RU2607914C1 - Method of forming and composition of anti-turbulent additive - Google Patents
Method of forming and composition of anti-turbulent additive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607914C1 RU2607914C1 RU2015150475A RU2015150475A RU2607914C1 RU 2607914 C1 RU2607914 C1 RU 2607914C1 RU 2015150475 A RU2015150475 A RU 2015150475A RU 2015150475 A RU2015150475 A RU 2015150475A RU 2607914 C1 RU2607914 C1 RU 2607914C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- suspension
- additive
- poly
- turbulent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F10/00—Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
- C08F10/14—Monomers containing five or more carbon atoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F2/00—Processes of polymerisation
- C08F2/02—Polymerisation in bulk
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F4/00—Polymerisation catalysts
- C08F4/42—Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors
- C08F4/44—Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides
- C08F4/60—Metals; Metal hydrides; Metallo-organic compounds; Use thereof as catalyst precursors selected from light metals, zinc, cadmium, mercury, copper, silver, gold, boron, gallium, indium, thallium, rare earths or actinides together with refractory metals, iron group metals, platinum group metals, manganese, rhenium technetium or compounds thereof
- C08F4/62—Refractory metals or compounds thereof
- C08F4/64—Titanium, zirconium, hafnium or compounds thereof
- C08F4/642—Component covered by group C08F4/64 with an organo-aluminium compound
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D1/00—Pipe-line systems
- F17D1/08—Pipe-line systems for liquids or viscous products
- F17D1/16—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity
- F17D1/17—Facilitating the conveyance of liquids or effecting the conveyance of viscous products by modification of their viscosity by mixing with another liquid, i.e. diluting
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к трубопроводному транспорту нефти и нефтепродуктов с противотурбулентными присадками (ПТП), которые снижают гидродинамическое сопротивление турбулентного течения и тем самым интенсифицируют перекачку углеводородных жидкостей.The invention relates to the oil industry, and in particular to the pipeline transport of oil and oil products with anti-turbulent additives (PTP), which reduce the hydrodynamic resistance of turbulent flow and thereby intensify the pumping of hydrocarbon liquids.
По сравнению с присадками «гелевого» типа на основе концентрированных растворов поли-α-олефинов в гептане (например, патент РФ №2230074) суспензионная ПТП обладает на порядок более низкой вязкостью и содержит в три-четыре раза больше полезного вещества (полимера) в своем составе.Compared with gel-type additives based on concentrated solutions of poly-α-olefins in heptane (for example, RF patent No. 2230074), suspension PTP has an order of magnitude lower viscosity and contains three to four times more useful substance (polymer) in its composition.
Промышленную полимеризацию α-олефинов в реакторе обычно проводят в неполярном растворителе (например, гептане) в присутствии катализаторов Циглера-Натта и получают высоковязкий раствор поли-α-олефинов, называемый полимеризатом, который содержит менее 10% полимера и более 90% гептана. Гептан не снижает сопротивление, а поэтому является дорогостоящим балластом. Такой концентрат (полимеризат), получивший название противотурбулентной присадки «гелевого» (растворного) типа, дозируют в незначительных количествах (10 г/м3-100 г/м3) в нефтяной поток магистрального трубопровода [Г.В. Несын, В.Н. Манжай, А.В. Илюшников. Промышленный синтез и оценка гидродинамической эффективности потенциальных агентов СГДС в нефтепроводах // Инженерно-физический журнал. 2003. Т. 76. №3. C. 142-146]. Но доставка присадки в виде концентрированного раствора с малым содержанием в ней гидродинамически активного вещества (полимера) и с подавляющей долей дорогостоящего балласта (гептана) к местам дозирования, зачастую удаленным и труднодоступным, является мероприятием экономически затратным. Попытка увеличить содержание полимера в концентрате выше 10% приводит к экспоненциальному росту вязкости раствора и превращению его в нетекучий студень, который невозможно закачать в нефтепровод из-за высокого противодавления в нем. Поэтому в последнее десятилетие широко применяют противотурбулентные присадки суспензионной формы. Такие присадки нового поколения по своей структуре и консистенции подобны соку гевеи, который имеет коллоидную природу и является эмульсией полиизопрена (натурального каучука) в воде, стабилизированной природными ПАВ.The industrial polymerization of α-olefins in a reactor is usually carried out in a non-polar solvent (e.g., heptane) in the presence of Ziegler-Natta catalysts and a highly viscous solution of poly-α-olefins called polymerizate is obtained, which contains less than 10% polymer and more than 90% heptane. Heptane does not reduce resistance, and therefore is an expensive ballast. Such a concentrate (polymerizate), called the “gel” (solution) type anti-turbulent additive, is dosed in small quantities (10 g / m 3 -100 g / m 3 ) into the oil flow of the main pipeline [G.V. Nesyn, V.N. Manzhay, A.V. Ilyushnikov. Industrial synthesis and assessment of the hydrodynamic efficiency of potential SGDS agents in oil pipelines // Engineering Physics Journal. 2003.V. 76. No. 3. C. 142-146]. But the delivery of an additive in the form of a concentrated solution with a low content of a hydrodynamically active substance (polymer) in it and with an overwhelming proportion of expensive ballast (heptane) to metering sites, often remote and difficult to access, is an economically costly undertaking. An attempt to increase the polymer content in the concentrate above 10% leads to an exponential increase in the viscosity of the solution and its transformation into a non-fluid jelly, which cannot be pumped into the oil pipeline due to the high back pressure in it. Therefore, in the last decade, anti-turbulent suspension form additives have been widely used. Such additives of a new generation in their structure and consistency are similar to hevea juice, which is colloidal in nature and is an emulsion of polyisoprene (natural rubber) in water stabilized by natural surfactants.
В большом количестве патентов, относящихся к способу получения ПТП суспензионного типа, описано криогенное измельчение полимеров [Пат. США 4826728, Пат. США 4720397, Пат. США 4340076]. Поскольку полимеры и сополимеры высших α-олефинов являются высокоэластичными каучукоподобными материалами с низкой температурой стеклования (полигексен и полиоктен, например, имеет температуру стеклования ниже минус 70°C), их механическое измельчение проводят в среде жидкого азота, т.е. ниже температуры их стеклования. При этом диспергирование полимерных тел сопровождается частичной деструкцией макромолекул. Полученный мелкодисперсный порошок полимера с различными добавками-ингредиентами затем помещают в дисперсионную среду, в которой полимер не растворяется.A large number of patents related to a method for producing suspension-type anti-TB drugs are described for cryogenic grinding of polymers [US Pat. U.S. Patent 4,826,728. U.S. 4,720,397, Pat. US 4340076]. Since polymers and copolymers of higher α-olefins are highly elastic rubber-like materials with a low glass transition temperature (polyhexene and polyoctene, for example, have a glass transition temperature below minus 70 ° C), they are mechanically milled in liquid nitrogen, i.e. below their glass transition temperature. In this case, the dispersion of polymer bodies is accompanied by partial destruction of macromolecules. The obtained fine polymer powder with various additive ingredients is then placed in a dispersion medium in which the polymer does not dissolve.
Другим подходом к формированию суспензионных ПТП, принципиально отличающимся от вышеописанного способа, является получение мелкой дисперсии еще на стадии полимеризации альфа-олефинов. В патентах [Пат. США 6126872, Пат. США 6160036, Пат. США 4693321] описаны весьма оригинальные решения, смысл которых заключается в том, что ПТП получают путем капсулирования и последующей микроблочной полимеризации высших альфа-олефинов. С помощью специальной форсунки капельки мономера, содержащего катализатор, помещают в оболочку, предотвращающую отравление катализатора. Внутри форсунки имеется цилиндрический канал малого диаметра, окруженный цилиндрическим каналом большего диаметра. Через канал малого диаметра поступает мономер с катализатором, а через межтрубное пространство между двумя каналами поступает материал оболочки. Скорости потоков подобраны таким образом, что материал оболочки равномерно покрывает капельки мономера с катализатором, в результате образуются капсулы, в которых в течение 24-72 часов протекает процесс микроблочной полимеризации высших альфа-олефинов до конверсии 95%.Another approach to the formation of suspension PTP, fundamentally different from the above method, is to obtain a fine dispersion even at the stage of polymerization of alpha-olefins. In patents [Pat. U.S. 6126872, Pat. US 6160036, Pat. USA 4693321] describes a very original solution, the meaning of which is that PTP obtained by encapsulation and subsequent microblock polymerization of higher alpha-olefins. Using a special nozzle, droplets of the monomer containing the catalyst are placed in a shell to prevent poisoning of the catalyst. Inside the nozzle there is a cylindrical channel of small diameter surrounded by a cylindrical channel of a larger diameter. A monomer with a catalyst enters through a small-diameter channel, and shell material enters through the annulus between the two channels. The flow rates are selected so that the shell material uniformly covers the droplets of the monomer with the catalyst, resulting in capsules in which the microblock polymerization of higher alpha-olefins proceeds for a conversion of 95% within 24-72 hours.
В основе еще одного способа получения ПТП, описанного в патенте РФ №2443720, лежит осуществление суспензионной полимеризации альфа-олефинов в среде перфторированных алканов (ПФА). С одной стороны, ПФА являются инертной средой и поэтому не дезактивируют активные центры каталитической системы Циглера-Натта. С другой стороны, ПФА не являются растворителем как для высших альфа-олефинов, так и для их полимеров, что позволяет осуществить суспензионную полимеризацию. Продуктом суспензионной полимеризации высших альфа-олефинов является тонкодисперсная суспензия, которая после замены дорогостоящего ПФА на дисперсионную среду другой химической природы представляет собой товарную форму ПТП суспензионного типа.Another method for the preparation of PTP described in RF patent No. 2443720 is based on the suspension polymerisation of alpha-olefins in perfluorinated alkanes (PFA). On the one hand, PFAs are an inert medium and therefore do not deactivate the active sites of the Ziegler-Natta catalytic system. On the other hand, PFAs are not a solvent both for higher alpha olefins and for their polymers, which allows for suspension polymerization. The suspension polymerization product of higher alpha-olefins is a finely dispersed suspension, which, after replacing the expensive PFA with a dispersion medium of a different chemical nature, is a commercial form of the suspension type PTP.
Недостатками всех перечисленных способов формирования ПТП суспензионной формы являются использование дорогостоящих компонентов, многостадийность процесса, применение специфического оборудования и повышенные требования к соблюдению нюансов технологического регламента.The disadvantages of all of the above methods for the formation of SST suspension form are the use of expensive components, multi-stage process, the use of specific equipment and increased requirements for observing the nuances of the technological regulations.
Альтернативным методом получения тонких дисперсий является превращение полимера в суспензионную антитурбулентную присадку путем термического переосаждения [Пат. РФ №2481357]. Этот способ является наиболее близким к настоящему изобретению и был взят нами за прототип.An alternative method of obtaining fine dispersions is the conversion of the polymer into a suspension antiturbulent additive by thermal reprecipitation [US Pat. RF No. 2481357]. This method is the closest to the present invention and was taken by us as a prototype.
В прототипе для получения тонкодисперсной суспензии предлагается использовать термическое переосаждение (со)полимеров высших альфа-олефинов в жидкости, которая образует с полимером систему с верхней критической температурой смешения, значение которой лежит в окрестностях +50°C. Такая жидкость является нерастворителем для (со)полимера при температуре, близкой к комнатной, и становится растворителем при температуре выше критической температуры смешения.In the prototype, to obtain a fine suspension, it is proposed to use thermal reprecipitation of (co) polymers of higher alpha-olefins in a liquid, which forms a system with a polymer with an upper critical mixing temperature, the value of which lies in the vicinity of + 50 ° C. Such a liquid is a non-solvent for the (co) polymer at a temperature close to room temperature and becomes a solvent at a temperature above the critical mixing temperature.
Последовательность технологических стадий получения суспензии, описанной в названном патенте (прототипе), такова (цитата):The sequence of technological stages of obtaining the suspension described in the aforementioned patent (prototype), is as follows (quote):
1. Гомо- или сополимеризация высших α-олефинов (C6-C12) в массе мономера под действием катализатора Циглера-Натта до глубокой конверсии мономера (сомономеров). Каталитическая система предпочтительно состоит из трихлорида титана и диэтилалюминий хлорида.1. Homo- or copolymerization of higher α-olefins (C 6 -C 12 ) in the monomer mass under the action of a Ziegler-Natta catalyst to a deep conversion of the monomer (comonomers). The catalyst system preferably consists of titanium trichloride and diethylaluminium chloride.
2. Механическое измельчение блока синтезированного полимера при комнатной температуре на достаточно крупные частицы размером более 1-10 мм.2. Mechanical grinding of the synthesized polymer block at room temperature into sufficiently large particles larger than 1-10 mm.
3. Смешение при комнатной температуре измельченного полимера и жидкости, в которой полимер не растворяется при комнатной температуре и в которой растворяется при повышенной температуре. При необходимости добавляют антиагломератор и ингибитор деструкции в соотношении, соответствующем конечной рецептуре присадки.3. Mixing at room temperature the crushed polymer and a liquid in which the polymer does not dissolve at room temperature and in which it dissolves at elevated temperature. If necessary, add an anti-agglomerator and a breakdown inhibitor in a ratio corresponding to the final additive formulation.
4. Растворение полимера в жидкости при повышенной температуре и перемешивании.4. Dissolution of the polymer in a liquid at elevated temperature and stirring.
5. Медленное охлаждение смеси до комнатной температуры и получение товарной формы суспензионной присадки.5. Slow cooling of the mixture to room temperature and obtaining a commodity form of a suspension additive.
К недостаткам прототипа можно отнести следующее:The disadvantages of the prototype include the following:
- Во-первых, подготовительная стадия измельчения полимера, который является эластомером, требует дополнительных затрат на оборудование и электроэнергию. Кроме того, на этой стадии возможно протекание механодеструкции полимерных цепей.- Firstly, the preparatory stage of grinding the polymer, which is an elastomer, requires additional costs for equipment and electricity. In addition, mechanical degradation of polymer chains is possible at this stage.
- Во-вторых, вследствие инерционности процесса растворения высокомолекулярных соединений при нагревании системы выше критической температуры смешения требуется достаточно длительное время до полной гомогенизации раствора, что снижает общую производительность технологического оборудования. Длительное нагревание приводит также к термической деструкции полимера и, как следствие, к снижению качества ПТП.- Secondly, due to the inertia of the process of dissolving macromolecular compounds when the system is heated above the critical mixing temperature, a sufficiently long time is required until the solution is completely homogenized, which reduces the overall productivity of the process equipment. Prolonged heating also leads to thermal degradation of the polymer and, as a consequence, to a decrease in the quality of PTP.
- В-третьих, при охлаждении нагретой системы часто происходит расслоение, что приводит к образованию скорее не суспензии, а хлопьевидного полимера, набухшего в нерастворителе (например, в смеси гексанол-1 и монометиловый эфир дипропиленгликоля в соотношении 2:1). Отмечено, что при больших концентрациях полимера данная система является очень нестабильной и может легко коагулировать в единый массивный студень.- Thirdly, during cooling of the heated system, delamination often occurs, which leads to the formation of rather than a suspension, but of a flocculent polymer swollen in a non-solvent (for example, in a mixture of hexanol-1 and dipropylene glycol monomethyl ether in a 2: 1 ratio). It is noted that at high polymer concentrations this system is very unstable and can easily coagulate into a single massive jelly.
Задача настоящего изобретения - создание способа получения и подбора состава противотурбулентной присадки, позволяющей повысить качество и количество мелкодисперсного полимерного компонента в присадке суспензионной формы, сокращение числа стадий получения ПТП и увеличение производительности используемого технологического оборудования.The objective of the present invention is to provide a method for the preparation and selection of the composition of an anti-turbulent additive, which allows to increase the quality and quantity of the finely dispersed polymer component in the additive of the suspension form, reducing the number of stages for the preparation of anti-turbulent additives and increasing the productivity of the technological equipment used.
Техническим решением предлагаемого способа является превращение истинного раствора полимера в суспензию методом осаждения. Настоящее изобретение в отличие от прототипа решает технологическую задачу совмещения стадии синтеза поли-α-олефина и процесса перевода полимера в суспензию без стадии его механического диспергирования с последующим растворением.The technical solution of the proposed method is the conversion of a true polymer solution into a suspension by precipitation. The present invention, in contrast to the prototype, solves the technological problem of combining the stage of synthesis of poly-α-olefin and the process of transferring the polymer into a suspension without the stage of its mechanical dispersion with subsequent dissolution.
Предлагаемая суспензионная композиция противотурбулентной присадки содержит: 30-35 масс. % поли-α-олефина с очень высокой ММ ~ (5-10)⋅106, 60-65 масс. % октанола, ~ 1-2 масс. % пальмитата калия, ~ 1-2 масс. % мелкодисперсного технического углерода (сажа).The proposed suspension composition of anti-turbulent additives contains: 30-35 mass. % poly-α-olefin with a very high MM ~ (5-10) ⋅ 10 6 , 60-65 mass. % octanol, ~ 1-2 mass. % potassium palmitate, ~ 1-2 mass. % finely divided carbon black (soot).
Разработанный способ перевода истинного раствора сверхвысокомолекулярного полимера в коллоидную форму не влияет на качество синтезированного продукта (отсутствует деструкция полимерных цепей и ММ не изменяется) и позволяет повысить содержание полимерного компонента в ПТП до 35%. При формировании композиции коллоидной формы используются доступные и дешевые компоненты.The developed method for converting a true solution of ultra-high molecular weight polymer into a colloidal form does not affect the quality of the synthesized product (there is no degradation of polymer chains and MM does not change) and allows to increase the content of the polymer component in PTP to 35%. When forming a colloidal composition, affordable and cheap components are used.
Как описано в нашем патенте №2230074, синтез поли-α-олефинов на катализаторах Циглера-Натта проводят в реакторе, содержащем хороший растворитель (гептан) для мономера и полимера.As described in our patent No. 2230074, the synthesis of poly-α-olefins on Ziegler-Natta catalysts is carried out in a reactor containing a good solvent (heptane) for the monomer and polymer.
Методика предлагаемого способа формирования суспензионной ПТП состоит из четырех этапов.The methodology of the proposed method for the formation of suspension PTP consists of four stages.
На начальном этапе для формирования ПТП суспензионной формы использовали 10%-ный раствор сверхвысокомолекулярного полигексена в гептане, полученный сразу после синтеза в реакторе. Динамическая вязкость этого раствора (неньютоновской жидкости) чрезвычайно велика и в зависимости от скорости сдвига, задаваемой при проведении измерений, находится в интервале η=10-20 Па⋅с. При дальнейшем повышении концентрации полимера раствор практически теряет текучесть.At the initial stage, a 10% solution of ultrahigh molecular weight polyhexene in heptane, obtained immediately after synthesis in the reactor, was used to form the PTP of the suspension form. The dynamic viscosity of this solution (non-Newtonian fluid) is extremely high and, depending on the shear rate specified during the measurements, is in the range η = 10-20 Pa s. With a further increase in polymer concentration, the solution practically loses fluidity.
На втором этапе для увеличения текучести концентрированного раствора полимера к нему при работающей мешалке небольшими порциями приливают равный объем бутанола, т.е. формируют систему с соотношением раствор полимера в гептане : бутанол = 1:1. Одновременно добавляют мелкодисперсный технический углерод в количестве 3% от содержания полимера в системе. В результате проведенной процедуры вязкость системы резко уменьшается и, следовательно, текучесть полимерного раствора вследствие потери им «прядомости» возрастает, что позволяет легко и без потерь переместить его из реактора синтеза.At the second stage, in order to increase the fluidity of the concentrated polymer solution, an equal volume of butanol is added in small portions with a working stirrer, i.e. form a system with a ratio of a polymer solution in heptane: butanol = 1: 1. At the same time, finely dispersed carbon black is added in an amount of 3% of the polymer content in the system. As a result of the procedure, the viscosity of the system decreases sharply and, therefore, the fluidity of the polymer solution increases due to the loss of “spinnability”, which makes it easy and without loss to move it from the synthesis reactor.
На третьем этапе для формирования агрегативно и кинетически устойчивой коллоидной системы ПТП готовят дисперсионную среду следующего состава: 95 масс. % октанола и 5% масс. пальмитата калия. Дисперсионную среду названного состава готовят в количестве, составляющем 20% от массы системы, полученной на предыдущем этапе. Затем при тщательном и интенсивном перемешивании в приготовленную дисперсионную среду порционно вносят раствор, полученный на втором этапе.At the third stage, to form an aggregatively and kinetically stable colloidal PTP system, a dispersion medium of the following composition is prepared: 95 mass. % octanol and 5% of the mass. potassium palmitate. A dispersion medium of the above composition is prepared in an amount of 20% of the mass of the system obtained in the previous step. Then, with thorough and intensive stirring, the solution obtained in the second stage is portioned into the prepared dispersion medium.
На заключительном этапе путем декантации верхнего слоя системы, полученной на третьем этапе, проводят отделение избытка дисперсионной среды от выпавшей в виде порошка дисперсной фазы. Затем к оставшейся дисперсной фазе добавляют октанол в количестве, равном удвоенной массе полимера, содержавшегося в исходном 10% концентрированном растворе, взятом на первом этапе для приготовления суспензионной ПТП. Последующей вакуумной отгонкой (Рабс~10 кПа) при небольшом нагревании (~60°C) и перемешивании удаляют легкокипящие остатки гептана (Tкип=98°C) и бутанола (Tкип=117°C). В результате дисперсионной средой становится высококипящий октанол (Tкип=195°C). Конечный состав ПТП приведен в таблице 1.At the final stage, by decanting the upper layer of the system obtained in the third stage, the excess of the dispersion medium is separated from the precipitated phase precipitated in the form of a powder. Then, octanol is added to the remaining dispersed phase in an amount equal to twice the mass of the polymer contained in the initial 10% concentrated solution taken in the first stage for the preparation of suspension PTP. Subsequent vacuum distillation (P abs ~ 10 kPa) with slight heating (~ 60 ° C) and stirring remove boiling residues of heptane (T boil = 98 ° C) and butanol (T boil = 117 ° C). As a result, the high-boiling octanol (T boiling point = 195 ° C) becomes a dispersion medium. The final composition of the PTP is shown in table 1.
Динамическая вязкость ПТП, полученной описанным способом, составляет 0,5-1,0 Па⋅с, т.е. она на порядок меньше, чем у полимерного раствора после синтеза, содержащего значительно меньшую долю полимера (~10%) в единице объема раствора.The dynamic viscosity of the PTP obtained by the described method is 0.5-1.0 Pa · s, i.e. it is an order of magnitude smaller than that of a polymer solution after synthesis containing a significantly smaller fraction of the polymer (~ 10%) per unit volume of the solution.
Проведенное нами осаждение полимера из раствора и его диспергирование имеют ряд преимуществ по сравнению с термическим переосаждением, описанным в прототипе:We carried out the deposition of the polymer from the solution and its dispersion have several advantages compared with the thermal reprecipitation described in the prototype:
- Во-первых, в настоящем изобретении заявлен способ, позволяющий без снижения молекулярной массы выделить полимер, синтезированный в реакторе, из концентрированного раствора в виде мелкодисперсной суспензии и исключает дополнительную стадию механического измельчения, описанную в прототипе.- Firstly, the present invention claims a method that allows, without reducing the molecular weight, to isolate the polymer synthesized in the reactor from a concentrated solution in the form of a finely dispersed suspension and eliminates the additional stage of mechanical grinding described in the prototype.
- Во-вторых, при осаждении из раствора возможно получение ПТП с содержанием сверхвысокомолекулярного полимера до 35%, не подвергшегося механической и термической деструкции.- Secondly, when precipitating from a solution, it is possible to obtain PTP with an ultrahigh molecular weight polymer content of up to 35%, which has not undergone mechanical and thermal degradation.
- В-третьих, предлагаемый способ может быть легко реализован на практике в промышленных масштабах.- Thirdly, the proposed method can be easily implemented in practice on an industrial scale.
Для подтверждения отсутствия деструкции полимерных цепей в процессе приготовления ПТП коллоидной консистенции, сопровождающейся потерей качества активного компонента за счет уменьшения ММ полимера, сформированную присадку исследуют на капиллярном вискозиметре в ламинарном режиме течения и подвергают гидродинамическому тестированию на турбулентном реометре для определения ее противотурбулентных свойств. Турбулентный реометр конструктивно прост и подобен капиллярному вискозиметру, но позволяет проводить гидродинамические исследования как в ламинарной, так и в турбулентной области течения жидкости [М.М. Гареев, Ю.В. Лисин, В.Н. Манжай, А.М. Шаммазов / Противотурбулентные присадки для снижения гидравлического сопротивления трубопроводов. СПб.: Недра. 2013. 228 с.]. Измеряемую величину эффекта снижения гидродинамического сопротивления (DR, %), характеризующую снижение энергетических затрат на перемещение единицы объема жидкости, рассчитывают по формуле .To confirm the absence of polymer chain degradation during the preparation of the colloidal consistency of PTP, accompanied by a loss in the quality of the active component due to a decrease in the molecular mass of the polymer, the formed additive is examined on a capillary viscometer in a laminar flow regime and subjected to hydrodynamic testing on a turbulent rheometer to determine its anti-turbulent properties. A turbulent rheometer is structurally simple and similar to a capillary viscometer, but allows hydrodynamic studies in both the laminar and turbulent regions of the fluid flow [M.M. Gareev, Yu.V. Lisin, V.N. Manzhay, A.M. Shammazov / Anti-turbulent additives to reduce the hydraulic resistance of pipelines. SPb .: Subsoil. 2013. 228 p.]. The measured value of the effect of reducing hydrodynamic resistance (DR,%), which characterizes the reduction in energy costs for moving a unit volume of liquid, is calculated by the formula .
Формула характеризует отношение разности коэффициентов сопротивления растворителя и полимерного раствора (Δλ=λS-λp) к значению коэффициента сопротивления растворителя (λS). Относительная величина DR является мерой снижения энергетических затрат на перекачку полимерного раствора по сравнению с исходным растворителем. Об эффективности полимерного образца судят по величине «оптимальной» концентрации (СОПТ., кг/м3), т.е. концентрации, при которой наблюдается максимальное значение эффекта (DRMAX, %) при заданном напряжении сдвига (τ, Па) на стенке цилиндрического канала. Чем меньше численное значение СОПТ, тем более эффективной считается добавка.The formula characterizes the ratio of the difference between the resistance coefficients of the solvent and the polymer solution (Δλ = λ S -λp) to the value of the resistance coefficient of the solvent (λ S ). The relative value of DR is a measure of reducing the energy cost of pumping a polymer solution compared to the original solvent. The effectiveness of the polymer sample is judged by the value of the "optimal" concentration (C OPT. , Kg / m 3 ), i.e. concentration at which the maximum value of the effect (DR MAX ,%) is observed at a given shear stress (τ, Pa) on the wall of the cylindrical channel. The smaller the numerical value of C OPT , the more effective the additive is considered.
Для доказательства отсутствия деструкции полимерных цепей в процессе формирования ПТП коллоидной консистенции заявляемым способом проводят сравнительные измерения характеристической вязкости [η] двух растворов полиизопрена (MM = 2.1⋅106) с разной предысторией. Первую серию разбавленных растворов полиизопрена (натурального каучука) в гептане для определения [η] готовят по общепринятой (эталонной - ЭТ) схеме из образца полимера, не подвергавшегося диспергированию до суспензионного состояния. Вторую серию разбавленных растворов готовят из этого же образца полимера, но который предварительно по описанному выше способу был диспергирован при формировании суспензионной композиции (ПТП) и затем выделен из нее. Определенные методом капиллярной вискозиметрии характеристические вязкости растворов с разной предысторией практически совпали ([η]ЭТ = 0,42 м3/кг и [η]ПТП = 0,41 м3/кг). После проведения турбореометрического тестирования установлено, что близкими по величине оказались также и «оптимальные» концентрации этих растворов (СЭТ = 2,0 кг/м3 и СПТП = 2,1 кг/м3), при которых максимальные эффекты снижения гидродинамического сопротивления составляют DRMAX = 28% для этих образцов при одинаковом напряжении сдвига 10 Па в турбулентном реометре. Результаты, полученные вискозиметрическим и турбореометрическим методами, свидетельствуют об отсутствии деструкции макромолекул при формировании противотурбулентных присадок коллоидного типа по предлагаемой методике.To prove the absence of polymer chain degradation during the formation of colloidal consistency PTP by the claimed method, comparative measurements of the intrinsic viscosity [η] of two polyisoprene solutions (MM = 2.1⋅10 6 ) with different backgrounds are carried out. The first series of dilute solutions of polyisoprene (natural rubber) in heptane to determine [η] is prepared according to the generally accepted (reference - ET) scheme from a polymer sample that has not been dispersed to a suspension state. A second series of dilute solutions is prepared from the same polymer sample, but which was previously dispersed by the method described above during the formation of a suspension composition (PTP) and then isolated from it. The characteristic viscosities of solutions determined by capillary viscometry with different histories practically coincided ([η] ET = 0.42 m 3 / kg and [η] PTP = 0.41 m 3 / kg). After conducting turbo-geometric testing, it was found that the “optimal” concentrations of these solutions (C ET = 2.0 kg / m 3 and C PTP = 2.1 kg / m 3 ) were also close in magnitude, at which the maximum effects of a decrease in hydrodynamic resistance constitute DR MAX = 28% for these samples at the same shear stress of 10 Pa in a turbulent rheometer. The results obtained by viscometric and turbo-geometric methods indicate the absence of destruction of macromolecules during the formation of anti-turbulent additives of the colloidal type according to the proposed method.
Примеры конкретного выполненияCase Studies
Пример 1. В реактор объемом 1 л загружают 150 мл гептана и 60 мл гексена-1, затем 5 мл раствора триизобутилалюминия в гептане с концентрацией 0,29 ммоль/мл и 1,2 ммоль пропилтриметоксисилана. Полимеризацию проводят при температуре 20°C в течение часа. По окончании синтеза добавляют 20 мл изопропанола для дезактивации катализатора. Отбирают из реактора часть полимеризата и по сухому остатку определяют содержание полимера в нем. Методом гель-проникающей хроматографии установлено, что в результате проведенного синтеза получен сверхвысокомолекулярный полигексен (MM = 7⋅106)Example 1. 150 ml of heptane and 60 ml of hexene-1 are loaded into a 1 liter reactor, then 5 ml of a solution of triisobutylaluminum in heptane with a concentration of 0.29 mmol / ml and 1.2 mmol of propyltrimethoxysilane. The polymerization is carried out at a temperature of 20 ° C for an hour. At the end of the synthesis, 20 ml of isopropanol is added to deactivate the catalyst. A portion of the polymerizate is taken from the reactor and the polymer content in it is determined by the dry residue. Using gel permeation chromatography it was found that as a result of the synthesis obtained ultrahigh molecular weight polyhexene (MM = 7⋅10 6 )
Пример 2. Для приготовления ПТП суспензионной формы используют концентрированный раствор полигексена (10% масс.) в гептане, полученного после синтеза в реакторе (пример 1). После формирования ПТП по описанной выше методике получают коллоидную систему, содержащую в своем составе 33% полимера.Example 2. For the preparation of the PTP suspension form, a concentrated solution of polyhexene (10% wt.) In heptane obtained after synthesis in a reactor is used (Example 1). After the formation of PTP according to the method described above, a colloidal system containing 33% of the polymer is obtained.
Для сравнительных реологических испытаний созданной ПТП растворяют 1,2 грамма суспензионной ПТП и 0,4 грамма чистого полимера (предварительно высаженного из полимеризата) в 100 мл гептана соответственно и получают для дальнейших гидродинамических исследований два раствора с концентрацией полигексена 4 кг/м3. Затем из этих растворов готовят две серии более разбавленных растворов (2,0 кг/м3; 1,0 кг/м3; 0,05 кг/м3; 0,025 кг/м3) и проводят вискозиметрические измерения. Значения характеристической вязкости растворов, приготовленных из суспензионной ПТП и из чистого полимера, примерно одинаковы и равняются [η]ПТП=1,31 м3/кг и [η]ЭТ=1,33 м3/кг соответственно. Полученные результаты свидетельствует о стабильности полимера в процессе приготовления ПТП коллоидной формы.For comparative rheological tests of the created PTP, 1.2 grams of suspension PTP and 0.4 grams of pure polymer (previously precipitated from the polymerizate) are dissolved in 100 ml of heptane, respectively, and two solutions with a polyhexene concentration of 4 kg / m 3 are obtained for further hydrodynamic studies. Then, from these solutions two series of more dilute solutions are prepared (2.0 kg / m 3 ; 1.0 kg / m 3 ; 0.05 kg / m 3 ; 0.025 kg / m 3 ) and viscometric measurements are carried out. Values of the intrinsic viscosity of solutions prepared from suspension PTP and from pure polymer are approximately the same and equal to [η] PTP = 1.31 m 3 / kg and [η] ET = 1.33 m 3 / kg, respectively. The results obtained indicate the stability of the polymer during the preparation of colloidal PTP.
Для проведения сравнительного турбореометрического тестирования из растворов созданной ПТП и чистого полимера с концентрацией 4 кг/м3, описанных в примере 3, готовят предельно разбавленные растворы с концентрациями: С = 0,05 кг/м3; 0,025 кг/м3; 0,0125 кг/м3; 0,0062 кг/м3; 0,0031 кг/м3. Свежеприготовленные растворы каждой концентрации пропускают через турбореометр при напряжении сдвига τ=10 Па, обеспечивающем турбулентный режим течения (Re=8000). Результаты гидродинамических тестов приведены на фиг. 1. На фигуре 1 показана зависимость величины эффекта DR, % при τ=10 Па от концентрации полимера в гептане. Растворы приготовлены из полигексена, выделенного из полимеризата, полученного в реакторе. Растворы приготовлены из ПТП коллоидной формы, содержащей 33% активного компонента (полигексена). Видно, что предлагаемая противотурбулентная присадка, оптимальная концентрация которой составляет СОПТ ≈ 0,005 г/м3, является чрезвычайно эффективным агентом снижения гидравлического сопротивления. Практическое совпадение кривых 1 и 2 свидетельствует о том, что перевод концентрированного раствора полимера в коллоидную форму предлагаемым способом не оказывает влияния на качество активного компонента (полимера), что свидетельствует об отсутствии деструкции в процессе формирования ПТП.To conduct a comparative turbo-geometric test, from solutions of the created PTP and pure polymer with a concentration of 4 kg / m 3 described in Example 3, extremely dilute solutions are prepared with concentrations: C = 0.05 kg / m 3 ; 0.025 kg / m 3 ; 0.0125 kg / m 3 ; 0.0062 kg / m 3 ; 0.0031 kg / m 3 . Freshly prepared solutions of each concentration are passed through a turbo-meter at a shear stress of τ = 10 Pa, providing a turbulent flow regime (Re = 8000). The results of the hydrodynamic tests are shown in FIG. 1. The figure 1 shows the dependence of the magnitude of the effect of DR,% at τ = 10 Pa on the concentration of the polymer in heptane. The solutions are prepared from polyhexene isolated from the polymerizate obtained in the reactor. Solutions are prepared from colloidal PTP containing 33% of the active component (polyhexene). It can be seen that the proposed anti-turbulent additive, the optimum concentration of which is With OPT ≈ 0.005 g / m 3 , is an extremely effective agent for reducing hydraulic resistance. The practical coincidence of
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015150475A RU2607914C1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Method of forming and composition of anti-turbulent additive |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015150475A RU2607914C1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Method of forming and composition of anti-turbulent additive |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2607914C1 true RU2607914C1 (en) | 2017-01-11 |
Family
ID=58455864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015150475A RU2607914C1 (en) | 2015-11-24 | 2015-11-24 | Method of forming and composition of anti-turbulent additive |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2607914C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686144C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-04-24 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | High-paraffin oil and / or oil products by pipelines transportation method |
RU2782028C1 (en) * | 2020-06-23 | 2022-10-21 | Индиан Оил Корпорейшн Лимитед | Method for producing a powdered ultra-high molecular weight polymer |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995000563A1 (en) * | 1993-06-18 | 1995-01-05 | Conoco Inc. | Solvent-free oil soluble drag reducing polymer suspension |
US6172151B1 (en) * | 1996-10-15 | 2001-01-09 | Conoco Inc. | Nonaqueous drag reducing suspensions |
RU2230074C1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-10 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Method of preparing catalyst and method of preparing agent reducing hydrod ynamic resistance based on polyhexene prepared using this catalyst |
RU2481357C1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method of producing suspension-type anti-turbulence additive for reducing hydrodynamic resistance of hydrocarbon liquids |
-
2015
- 2015-11-24 RU RU2015150475A patent/RU2607914C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1995000563A1 (en) * | 1993-06-18 | 1995-01-05 | Conoco Inc. | Solvent-free oil soluble drag reducing polymer suspension |
US6172151B1 (en) * | 1996-10-15 | 2001-01-09 | Conoco Inc. | Nonaqueous drag reducing suspensions |
RU2230074C1 (en) * | 2002-12-09 | 2004-06-10 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Method of preparing catalyst and method of preparing agent reducing hydrod ynamic resistance based on polyhexene prepared using this catalyst |
RU2481357C1 (en) * | 2011-09-30 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method of producing suspension-type anti-turbulence additive for reducing hydrodynamic resistance of hydrocarbon liquids |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686144C1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-04-24 | Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") | High-paraffin oil and / or oil products by pipelines transportation method |
RU2782028C1 (en) * | 2020-06-23 | 2022-10-21 | Индиан Оил Корпорейшн Лимитед | Method for producing a powdered ultra-high molecular weight polymer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2193569C2 (en) | Method of preparing poly-alpha-olefin agents lowering resistance of flow and composition containing such agents | |
Wang et al. | Onset of aggregation for water-soluble polymeric associative thickeners: a fluorescence study | |
Zhu et al. | Hydrophobically modified associating polyacrylamide (HAPAM) synthesized by micellar copolymerization at high monomer concentration | |
Senff et al. | Influence of cross-link density on rheological properties of temperature-sensitive microgel suspensions | |
Roberts et al. | New measurements of the flow-curves for Carbopol dispersions without slip artefacts | |
Xue et al. | Synthesis and characterization of hydrophobically modified polyacrylamides and some observations on rheological properties | |
US4527581A (en) | Compositions for and method of reducing hydrocarbon fluid friction loss in conduits | |
CA2608026C (en) | Bi- or multi-modal particle size distribution to improve drag reduction polymer dissolution | |
EP3484984B1 (en) | Lubricating oil compositions comprising dual metallocene-catalyzed bimodal copolymer compositions useful as viscosity modifiers | |
RU2481357C1 (en) | Method of producing suspension-type anti-turbulence additive for reducing hydrodynamic resistance of hydrocarbon liquids | |
EA010466B1 (en) | Polymeric nanoemulsion as drag reducer for multiphase flow | |
CN1310728A (en) | Methods for forming amorphous ultra-high molecular weight polyalphaolefin drag reducing agent | |
Gohy et al. | Multicompartment micelles from blends of terpolymers | |
RU2463320C1 (en) | Method of producing suspension-type anti-turbulence additive for oil and oil products | |
RU2607914C1 (en) | Method of forming and composition of anti-turbulent additive | |
RU2505551C2 (en) | METHOD OF PRODUCING ANTI-TURBULENT ADDITIVE WITH MONOMER RECYCLING, METHOD OF PRODUCING ANTI-TURBULENT ADDITIVE, METHOD OF PRODUCING HIGHER POLY-α-OLEFINS FOR SAID METHODS AND ANTI-TURBULENT ADDITIVE BASED THEREON | |
RU2238282C1 (en) | Method for preparing agent for reducing hydrodynamic resistance of hydrocarbon liquid | |
JP2003533576A (en) | Fluid drag reducing composition | |
CN116622362A (en) | Salt-resistant emulsion fracturing fluid thickener and preparation process thereof | |
CN117447646A (en) | Emulsion type thickening agent for fracturing | |
GB2074175A (en) | Alpha-olefin copolymers and method of reducing hydrocarbon fluid friction loss in conduits | |
EP0196350B1 (en) | Improved use of flow improvers | |
Guillaumont et al. | Hydrophobically modified poly (N, N‐dimethylacryl‐amide): Synthesis, aqueous solution behaviour, and rheological properties in aqueous mixtures with hydrophobically modified poly (sodium acrylate) | |
Rao et al. | Viscometric study of aggregation interactions in heavy oil | |
CN113528109B (en) | Viscosity reducer, preparation method and application thereof |