河南石油2005年5月H enan I Petroleum第19卷第3期文章編號:1006 - 4095(2005)03- 0081- 03a-烯烴合成減阻劑的研究裴旭東,陳衛(wèi)紅,張凡(洛陽石化工程公司工程研究院,洛陽471003)摘要:在管輸流體中加入減阻劑是提高輸送能力的有效方法。以a-烯烴為原料,利用正交試驗法確定減阻高聚物a-烯烴的最優(yōu)配方和合成條件,分析了主催化劑、助催化劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等因素對聚合產(chǎn)物的影響程度,制定出可行的試驗方案。在優(yōu)化條件下合成的減阻劑,對于對0號柴油,流體雷諾數(shù)6000,添加量10 ug/g時，減阻效果優(yōu)于同類產(chǎn)品。關(guān)鍵詞:a-烯烴;聚合物;減阻劑中圖分類號:TE624.41文獻標識碼:A隨著石油工業(yè)的發(fā)展，原油及各種燃料油的爾進人緩沖區(qū),形成渦流漩渦,運動加速,逐漸靠管輸量日益增加,利用化學(xué)添加劑降低管路系統(tǒng)CH2的摩擦阻力,提高輸送量,節(jié)約能源和投資口。減阻劑是化學(xué)添加劑中的一種,它能迅速而有效地CHCH一提高管道輸送能力,且具有操作簡單、投入少、見[CH].[CH2]nsCH]hs效快、減阻效率高等特點。自1979年美國CONOCO公司生產(chǎn)的減阻:H)CHs劑成功應(yīng)用于阿拉斯加原油管道以來,減阻劑被圖1聚a-烯烴的分子結(jié)構(gòu)廣泛用于海上和陸上輸油管道，用量約為10x10 t/a.美國的CONOCO公司和Baker Hughes近并進人紊流核心。薄間層的液體分子從緩沖區(qū)公司2]幾乎壟斷了該行業(yè)。進人紊流核心區(qū)時損耗大量的能量,減阻劑在緩洛陽石化工程公司工程研究院以a-烯烴為沖區(qū)流體中充分伸展,擾薄間層的液體分子從緩原料,采用正交試驗法設(shè)計實驗方案,對減助劑的沖區(qū)進入紊流核心，抑制其形成紊流或臧弱紊流合成條件進行了優(yōu)化,并對在優(yōu)化條件下合成的的程度[2 ,減阻機理見圖2。減阻劑進行了初步評價,取得了良好減阻效果。1減阻劑作用機理石油在管道中的流動多為紊流狀態(tài),流體分子因渦流及其它雜亂運動損耗大量能量,在管道圖2減阻劑機理示意圖流體中添加減阻劑，是利用減阻劑中的聚合物分子與流體發(fā)生作用,減少流體的紊流程度,減少流2減阻劑的研制動阻力。目前最有效的減阻劑聚合物是聚a-烯烴[3] ,其基本結(jié)構(gòu)如圖1。2.1聚合單體和引發(fā)體系流體在管道中流動沿徑向分為:管道的中心實驗所用的聚合單體為Ca~C2o的a-烯烴。為紊流核心,緊貼管壁的是層流區(qū),層流區(qū)與紊流引發(fā)體系是用于陰離子配位聚合的Ziegler核心之間的緩沖區(qū)三部分。緩沖區(qū)是最先形成紊流的區(qū)域,層流區(qū)靠近收稿日期:2005- 02-16緩沖區(qū)的部分為“薄間層”,此處的液體分子會偶作者簡介:裴旭東,工程師, 1975年生,1996畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程系,現(xiàn)在工程研究院煉油助劑室工作., 82●河南石油2005年第3期-Natta催化劑，其主要成分為TiCl,助催化劑降,kPa;OP,-添加減阻劑后 管輸流體的壓力選用烷基鋁(AIR3)。降,kPa。催化劑的制備:取一定量的TiCl- AA溶于3試驗設(shè)計及結(jié)果討論溶劑中,然后加入適量的烷基鋁和醚類,常溫下，連續(xù)攪拌得催化劑。3.1試驗設(shè)計2.2聚a- 烯烴的合成在陰離子配位聚合過程中,主催化劑、助催化在隔絕氧氣的密封箱中,采用本體聚合的方劑、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等因素均影響聚合產(chǎn)物減法合成聚a-烯烴,方法如下:阻效果,以辛烯- 1作為聚合單體,采用正交試驗(1)單體預(yù)處理:對單體進行脫氧、脫雜質(zhì)處方法考察各因素對聚a-烯烴減阻劑合成過程的理，使其純度符合要求;影響，試驗采用I, (3* )正交設(shè)計,g(34 )正交因(2).助催化劑溶解在有機溶劑中,質(zhì)量分數(shù)為素水平見表1。表1 L(3* )正交試驗因素與水平設(shè)計15%;(3)稱取一定量的a-烯烴,將其控制在一定水平數(shù)A主催化B助催化C反應(yīng)D反應(yīng).劑量/mL溫度/C時間/d .溫度下,將溶于溶劑中助催化劑和主催化劑加人，一122(5混合均勻,當體系粘度增加，主催化劑不再下沉,0104-1515_時,將其放人低溫環(huán)境內(nèi)反應(yīng)5~15天得聚合產(chǎn)物,反應(yīng)溫度控制在- 20~30 C。3.2結(jié)果與討論2.3聚合產(chǎn)物的性能測試以烯烴單體的轉(zhuǎn)化率和聚合物的特性粘度作2.3.1聚a- 烯烴的單體轉(zhuǎn)化率取a-烯烴聚合物Mo,用甲醇作沉淀劑,采為目標進行考察,結(jié)果如表2。表2 L,(3* )正交試驗結(jié)果用沉淀法析出聚合物,在60 C下真空烘干至恒.實驗號AD轉(zhuǎn)化.特性粘重,得聚合物質(zhì)量M,其轉(zhuǎn)化率X為:率,%度/ml.g-192.5395x=M。. x 100%82.955278.410392.3.2聚a-烯烴的特性粘度94.8675高分子溶液,隨著分子量增大,溶液粘度增60.91081高。通過測定減阻劑樣品的特性粘度來預(yù)測減阻94. 238476.6885效果。理論上,特性粘度越大,減阻效果越好。99.9306聚合物的特性粘度采用單點法公式計算:用90. 5587甲苯做溶劑,配制成大約0. 0005 g/mL的聚合物溶液,在20C下測定聚合物溶液的運動粘度,按從表2可以看出,在實驗考察的范圍內(nèi):反應(yīng)(2)式計算特性粘度:溫度為0C時,烯烴的轉(zhuǎn)化率可達到90%,反應(yīng).[2(ηp - lnn)]1/2溫度在20C時為99.9%,提高反應(yīng)溫度有利于C烯烴轉(zhuǎn)化;反應(yīng)時間和助催化劑的添加量對烯烴式中:n =γ/Yo;Y、Y一聚 合物溶液和甲苯的運的轉(zhuǎn)化率的影響較小,而主催化劑添加量對烯烴動粘度, mm2/s;η-相對粘度,np- 增 比粘的轉(zhuǎn)化率影響最小。度,n=η-1;C--聚 合物溶液濃度,g/mL表3利用極差分析考察各因素對烴烯轉(zhuǎn)化率2.3.3減阻劑的減阻率的影響,表4為各因素對聚合物特性粘度的影響。利用室內(nèi)模擬管道測試并計算減阻劑的減阻由表3、4可看出:反應(yīng)溫度對聚合物的特性率,減阻率可定義為:粘度影響較大,溫度越高,聚a-烯烴的特性粘度DR= AP= AP.OP-x100%(3)越低。反應(yīng)溫度在-15C時,聚合物的特性粘度1081mL/g,反應(yīng)溫度為20C時,使聚合物的特式中:OP-m未添加減阻劑時管輸流體的壓力性粘度下降到300~400 mL/ g,而主催化劑的量、裴旭東等. a-烯烴合成減阻劑的研究表3正交試驗結(jié)果極差分析表(烯烴轉(zhuǎn)化率)劑樣品10 ug/g,測試樣品(LDR)和LP的抗剪切因素不同水平下烯烴的轉(zhuǎn)化率之和極差,R性能,結(jié)果見圖3。由圖3可見，樣品具有優(yōu)越的K1K3減阻性能和抗剪切性能。A253.8249.9267.0B263. 9243.7263.120.2C286. 6268.2215.970.70D243. 9253. 7273. 129,2.一LR體3020助催化劑的量和反應(yīng)時間對聚合物的特性粘度影響較小。主催化劑加入量存在-一個最優(yōu)值,催化o葉劑加入量太少,不能充分發(fā)揮催化劑活性,加入量2345太多,由于催化活性中心數(shù)量增加,導(dǎo)致聚合物的剪切次數(shù)特性粘度降低。圖3 LDR 與LP減阻劑抗剪切性能曲線表4正交試驗結(jié)果 極差分析表(聚合物的特性粘度)4結(jié)論K219. 8621. 4017.783.62(1)反應(yīng)溫度對a-烯烴的聚合影響最大,主19. 5519. 3920. 100.71c10. 8518.1430. 0519. 20催化劑和助催化劑的用量以及反應(yīng)時間影響較20. 6318.2120. 202.42小;(2)以辛烯- 1為單體合成a-烯烴聚合物的綜_上所述，聚a-烯烴減阻劑合成的優(yōu)化條適宜添加量為:主催化劑2 mL,助催化劑3 mL,件為:主催化劑2mL,助催化劑3mL,反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度0~15 C,反應(yīng)時間為10天,單體轉(zhuǎn)化0~15 C ,反應(yīng)時間為10天。率可達90%;在優(yōu)化的合成條件下進行合成試驗,得到a(3)優(yōu)化條件下合成的減阻劑聚合物,對0號-烯烴聚合物,其單體轉(zhuǎn)化率大于90%,特性粘柴油，流體雷諾數(shù)6000,添加10 ug/g,聚合物的度大于1 000 mL/g.減阻率不低于40%。對合成的減阻劑樣品與CONOCO公司的參考文獻LP減阻劑的減阻效果進行對比,結(jié)果見表5。表5減阻劑的減阻效果1 Motier,J. F. and Prilutski. D. J. Case Histories of Pol-減阻率，%ymer Drag Reduction in Crude Oil Line[J]. Pipe Line雷諾數(shù)(Re)樣品LPIndustry, 1985, (6) :33~37400036. 8337.212關(guān)中原,李春漫,尹國棟，等. EP系列減阻劑的研制與600040. 5540.37應(yīng)用[J].油氣儲運,2001 ,20(8) :32~3434. 6233. 103羅塘湖.含蠟原油流變特性及其管道輸送[M].北京:實驗選用0號柴油,減阻劑添加量為10 ug/4胡通年.減阻劑在我國輸油管道上的應(yīng)用試驗[J].油石油工業(yè)出版社,1991g。表5樣品的減阻效果在流速較低時,減阻率與氣儲運,1997 ,16(6):11~14LP相當,當流速達到6m/s時,樣品的減阻率大于LP,減阻效果優(yōu)于LP.編輯:王月霞選用0號柴油,流體雷諾數(shù)6000,添加減阻