabilitet slik at hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten av det modifiserte motstandsreduserende av lateks ved slutten av en 6 måneders lagringsperiode som definert ovenfor, er innenfor omtrent 25 prosent av hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten av det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks ved begynnelsen av lagringsperioden på 6 måneder. Mer foretrukket utøver det modifiserte motstandsreduserende av lateks en oppløsningshastighetsstabilitet slik at hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten av den modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks ved slutten av lagringsperioden på 6 måneder er innen omtrent 10 prosent av hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks ved begynnelse av lagringsperioden på 6 måneder. Mest foretrukket utøver det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks en oppløsningshastighetsstabilitet slik at hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten til det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks ved slutten av lagringsperioden på 6 måneder er innen 5 prosent av hydrokarbonoppløsningshastighetskonstanten av det modifiserte motstandsreduserende middelet av lateks ved begynnelsen av lagringsperioden på 6 måneder.

Motstandsreduserende midler fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer foretrukket en signifikant prosentandel motstandsreduksjon (% DR) når de blir injisert i en rørledning. Prosentandelen motstandsreduksjon (% DR) og måten ved hvilken den blir beregnet, er fullstendig beskrevet i eksempel 2 nedenfor. Foretrukket tilveiebringer modifiserte motstandsreduserende midler ifølge den foreliggende oppfinnelsen minst omtrent en 2% motstandsreduksjon, mer foretrukket minst omtrent 5% motstandsreduksjon og mest foretrukket minst 8% motstandsreduksjon.

EKSEMPLER

Eksempel 1

Emulsjonspolymerisering av 2-etylheksylmetakrylat ved bruk av redoksinitiering

I dette eksempelet ble en innledende lateks ifølge den foreliggende oppfinnelsen fremstilt. Generelt ble 2-etylheksylmetakrylat polymerisert i en emulsjon som omfatter vann, overflateaktivt middel, initiator og en buffer.

Mer spesifikt ble polymeriseringen utført i en 300 ml mantlet reaksjonskjele med en kondensator, en mekanisk rører, termoelement, septumporter og nitrogeninntak/uttak. Kjelen ble ladet med 0,231 g av dinatriumhydrogenfosfat, 0,230 g kaliumdihydrogenfosfat og 4,473 g natriumdodecylsulfonat. Kjelen ble spylt med nitrogen over natten. Deretter ble kjelen ladet med 125 g deoksygenert HPLC-renhets vann, kjelens innhold ble rørt ved 300 rpm og kjeletemperaturen ble satt til 5°C ved bruk av et sirkuleringsbad. Den 2-etylheksylmetakrylatmonomeren (100 ml, 88,5 g) ble deretter renset for å fjerne enhver polymeriseringsinhibitor som er tilstede, deoksygenert (ved å boble nitrogengass gjennom løsningen) og overført til kjelen.

I dette eksempelet ble fire initiatorer fremstilt for tilsetning til kjelen: En ammoniumpersulfat (APS) -løsning ved å løse 0,131 g APS i 50,0 ml vann; en natriumformaldehydsulfoksylat (SFS) -løsning ved å løse 0,175 g av SFS i 100,0 ml vann, en jernholdig sulfatløsning ved å løse 0,021 g av FeSO4● 7H2O i 10,0 ml vann og en tert-butylhydroperoksid (TBHP) -løsning ved å løse 0,076 g av 70% TBHP i 50,0 ml vann.

Kjelen ble deretter ladet med 1,0 ml jernholdig sulfatløsning og over en periode på to timer ble 1,0 ml APS-løsning og 1,0 ml SFS-løsning tilsatt samtidig. Etter APS-og SFS-tilsetning ble 1,0 ml TBHP-løsning og 1,0 ml SFS-løsning tilsatt samtidig i løpet av en periode på to timer.

Den endelige lateksen ble samlet opp etter at temperaturen var avkjølt tilbake til utgangstemperaturen. Den endelige lateksen (216,58 g) omfattet 38,3% polymer og en liten mengde koagulert (0,41 g).

Eksempel 2

I dette eksempelet ble evnen til motstandsreduksjon av den 38% poly-2-etylheksylmetakrylatpolymeremulsjonen dannet i eksempel 1 evaluert i et #2 dieselbrennstoffsystem. Testanordningen brukt i dette eksempelet var en 50,8 mm (2 tommers) konstruert løkkeresirkulasjonstest som vist i figur 1. Denne testanordningen som ble tillatt for evalueringen av ytelsen til motstandsreduksjon når injisert i ikke-preløst form i et hydrokarbonfluid i strømningsløkken. Testen ble brukt for å simulere ytelsesprofilene og motstandsreduksjonsegenskapene i feltrørledninger over en tre timers tidsperiode med hensyn til oppløsning, toppytelse og degradering av den motstandsreduserende polymeren.

I den 50,8 mm (2 tommers) rørløkkeresirkuleringstesten ble 2271 l (600 gallon) diesel resirkulert ved 21 °C (70°F) fra et blandet reservoar gjennom et 50,8 mm (2 tommers) rørdiametersløyfe og tilbake til reservoaret. Tilnærmet opphold i røret er 100 gallon. Dieselen blir resirkulert ved 2,67 l/min (42,3 gpm) ved bruk av en lav skjærhastighet progressiv kavitetspumpe. Trykkfallet ble målt over enn 133 m (440 fot) seksjon av rørsløyfen. "Basis"-tilfelle trykktap blir målt under en periode av ikke-injisering. "Behandlet"-tilfelle trykktap ble målt under og etter injiseringen av det motstandsreduserte prøven. I den 50,8 mm (2 tommers) rørsløyferesirkuleringstesten ble prøvemateriale injisert i en periode på 2 minutter i røret nedstrøms for reservoaret og pumpen med volumet av materialet injisert lik det som er nødvendig for å oppnå det tilsiktede ppm for det fulle 2271 l (600 gallon) reservoaret. Overvåkning av trykktapet fortsatte i en periode på 3 timer etter injisering. I dette spesielle eksempelet ble tilstrekkelig motstandsreduserende polymeremulsjon injisert i testsløyfen for å gi en 5 ppm konsentrasjon av poly-2-etylheksylmetakrylat (vekt/vekt) basert på #2 dieseldrivstoff. Intet målbart tap i trykk ble registrert under 3 timers resirkulering. Dette var lik 0% motstandsreduksjon (% DR).

Prosent motstandsreduksjon er forholdet mellom forskjellen mellom basislinjetrykktap ( ΔPbasis) og behandlet trykktap ( ΔPbehandlet) til basislinjetrykkfall ( ΔPbasis) ved en konstant strømningshastighet:

% DR = ( ΔPbasis- ΔPbehandlet) / ΔPbasis

Hastigheten ved hvilken polymeren løser seg i hydrokarbonstrømmen er en svært viktig egenskap. Den mest effektive motstandsreduksjonen kan ikke skje inntil polymeren er løst eller i alt vesentlig løst i rørledningen. Hastigheten ved hvilken polymeren løser seg kan bestemmes ved en virvelinhiberingstest i kerosen ved forskjellige temperaturer. Ved en konstant rørehastighet er dybden av virvelinnretningen proporsjonal med mengden av oppløst polymer i kerosen.

Oppløsningshastigheten er en første ordens funksjon:

d/dt (konsuløst) = -k x konsuløst

hvor k er oppløsningshastighetskonstanten. Tiden T for en viss andel av polymeren som skal løses er en funksjon av k som følger:

T% løst= [ln 100/(100-% løst)]/k

Figur 2 viser skjematisk testinnretningen for oppløsningshastigheten bruk for å bestemme oppløsningshastighetskonstanten. Innretningen for oppløsningshastighetstesten inkluderer en roterende rører som ble plassert i en mantlet gradert 250 ml sylinder som har en indre diameter på 48 mm. Den øvre enden av den roterende røreren ble koblet til en motor med variabel hastighet (ikke vist). Den spesifikke konfigurasjonen av den roterende røreren er illustrert i detalj i figurene 3-5. Den roterende røreren anvendt i oppløsningshastighetstestene var en Black & Decker malingsrører laget av en støpning av oljeresistent plast. Rørerens hode var formet av en 45 mm i diameter skive laget av en sentral skive og en ytre ring. Den sentrale skiven var 20 mm i diameter og 1,5 mm tykk og var sentrert på et nav som var 12 mm i diameter og 12 mm tykt. Navet ble boret i senteret for festing av rørehodet til et skaft med diameter 4 mm. Skaftet ble trædd i 27 mm slik at to små muttere holdt rørehodet på skaftet. Den ytre ringen var 45 mm i diameter, 9 mm bred og 1,5 mm tykk. Den ytre ringen var festet til den indre skiven ved 13 ark med lik avstand 13 mm lang og 1 mm tykk. Den ytre disken var plassert 6 mm under nivået til den indre skiven. Arkene som festet den ytre ringen til den indre skiven fungerte som skovler for å røre fluidet i testsylinderen. Skaftet som festet rørehodet til røremotoren (ikke vist) var 300 mm lang. Det skal bemerkes at oppløsningshastighetstestresultatene kan variere noe dersom forskjellige rørekonfigurasjoner blir brukt.

For å utføre oppløsningshastighetstesten ble røreren posisjonert på innsiden av sylinderen og tilpasset slik at bunnen av rørehodet var omtrent 5 mm fra bunnen av sylinderen. Sylindermantelen ble deretter fylt med vann resirkulert fra et resirkuleringsvannbad med kontrollert oppvarmings- og kjølekapasitet. Den ønskede temperaturen ble valgt og badet ble tillatt å nå denne temperaturen. Den mantlede graderte sylinderen ble fylt med kerosen til 200 ml linjen med røreren på plass. Sirkulering av avkjølingsfluid gjennom den graderte sylindermantelen ble igangsatt. Kerosenet på innsiden av den graderte sylinderen ble rørt i et tilstrekkelig tidsrom til å tillate temperaturen å nå likevekt på den satte temperaturen, vanligvis 10-15 minutter. Kerosentemperaturen ble undersøkt med et termometer for å sikre at kerosenet var ved den ønskede testtemperaturen. Hastigheten av motoren ble tilpasset for å røre raskt nok til å danne en virvel i kerosenet som nådde 125 ml graderingen i sylinderen.

En porsjon av forhåndsløst polymer som inneholdt den ønskede konsentrasjonen av polymer ble tilsatt kerosenet når virvelen ble dannet. Den forhåndsløste polymeren ble fremstilt ved å blande lateksemulsjonen med et løsemiddel med egnende oppløsningsparametere for å oppnå full oppløsning. Beholderen med emulsjonen og løsemiddelet ble rullet over natten. I tilfelle av en emulsjon av poly-2-etylheksylmetakrylat tillot en blanding av 20% isopropanol og 80% kerosen (volum/volum) full oppløsning av polymeren ved romtemperatur i løpet av dette tidsrommet. For eksempel ble en 3% løsning av poly-2-etylheksylmetakrylat fremstilt ved å tilsette 7,83 g av en 38,3 % polymeremulsjon i 92,17 g av 20% isopropanol og 80% kerosen (volum/volum) og fulgt av risting for å dispergere emulsjonen i en 0,24 l (8 ounce) krukke. Oppløsningssystemet ble raskt viskøst. Krukken ble deretter plassert på en rulle som roterte ved en lav hastighet og tillatt å homogenisere over natten.

Porsjoner av forhåndsløst polymer ble deretter raskt tilsatt (det vil si i løpet av omtrent 5 sekunder) til det rørte kerosenet i den graderte sylinderen for å bestemme mengden av polymer som er nødvendig for å oppnå full virvellukning, definert som lukking ved 175 ml-merket i den graderte sylinderen. I tilfelle av den 38,5% poly-2-etylheksylmetakrylatemulsjonen dannet i eksempel 1, ble det bestemt at 200 ppm aktiv polymer var nødvendig for å lukke virvelen fullstendig.

Emulsjoner som ikke var forhåndsløst hadde sine oppløsningshastigheter målt ved bruk av den samme polymerkonsentrasjonen som er nødvendig for full virvellukning for den forhåndsløste polymeren ved den følgende prosedyren. En porsjon av emulsjonen, enten modifisert eller umodifisert, ble tilsatt kerosenet ved den ønskede konsentrasjon og temperatur. En tidsmåler ble brukt for å overvåke og registrere tiden når virvelen nådde 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170 og 175-merkene på sylinderen. Bestemmelsen ble imidlertid stoppet når tiden overskred 30 minutter.

Oppløsningskonstanten, k, ble beregnet ved å først bestemme den relative virvlingen, Rv, og deretter plotte tiden som er nødvendig for å nå forskjellige virvelmarkeringer vs log av den relative virvelen. Den relative virvelen er den desimalandel av den fulle virvelen ved 125 ml. Den fulle virvelen er differansen mellom to 200 ml (volumet i den graderte sylinderen) og virvelen ved 125 ml (det vil si 75 ml).

Rv = (200 - faktisk virvel)/full virvel

For eksempel når den faktiske virvelen er 130 ml, er den relative virvelen 0,833. Tiden som var nødvendig for å oppnå de forskjellige virvelmarkeringene ble plottet versus logen av den relative virvelen. En datatrendlinje ble deretter utviklet og en regresjon ble utført på trendlinjen. Helningen på trendlinjen ble multiplisert med -2,303 for å konvertere dataene tilbake til lineære verdier. Dette var oppløsningshastighetskonstanten, k, for en gitt temperatur og konsentrasjon av aktiv polymer.

Oppløsningshastigheten av den 38,3% poly-2-etylheksylmetakrylatemulsjonen dannet i eksempel 1 ble målt ved bruk av oppløsningshastighetstesten ved 500 ppm aktiv polymer. Resultatene viser at emulsjonspolymeren hadde så godt som ingen oppløsning ved 20°C og 30°C og svært lave oppløsningshastigheter ved temperaturer opptil 60°C.

I eksemplene 3-5 ble forskjellige løsemidler og overflateaktive midler inkorporert i lateksemulsjonen dannet i eksempel 1 for å bestemme effekten derav på oppløsningshastigheten av emulsjonspolymeren i et hydrokarbon.

Eksempel 3

Toluen (104,15 g) ble tilsatt til et 600 ml beger og begeret ble plassert under en rører ovenfra utstyrt med en 3-blads propell med diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 41,675 g av sorbitanseskioleat (tilgjengelig som Lumisorb SSO fra Lambent Technologies, Skokie, IL) ble tilsatt og blandet i 10 minutter inntil det løste seg. En andel av emulsjonen dannet i eksempel 1 (104,175 g) ble deretter tilsatt og systemet blandet i 20 minutter. Sammensetningen hadde en tetthet på 0,939 g/ml og en Brookfield LVDVII+-viskositet på 3700 mPa·s ved bruk av en #4 spindel ved 12 rpm. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 41,67%

Toluen 41,66%

Sorbitanseskioleat 16,67%

Oppløsningshastigheten til dette materialet ble målt ved å bruke oppløsningshastighetstesten beskrevet ovenfor. Resultatene viser at den modifiserte emulsjonspolymeren hadde gode oppløsningsegenskaper som ble forbedret ved økende temperatur.

Eksempel 4

Toluen (104,15 g) ble tilsatt til et 600 ml beger og begeret ble plassert under en rører ovenfra som var utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm. En mengde av emulsjonen fremstilt i eksempel 1 (145,85 g) ble deretter tilsatt og systemet blandet i 20 minutter.

Sammensetningen hadde en tetthet på 0,937 g/ml. Brookfield LVDVII+-viskositeten var for høy til å bli målt ved bruk av dette instrumentet ved 12 rpm.

Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 58,34%

Toluen 41,66%

Sorbitanseskioleat 0%

Oppløsningshastigheten til dette materialet blir målt ved bruk av oppløsningshastighetstesten beskrevet ovenfor. Resultatene viser at emulsjonspolymeren ikke hadde noen oppløsning ved 20°C og 30°C og svært lave oppløsningshastigheter ved temperaturer opptil 60°C.

Eksempel 5

En mengde av emulsjonen dannet i eksempel 1 (208,325 g) ble tilsatt til et 600 ml beger og begeret ble plassert under en rører ovenfra som var utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 41,675 g sorbitanseskioleat ble deretter tilsatt og systemet blandet i 20 minutter. Sammensetningen hadde en tetthet på 0,991 g/ml og Brookfield LVDVII+-viskositeten var for høy til å bli målt ved bruk av dette instrumentet ved 12 rpm. Blandingen hadde en glatt, pastalignende konsistens. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 83,33%

Toluen 0%

Sorbitanseskioleat 16,67%

De tre eksemplene ovenfor (eksemplene 3, 4 og 5) illustrerer den dramatiske forbedringen i oppløsningshastighet realisert ved bruk av både et overflateaktivt middel og et oppløsemiddel for å modifisere oppløsningsegenskapene til emulsjonspolymerene i hydrokarboner. Mye raskere oppløsning kan oppnås ved bruk av både et overflateaktivt middel og et løsemiddel som kan oppnås ved bruk av hver klasse av additiv enkeltvis. Et plott av oppløsningshastighetsfaktoren, k, vs. temperaturen av hydrokarbonet brukt (kerosen) er presentert i figur 6.

Eksempel 6

I dette eksempelet ble 75 g aceton tilsatt til et 600 ml beger og plassert under en rører ovenfra som var utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 50 g sorbitanseskioleat ble deretter tilsatt og blandet i 10 minutter inntil det løste seg. En mengde av emulsjon fremstilt i eksempel 1 (125 g) ble deretter tilsatt og systemet blandet i 20 minutter. Sammensetningen hadde en tetthet på 0,94 g/ml og Brookfield LVDVII+viskositeten på 6700 mPa*s ved bruk av en #4 spindel ved 12 rpm.

Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 50%

Aceton 30%

Sorbitanseskioleat 20%

Oppløsningshastigheten til dette materialet ble målt ved bruk av oppløsningshastighetstesten beskrevet ovenfor. Resultatene viser at den modifiserte emulsjonspolymeren hadde gode oppløsningsegenskaper som bedret seg ved økende temperatur.

Dette eksempelet viser hvordan et alternativt løsemiddel kan brukes for å oppnå raskere oppløsningsegenskaper ved en lavere temperatur. Dette kan være viktig i mange rørledningsanvendelser, der råolje og raffinerte produkter blir transportert ved lavere temperaturer.

Eksempel 7

En mengde av polyetylenglykol (96,15 g) med en molekylvekt på 200 (PEG-200) ble tilsatt til et 600 ml beger og begeret plassert under en rører ovenfra utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 57,7 g polyisobutylensuccininsyreanhdridsampolymer, dietanolaminsalt (PIBSA) ble tilsatt og systemet blandet i 30 minutter inntil PIBSA var løst. Deretter ble 96,15 g av emulsjonen fremstilt i eksempel 1 tilsatt og systemet blandet i 20 minutter. Sammensetningen hadde en tetthet på 0,971 g/ml og Brookfield LVDVII+-viskositeten på 32000 mPa*s ved bruk av en #4 spindel ved 6 rpm. Sammensetningen hadde en tykk pastalignende konsistens. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 38,46%

PEG-200 38,46%

PIBSA 23,08%

Oppløsningshastigheten til dette materialet ble målt ved bruk av oppløsningshastighetstesten beskrevet ovenfor. Resultatene viser at den modifiserte emulsjonspolymeren hadde gode oppløsningsegenskaper som bedret seg ved økende temperaturer.

Dette eksempelet viser at bruken av et ikke brennbart, mindre farlig løsemiddel enn toluen eller aceton kan brukes og forbedrede oppløsningsegenskaper over brede temperaturområder likevel kan oppnås.

Eksempel 8

I dette eksempelet ble 50 g PEG-200 tilsatt til et 600 ml beger og begeret plassert under en rører ovenfra utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 12,5 g av en etoksylert talgamin (Rhodameen PN-430) og 37,5 g polyisobutylensuccininsyreanhdridsampolymer, dietanolaminsalt ble tilsatt og blandet i 20 minutter inntil det løste seg. Deretter ble 150 g av emulsjonen fremstilt i eksempel 1 tilsatt og systemet blandet i 20 minutter. Sammensetningen hadde en tetthet på 1,0078 g/ml og en Brookfield LVDVII+-viskositet på 1120 mPa*s ved bruk av en #4 spindel ved 30 rpm. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 60%

PEG-200 20%

Rhodameen PN-430 5%

PIBSA 15%

Oppløsningshastigheten til dette materialet blir målt ved bruk av oppløsningshastighetstesten beskrevet ovenfor. Resultatene viser at den modifiserte emulsjonspolymeren hadde gode oppløsningsegenskaper som bedret seg ved økende temperaturer.

Dette eksempelet viser at bruken av mer enn ett lavt HLB overflateaktivt middel for å oppnå en økt oppløsningshastighet over emulsjonen alene og tillater anvendelsen av en lavere konsentrasjon av løsemiddel og lave HLB overflateaktive midler for å oppnå en gitt oppløsningshastighet ved visse temperaturer.

Eksempel 9

I dette eksempelet ble 60 g PEG-200, 60 g tripropylenglykolmetyleter og 6 g 1-heksanol tilsatt til et 1000 ml beger og begeret plassert under en rører ovenfra utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 76,2 mm (3 tommer). Røreren ble tilpasset til 250 rpm. Deretter ble 30 g en etoksylert talgamin (Rhodameen PN-430) og 90 g polyisobutylensuccininsyreanhdridsampolymer, dietanolaminsalt ble tilsatt og blandet i 30 minutter inntil det løste seg. Deretter ble 354 g av emulsjonen fremstilt i eksempel 1 tilsatt og systemet blandet i 20 minutter. Sammensetningen hadde en tetthet på 0,9979g/ml og en Brookfield LVDVII+-viskositet på 3071 mPa*s ved bruk av en #4 spindel ved 30 rpm. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 59%

PEG-200 10%

Triprolypenglykolmetyleter 10%

1-heksanol 1%

Rhodameen PN-430 5%

PIBSA 15%

Dette eksempelet viser bruken av mer enn ett lavt HLB overflateaktivt middel og mer enn et løsemiddel for å oppnå en økt oppløsningshastighet over emulsjonen alene og tillater anvendelsen av en lavere konsentrasjon av løsemiddel og lave HLB overflateaktive midler for å oppnå en gitt oppløsningshastighet ved visse temperaturer.

Figur 7 er et plott av oppløsningshastighet vs temperatur for eksemplene 7, 8 og 9. Denne sammenligningen av oppløsningshastighetene til de forskjellige systemene viser at bruken av mer enn ett løsemiddel og/eller lav HLB overflateaktivt middel kan brukes for å oppnå lignende oppløsningsegenskaper. I tilfelle av eksempel 7, var mye høyere additivkonsentrasjoner nødvendig ved bruk av et enkelt overflateaktivt middel og løsemiddel for å oppnå kun marginale forbedringer i oppløsningshastigheter. Ved bruk av flere overflateaktive midler og/eller løsemidler for å gjøre bruken av en lavere konsentrasjon av additiver mulig, kan man også oppnå en blanding med lavere viskositet.

Eksempel 10

I dette eksempelet ble 104,15 g toluen tilsatt til et 600 ml beger og begeret plassert under en rører ovenfra utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 41,675 g av sorbitanseskioletat og systemet blandet i 10 minutter inntil det løste seg. Deretter ble 104,175 g av emulsjonen fremstilt i eksempel 1 tilsatt og systemet blandet i 20 minutter.

Sammensetningen hadde en tetthet på 0,939 g/ml og en Brookfield LVDVII+-viskositet på 3700 mPa*s ved bruk av en #4 spindel ved 12 rpm. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 41,67%

Toluen 41,66%

Sorbitanseskioleat 16,67%

Blandingen dannet ovenfor ble injisert inn i den 50,8 mm (2 tommers) testinnretningen for konstruert sløyferesirkulering beskrevet i eksempel 2 i en tilstrekkelig mengde til å gi en konsentrasjon av 3 ppm av poly-2-etylheksylmetakrylat (vekt/vekt) basert på vekten av #2 dieseldrivstoffet. Etter injeksjon begynte trykket i testsløyfen raskt å falle. Et trykkfall lik 10,75% DR ble målt i 600 sekunder (10 minutter).

Eksempel 11

I dette eksempelet ble 104,15 g toluen tilsatt til et 600 ml beger og begeret plassert under en rører ovenfra utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 145,85 g av emulsjonen ble deretter tilsatt og systemet blandet i 20 minutter. Sammensetningen hadde en tetthet på 0,937 g/ml og Brookfield LVDVII+-viskositeten var for høy til å bli målt ved bruk av dette instrumentet ved 12 rpm. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 58,34%

Toluen 41,66%

Sorbitanseskioleat 0%

Blandingen dannet ovenfor ble injisert inn i den 50,8 mm (2 tommers) testinnretningen for konstruert sløyferesirkulering beskrevet i eksempel 2 i en tilstrekkelig mengde til å gi en konsentrasjon av 3 ppm av poly-2-etylheksylmetakrylat (vekt/vekt) basert på vekten av #2 dieseldrivstoffet. I løpet av 3-timerstesten ble ingen signifikant motstandsreduksjon målt.

Eksempel 12

I dette eksempelet ble 208,325 g av emulsjonen dannet i eksempel 1 tilsatt til et 600 ml beger og begeret plassert under en rører ovenfra utstyrt med en 3-blads propell med en diameter på 50,8 mm (2 tommers). Røreren ble tilpasset til 250 rpm og 41,675 g av sorbitanseskioleat ble deretter tilsatt og blandet i 20 minutter.

Sammensetningen hadde en tetthet på 0,991 g/ml og Brookfield LVDVII+-viskositeten var for høy til å bli målt ved bruk av dette instrumentet ved 12 rpm. Blandingen hadde en glatt pastalignende konsistens. Sammensetningen i vektprosent var som følger:

Emulsjon fra eksempel 1 58,34%

Toluen 0%

Sorbitanseskioleat 16,67%

Figur 8 er et plott av motstandsreduksjonen i den 50,8 mm (2 tommers) konstruerte sløyferesirkulasjonstesten for eksemplene 2, 10, 11 og 12. I dette plottet av % motstandsreduksjon vs sirkulasjonstid, opptrådte injeksjonen i det resirkulerende fluidet ved 100 sekunder. I løpet av de neste 120 sekundene ble de modifiserte emulsjonene injisert ved en høyere konsentrasjon (21,5 ppm polymer for den modifiserte og 35,8 for den umodifiserte emulsjonen) og ved en hastighet proporsjonal til strømningen av én passering av dieseldrivstoffet gjennom sløyfen som beregnet som:

Innledende konsentrasjon (ppm) = injeksjonshastighet /(injeksjonshastighet sløyfehastighet)

Dette førte til likevekt med balansen av dieseldrivstoffet i lagringstanken slik at i løpet av omtrent 300 sekunders totalt forløpt tid ble polymeren ved likevekstkonsentrasjonen beskrevet (det vil si 3 ppm polymer for de modifiserte emulsjonene og 5 ppm for den umodifiserte emulsjonen). Likevektskonsentrasjonen ble beregnet som følger:

Likevektskonsentrasjon (ppm) = vekt polymer/vekt diesel

Dette plottet illustrerer den raske hastigheten til motstandsreduksjonen av en emulsjon modifisert med både toluen og sorbitanseskioleat (eksempel 10) sammenlignet med emulsjonen modifisert med enten toluen alene (eksempel 11) eller sorbitanseskioleat alene (eksempel 12) ved en likevektspolymerkonsentrasjon på 3 ppm. I tillegg er motstandsreduksjonsytelsen av en umodifisert emulsjon ved en likevektspolymerkonsentrasjon på 5 ppm vist. Plottet viser at emulsjonen modifisert med både toluen og sorbitanseskioleat utviste en rask utvikling av motstandsreduksjonsegenskapene i denne testsløyfen, mens den umodifiserte og materialene modifisert med enten toluen eller sorbitanseskioleat alene ikke utviklet noen målbar motstandsreduksjon.

De foretrukne formene av oppfinnelsen beskrevet ovenfor skal kun brukes som illustrasjon og bør ikke brukes på en begrensende måte for å tolke hensikten med den foreliggende oppfinnelsen. Åpenbare modifikasjoner av de eksempelvise utformingene som vist ovenfor kan lett gjøres av fagfolk uten å avvike fra ånden av den foreliggende oppfinnelsen.

Oppfinnerne angir herved deres intensjon til å stole på doktrinen av ekvivalenter for å bestemme og bedømme det fornuftige riktige omfanget av den foreliggende oppfinnelsen, når det gjelder enhver innretning som ikke materielt avviker fra men utenfor den bokstavelige rammen av oppfinnelsen som angitt i de etterfølgende krav.