一類兼有緩蝕與降粘作用的聚合物及其製備方法與流程

2023-08-04 06:04:56

本發明涉及一類原油添加劑及其製備方法，具體說是由丙烯酸和有機多胺經脫水反應得丙烯酸咪唑啉，丙烯酸咪唑啉再聚合得聚合型丙烯酸咪唑啉的製備方法，以及該聚合型咪唑啉作為兼有緩蝕和降粘作用的油品添加劑的使用。

背景技術：

在原油中加入降粘劑來改善油品的流動性和加入緩蝕劑降低油品對設備的腐蝕是改善原油品質的重要手段。

原油，特別是稠油具有粘度大、流動困難的特點，嚴重製約著稠油的開採和輸送。這種特性決定了稠油的開採、輸送和煉製必然是圍繞著降粘、降凝改性或改質處理進行。加降粘劑降粘法具有工藝簡單、費用較低等優點，從而成為一項很有發展前途的方法。

目前，國內外開發研究、使用的油溶性降粘劑主要是不飽和單體的均聚物或共聚物。2010年楊思妍等以甲基丙烯酸甲酯、馬來酸酐、苯乙烯和丙烯醯胺為原料合成聚合物，再加入十八醇酯交換，生成帶長鏈的聚合物，對原油到降粘率將近90％。

這些不飽和酸酯的聚合物或不飽和酸酯與其他不飽和單體的共聚物降粘劑，在實際應用中還存在缺陷。近年來，降粘劑研究的一個顯著特點是在原來酯型分子骨架上引入具有極性或表面活性的側鏈，利用極性基團和表面活性劑基團的空間效應以及降低固液界面張力的能力來增強對蠟晶、膠質、瀝青質的分散作用。2008年Kuzmic A E等採用帶有單個極性基團的丙烯酸長鏈酯的聚合物作為降粘劑對原油流動性進行改進。

開發兼有降粘、緩蝕、降凝等作用的多功能原油添加劑，進一步降低成本，簡化工藝流程是原油添加劑的發展方向。2011年王霞等考察了AE乳化降粘劑，EC乳化降粘劑，油溶性降粘劑AC對河南油田採出特稠油的降粘效果，並評價了其緩蝕效果，將降粘和緩蝕同時考察。

原油裡不可避免含有水，水中會有CO2和H2S的產生，會對採油設備和輸油管道腐蝕。添加高效的緩蝕劑是有效降低腐蝕的主要手段。有機咪唑啉類緩蝕劑因其環境友好而被廣泛研究。在咪唑啉類化合上引入較大的油溶性基團和增加咪唑啉環個數形成多咪唑啉環類化合物是改善咪唑啉類緩蝕劑的重要手段。

在油溶性降粘劑中接上極性基團，和反過來也是在極性咪唑啉類緩蝕劑上引入較大的油溶性基團，形成兼有緩蝕和降粘雙重功效的油品添加劑都是發展趨勢。

技術實現要素：

1.本發明的目的在於提供一類兼有緩蝕與降粘作用的聚合物及其製備方法，聚合物結構如下：

其合成主要原料為丙烯酸和有機多胺類化合物，有機多胺類化合物包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或羥乙基乙二胺。

其中，R為多胺化合物殘基；n為聚合度，n取22-360。

2.本發明的兼有緩蝕與降粘作用的聚合物可用於原油的緩蝕與降粘。

3.本發明還提供該類兼有緩蝕與降粘作用的聚合物的製備方法，包括如下步驟：

(1)以丙烯酸和有機多胺為原料反應合成丙烯酸咪唑啉；

(2)在引發劑存在下，丙烯酸咪唑啉聚合為聚丙烯酸咪唑啉。

所述步驟(1)中多胺類化合物包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺和羥乙基乙二胺；多胺類化合物與丙烯酸原料摩爾配比為0.8～1.5；步驟(1)中可以加入帶水劑帶水，促進反應進行，帶水劑可以是二甲苯、甲苯、苯；反應溫度為100℃～250℃，反應時間為5～10小時。

所述步驟(2)中所加的引發劑可以是偶氮二異丁腈、過氧化苯甲醯、過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉、過氧化環己酮；步驟(2)中可以加入溶劑改善流動性，溶劑可以是甲苯、二甲苯、苯；反應溫度為40℃～80℃，反應時間為5～10小時。

優選地，在上述製備步驟中，所述步驟(1)中多胺類化合物和丙烯酸原料摩爾配比為1～1.2，帶水劑為二甲苯，反應溫度150℃～200℃。

優選地，在上述製備步驟中，所述步驟(2)中引發劑為偶氮二異丁腈，溶劑為甲苯。

有益效果：本發明提供一類兼有緩蝕與降粘作用的聚合物及其製備方法，促進緩蝕和降粘劑的升級換代。

具體實施方法

以下結合具體實施例對本申請進行示例性說明和進一步理解，但實施例僅作為例子給出，不視為本發明的全部技術方案，不是對本發明總的技術方案的限定。凡具有相同或相似技術特徵，簡單改變或替換的，均屬本發明保護範圍。

實施例1

在配有溫度計、回流冷凝管、機械攪拌器和通氮氣保護氣管的250mL四口燒瓶中加入丙烯酸(18.07g，0.25mol)，二甲苯(100.0mL)，二乙烯三胺(30.15g，0.30mol)，加熱至120℃，反應1小時；再升溫至190℃反應6小時，加分水器分水1.5小時，分水量9.60mL。脫溶劑後得丙烯酸咪唑啉。再在丙烯酸咪唑啉中加入引發劑偶氮二異丁腈(0.52g，1％wt)，溶劑甲苯(20.0mL)，80℃下反應8小時，脫溶劑得到聚丙烯酸咪唑啉。

配製兩份500mL 1M H2SO4腐蝕溶液，將聚丙烯酸咪唑啉(100.0mg)溶於其中一份腐蝕溶液中，在30℃，轉速為100r/min條件下，兩組經前處理後的50×25×2mm規格的N80金屬鋼片旋轉掛片6小時，測兩組鋼片在腐蝕溶液中浸泡前後的質量。

根據公式算出緩蝕率為80.22％，其中m0為放入空白腐蝕溶液中的鋼片平均原始質量，m0′為腐蝕後的鋼片平均質量；m1為放入加有聚丙烯酸咪唑啉腐蝕溶液中的鋼片平均原始質量，m1′腐蝕後的鋼片平均質量。

稱一杯原油(105.31g)，用旋轉粘度計測60℃下粘度為4317.5mPa·s，將聚丙烯酸咪唑啉(0.15g)加入原油中，攪拌均勻，再在60℃下測粘度為908.3mPa·s。計算降粘率為78.96％。

實施例2

在配有溫度計、回流冷凝管、機械攪拌器和通氮氣保護氣管的250mL四口燒瓶中加入丙烯酸(18.12g，0.25mol)，二甲苯(80.0mL)，二乙烯三胺(25.79g，0.25mol)，加熱至120℃，反應1小時；再升溫至190℃反應6小時，加分水器分水1.5小時，分水量9.20mL。脫溶劑後得丙烯酸咪唑啉。再在丙烯酸咪唑啉中加入引發劑過硫酸銨(0.92g，2％wt)，溶劑甲苯(50.0mL)，80℃下反應10小時，脫溶劑得到聚丙烯酸咪唑啉。

配製兩份500mL 1M H2SO4腐蝕溶液，將聚丙烯酸咪唑啉(100.0mg)溶於其中一份腐蝕溶液中。在30℃，轉速為100r/min條件下，兩組經前處理後的50×25×2mm規格的N80金屬鋼片旋轉掛片6小時，測兩組鋼片在腐蝕溶液中浸泡前後的質量。

根據公式算出緩蝕率為76.82％。其中m0為放入空白腐蝕溶液中的鋼片平均原始質量，m0′為腐蝕後的鋼片平均質量；m1為放入加有聚丙烯酸咪唑啉腐蝕溶液中的鋼片平均原始質量，m1′腐蝕後的鋼片平均質量。

稱一杯原油(108.01g)，用旋轉粘度計測60℃下粘度為4318.1mPa·s，將聚丙烯酸咪唑啉(0.16g)加入原油中，攪拌均勻，再在60℃下測粘度為1059.9mPa·s。計算降粘率為75.46％。

實施例3

在配有溫度計、回流冷凝管、機械攪拌器和通氮氣保護氣管的250mL四口燒瓶中加入丙烯酸(21.62g，0.30mol)，二甲苯(120.0mL)，二乙烯三胺(39.02g，0.30mol)，加熱至120℃，反應1小時；再升溫至190℃反應6小時，加分水器分水1.5小時，分水量9.80mL。脫溶劑後得丙烯酸咪唑啉。再在丙烯酸咪唑啉中加入引發劑過氧化二苯甲醯(0.83g，3％wt)，溶劑甲苯(50.0mL)，80℃下反應7小時，脫溶劑得到聚丙烯酸咪唑啉。

配製兩份500mL 1M H2SO4腐蝕溶液，將聚丙烯酸咪唑啉(100.0mg)溶於其中一份腐蝕溶液中，在30℃，轉速為100r/min條件下，兩組經打磨後50×25×2mm規格的N80金屬鋼片旋轉掛片6小時，測兩組鋼片在腐蝕溶液中浸泡前後的質量。

根據公式算出緩蝕率為78.61％。其中m0為放入空白腐蝕溶液中的鋼片平均原始質量，m0′為腐蝕後的鋼片平均質量；m1為放入加有聚丙烯酸咪唑啉腐蝕溶液中的鋼片平均原始質量，m1′腐蝕後的鋼片平均質量。

稱一杯原油(105.41g)，用旋轉粘度計測60℃下粘度為4320.8mPa·s，將聚丙烯酸咪唑啉(0.13g)加入原油中，攪拌均勻，再在60℃下測粘度為938.3mPa·s。計算降粘率78.28％。