用於減阻聚合物的添加劑的製作方法

2023-08-10 02:12:41 2

將烴添加劑結合到減阻聚合物中的方法。發明背景當流體通過管道運輸時，通常由於管道壁與流體之間的摩擦而存在流體壓力的下降。由於該壓力下降，對於給定管道，流體必須以足夠的壓力運輸以實現所需吞吐量。當需要較高的流速通過管道時，必須施加較多的壓力，這是因為當流速提高時，通過壓降導致的壓力差也提高這一事實。然而，關於管道的設計極限限制可使用的壓力的量。當流體經長距離運輸時，與壓降有關的問題是最劇烈的。該壓降可產生無效，這提高設備和操作成本。為減輕與壓降有關的問題，工業中許多在流動流體中使用減阻劑。當管道中的流體流動為湍流時，可使用高分子量聚合物減阻劑以增強流動。減阻劑為能夠實質性降低與通過管道的流體湍流有關的摩擦損失的組合物。減阻劑的作用是抑制湍流渦旋的生長，這在恆定泵送壓力下產生較高的流速。已知超高分子量聚合物良好地充當減阻劑，特別是在烴管道中。一般而言，減阻部分取決於聚合物添加劑的分子量和它在湍流下溶於烴中的能力。有效的減阻劑通常具有超過5,000,000或者甚至10,000,000的分子量。通常，將減阻劑恰在泵站的排放側注入管道中。能夠超過管道的管線壓力的泵用於將減阻劑注入管道中。顯示加入減阻劑中的添加劑可改進減阻劑被注入管道中的能力。需要用於改進減阻劑被注入管道中的能力而不會不利地影響減阻劑的配製的添加劑。公開內容簡述所公開的技術提供形成減阻聚合物配製劑的方法，其包括：形成減阻聚合物；和將烴添加劑與減阻聚合物結合以形成減阻聚合物配製劑，其中減阻聚合物配製劑用作烴管道中的減阻劑。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中減阻聚合物為膠乳減阻聚合物。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中減阻聚合物藉助乳液聚合形成。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中減阻聚合物藉助乳液聚合形成。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中烴添加劑選自庚烷、異辛烷、煤油、貧正鏈烷烴煤油及其組合。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中烴添加劑具有小於275℃的蒸餾溫度。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中烴管道為重油管道。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中減阻劑抑制烴管道中湍流渦旋的生長。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中減阻聚合物配製劑包含至少約25,000個重複單元。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中減阻聚合物配製劑具有至少1×106克/摩爾的重均分子量。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中將約3重量％至約16重量％烴添加劑結合到減阻劑中。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中烴添加劑來自不同於烴管道的來源。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物的方法，其中烴添加劑的加入不影響減阻聚合物的穩定性。所公開的技術進一步提供形成減阻聚合物配製劑的方法，其包括：藉助乳液聚合形成膠乳減阻聚合物，和將約3重量％至約30重量％煤油添加劑結合到膠乳減阻聚合物中以形成減阻聚合物配製劑，其中減阻聚合物配製劑用作重油管道中的減阻劑。所公開的技術進一步提供注射減阻聚合物配製劑的方法包括藉助乳液聚合形成膠乳減阻聚合物，將約3重量％至約30重量％煤油添加劑結合到膠乳減阻聚合物中以形成減阻聚合物配製劑，和將減阻聚合物配製劑注入重油管道中。所公開的技術進一步涉及注射減阻聚合物配製劑的方法，其中減阻劑抑制重油管道中湍流渦旋生長。所公開的技術進一步涉及注射減阻聚合物配製劑的方法，其中減阻聚合物配製劑包含至少約25,000個重複單元。所公開的技術進一步涉及注射減阻聚合物配製劑的方法，其中減阻聚合物配製劑具有至少1×106克/摩爾的重均分子量。所公開的技術進一步涉及注射減阻聚合物配製劑的方法，其中煤油添加劑來自不同於烴管道的來源。所公開的技術進一步涉及注射減阻聚合物配製劑的方法，其中煤油添加劑的結合不影響膠乳減阻聚合物的穩定性。所公開的技術進一步涉及注射減阻聚合物配製劑的方法，其中烴添加劑具有300℃和以下的蒸餾溫度。所公開的技術進一步涉及注射減阻聚合物配製劑的方法，其中將約3重量％至約30重量％烴添加劑結合到減阻聚合物中。詳述現在轉向對本發明的一個或多個優選配置的詳細描述，應當理解本發明特徵和概念可表現於其它配置中，並且本發明的範圍不限於描述或闡述的實施方案。本發明的範圍僅意欲受以下權利要求書的範圍限制。形成減阻聚合物配製劑的方法.該方法通過形成減阻聚合物而開始。然後將烴添加劑與減阻聚合物結合以形成減阻聚合物配製劑。減阻聚合物配製劑然後用作烴管道中的減阻劑。形成的減阻聚合物可以為任何慣常已知的減阻聚合物。可使用的減阻聚合物的實例包括膠乳減阻聚合物和藉助乳液聚合形成的那些。通過引用結合到本文中的美國專利8,022,118描述了可用於本方法中的各種減阻聚合物。在一個實施方案中，減阻聚合物可包含選自由以下物質組成的組的一種或多種單體的殘基的多個重複單元：(A)其中R1為H或C1-C10烷基，且R2為H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代環烷基、C6-C20取代或未取代芳基、芳基取代C1-C10烷基、–(CH2CH2O)x-RA或–(CH2CH(CH3)O)x-RA基團，其中x為1-50，RA為H、C1-C30烷基，或者C6-C30烷基芳基；(B)R3-芳烴-R4其中芳烴為苯基、萘基、蒽基或菲基，R3為CH＝CH2或CH3-C＝CH2，且R4為H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代環烷基、Cl、SO3、ORB，或者COORC，其中RB為H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代環烷基、C6-C20取代或未取代芳基，或者芳基取代C1-C10烷基，且其中RC為H、C1-C30烷基、C5-C30取代或未取代環烷基、C6-C20取代或未取代芳基，或者芳基取代C1-C10烷基；(C)其中R5為H、C1-C30烷基，或者C6-C20取代或未取代芳基；(D)其中R6為H、C1-C30烷基，或者C6-C20取代或未取代芳基；(E)其中R7為H或C1-C18烷基，且R8為H、C1-C18烷基，或者Cl；(F)其中R9和R10獨立地為H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代環烷基，或者雜環基；(G)其中R11和R12獨立地為H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代環烷基，或者雜環基；(H)其中R13和R14獨立地為H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代環烷基，或者雜環基；(I)其中R15為H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代環烷基，或者雜環基；(J)(K)其中R16為H、C1-C30烷基，或者C6-C20芳基；(L)(M)(N)(O)其中R17和R18獨立地為H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代環烷基，或者雜環基；和(P)其中R19和R20獨立地為H、C1-C30烷基、C6-C20取代或未取代芳基、C5-C30取代或未取代環烷基，或者雜環基。在一個實施方案中，減阻聚合物可包含甲基丙烯酸或丙烯酸的C4-C20烷基、C6-C20取代或未取代芳基，或者芳基取代C1-C10烷基酯衍生物的殘基的重複單元。在另一實施方案中，減阻聚合物可以為包含甲基丙烯酸2-乙基己酯的殘基和至少一種其它單體的殘基的重複單元的共聚物。在又一實施方案中，減阻聚合物可以為包含甲基丙烯酸2-乙基己酯單體和丙烯酸丁酯單體的殘基重複單元的共聚物。在又一實施方案中，減阻聚合物可以為包含甲基丙烯酸2-乙基己酯的殘基重複單元的均聚物。在一個實施方案中，減阻聚合物可包含至少一種具有雜原子的單體的殘基。如上所述，術語「雜原子」包括不是碳或氫原子的任何原子。雜原子的具體實例包括但不限於氧、氮、硫、磷和/或氯原子。在一個實施方案中，減阻聚合物包含至少約10％、至少約25％，或者至少50％的具有至少一個雜原子的單體的殘基。另外，雜原子可具有部分電荷。如本文所用，術語「部分電荷」定義為具有小於1的值的正電荷或負電荷。上述反應混合物中所用的表面活性劑可包括至少一種高HLB陰離子或非離子表面活性劑。術語「HLB值」指表面活性劑在乳液中的親水-親脂平衡。HLB值通過W.C.Griffin在J.Soc.Cosmet.Chem.，1，311(1949)和J.Soc.Cosmet.Chem.，5，249(1954)中描述的方法測定，通過引用將其結合到本文中。如本文所用，術語「高HLB」應表示7或更大的HLB值。用於形成反應混合物的表面活性劑的HLB值可以為至少約8、至少約10，或者至少12。示例的高HLB陰離子表面活性劑包括但不限於高HLB烷基硫酸鹽、烷基醚硫酸鹽、二烷基磺基琥珀酸鹽、烷基磷酸鹽、烷基芳基磺酸鹽和肌氨酸鹽。市售的高HLB陰離子表面活性劑的合適實例包括但不限於月桂基硫酸鈉(作為RHODAPONLSB由RhodiaIncorporated，Cranbury，NJ得到)、二辛基磺基琥珀酸鈉(作為AEROSOLOT由CytecIndustries，Inc.，WestPaterson，NJ得到)、2-乙基己基聚磷酸鈉鹽(可由JarchemIndustriesInc.，Newark，NJ得到)、十二烷基苯磺酸鈉(作為NORFOX40由Norman，Fox&Co.，Vernon，CA得到)和月桂醯肌氨酸鈉(作為HAMPOSYLL-30由HampshireChemicalCorp.，Lexington，MA得到)。示例的高HLB非離子表面活性劑包括但不限於高HLB脫水山梨糖醇酯、PEG脂肪酸酯、乙氧基化甘油酯、乙氧基化脂肪胺、乙氧基化脫水山梨糖醇酯、嵌段氧化乙烯/氧化丙烯表面活性劑、醇/脂肪酸酯、乙氧基化醇、乙氧基化脂肪酸、烷氧基化蓖麻油、甘油酯、線性醇乙氧基化物和烷基苯酚乙氧基化物。市售的高HLB非離子表面活性劑的合適實例包括但不限於壬基苯氧基和辛基苯氧基聚(氧乙烯)乙醇(分別作為IGEPALCA和CO系列由Rhodia，Cranbury，NJ得到)、C8-C18乙氧基化伯醇(例如來自RhodiaInc.，Cranbury，NJ的RHODASURFLA-9)、C11-C15仲醇乙氧基化物(可作為TERGITOL15-S系列由DowChemicalCompany，Midland，MI得到，包括15-S-7、15-S-9、15-S-12)、聚氧化乙烯脫水山梨糖醇脂肪酸酯(作為TWEEN系列表面活性劑由Uniquema，Wilmington，DE得到)、聚氧化乙烯(25)油基醚(作為SIPONICY-500-70由AmericalAlcolacChemicalCo.，Baltimore，MD得到)、烷基芳基聚醚醇(作為TRITONX系列由DowChemicalCompany，Midland，MI得到，包括X-100、X-165、X-305和X-405)。在一個實施方案中，用於上述反應混合物中的引發體系可以為用於產生促進乳液聚合所需的自由基的任何合適體系。可能的引發劑包括但不限於單獨或者與一種或多種還原組分和/或促進劑組合使用的過硫酸鹽(例如過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀)、過氧過硫酸鹽和過氧化物(例如叔丁基過氧化氫)。可能的還原組分包括但不限於亞硫酸氫鹽、偏亞硫酸氫鹽、抗壞血酸、異抗壞血酸和甲醛化次硫酸鈉。可能的促進劑包括但不限於含有具有兩種氧化態的過渡金屬的任何組合物，例如硫酸亞鐵和硫酸亞鐵銨。作為選擇，可使用已知的熱和輻射引發技術產生自由基。在另一實施方案中，本領域技術人員已知的任何聚合和相應的引發或催化方法可用於本發明中。例如，當聚合通過方法如加聚或縮聚進行時，聚合可通過方法如陽離子、陰離子或者配位方法引發或催化。當使用水形成上述反應混合物時，水可以為淨化水，例如蒸餾水或去離子水。然而，乳液的連續相也可包含極性有機液體或者極性有機液體的水溶液，例如下文所列那些。如先前所指出的，反應混合物任選可包含緩衝劑。緩衝劑可包含與引發體系相容的任何已知緩衝劑，例如碳酸鹽、磷酸鹽和/或硼酸鹽緩衝劑。如先前所指出的，反應混合物任選可包含至少一種水化抑制劑。水化抑制劑可以為熱動力水化抑制劑，例如醇和/或多元醇。在一個實施方案中，水化抑制劑可包含一種或多種多元醇和/或一種或多種多元醇醚。合適的多元醇包括但不限於單乙二醇、二甘醇、三甘醇、單丙二醇和/或二丙二醇。合適的多元醇醚包括但不限於乙二醇單甲醚、二甘醇單甲醚、丙二醇單甲醚和二丙二醇單甲醚。一般而言，水化抑制劑可以為在以1:1重量比與蒸餾水混合時產生在2,000psia下比蒸餾水在2,000psia下的氣體水合物形成溫度低約10至約150°F、約20至約80°F或30-60°F的量的氣體水合物形成溫度的水合物抑制液體混合物。例如，單乙二醇有資格作為水化抑制劑，因為蒸餾水在2,000psia下的氣體水合物形成溫度為約70°F，而蒸餾水和單乙二醇的1:1混合物在2,000psia下的氣體水合物形成溫度為約28°F。因此，單乙二醇在以1:1重量比加入蒸餾水中時使蒸餾水在2,000psia下的氣體水合物形成溫度降低約42°F。應當指出特定液體的氣體水合物形成溫度可取決於用於測定氣體水合物形成溫度的天然氣的組成構成而變化。因此，當氣體水合物形成溫度在本文中用於限定構成「水化抑制劑」時，該氣體水合物溫度呈現為使用包含92摩爾％甲烷、5摩爾％乙烷和3摩爾％丙烷的天然氣組合物測定。在形成反應混合物中，可將單體、水、至少一種表面活性劑和任選水化抑制劑在保持為少於約1,000ppmw氧氣或者少於約100ppmw氧氣的基本無氧氣氛下結合。無氧氣氛可通過將反應容器用惰性氣體如氮氣和/或氬氣連續清洗而保持。系統的溫度可保持在從連續相的冰點至約60℃、約0至約45℃或0-30℃的水平。系統壓力可保持在約5至約100psia、約10至約25psia，或者約大氣壓力。然而，可能需要達約300psia的較高壓力以使某些單體如二烯烴聚合。接著，如果需要的話，可一次性或者隨時間加入緩衝劑，其後加入引發劑。聚合反應進行足夠的時間量以實現至少約90重量％的單體轉化率。通常，該時間為約1至約10小時，或者3-5小時。在聚合期間，可將反應混合物連續攪拌。下表描述存在於反應混合物中的成分的量的近似寬和窄範圍。乳液聚合反應得到包含固體顆粒的分散相和液體連續相的膠乳組合物。膠乳可以為包含高分子量聚合物顆粒的分散相和含有水的連續相的穩定膠體分散體。膠體顆粒可包含膠乳的約10至約60重量％，或者膠乳的40-50重量％。連續相可包含水、高HLB表面活性劑、水化抑制劑(如果存在的話)以及根據需要，緩衝劑。水可以以膠乳的約20至約80重量％或者膠乳的約40至約60重量％存在。高HLB表面活性劑可包含膠乳的約0.1至約10重量％，或者膠乳的0.25-6重量％。如上表中所指出的，緩衝可以以達到引發聚合反應所需的pH的量存在，且為引發劑相關的。通常，引發反應所需的pH為6.5-10。當水化抑制劑用於反應混合物時，它可以以得到約1:10至約10:1、約1:5至約5:1或2:3-3:2的水化抑制劑:水重量比的量存在於所得膠乳中。作為選擇，所有或一部分水化抑制劑可在聚合以後加入膠乳中以在膠乳的連續相中提供所需量的水化抑制劑。在一個實施方案中，膠乳的分散相的減阻聚合物可具有至少約1×106克/摩爾、至少約2×106克/摩爾，或者至少5×106克/摩爾的重均分子量(Mw)。減阻聚合物的膠體顆粒可具有小於約10μm、小於約1,000nm(1μm)、約10至約500nm或50-250nm的平均粒度。至少約95重量％的膠體顆粒可以大於約10nm且小於約500nm。至少約95重量％的膠體顆粒可以大於約25nm且小於約250nm。連續相可具有約4至約10，或者約6至約8的pH，並且如果有的話，包含少許多價陽離子。在一個實施方案中，減阻聚合物可包含至少約10,000、至少約25,000，或者至少50,000個選自上述單體的殘基的重複單元。在一個實施方案中，減阻聚合物可包含少於1個支化單元每個單體殘基重複單元。另外，減阻聚合物可包含少於1個連接基團每個單體殘基重複單元。此外，減阻聚合物可顯示出很少或者不顯示支化或交聯。減阻聚合物還可包含基於減阻聚合物中的單體殘基重複單元的總數為約0至約1％的量的全氟烷基。在形成減阻聚合物以後加入的烴添加劑可以為任何慣常已知的烴添加劑。在一個實施方案中，烴添加劑可選自烴，例如庚烷、異辛烷、煤油、貧正鏈烷烴煤油及其組合。在備選實施方案中，烴添加劑來自不同於烴管道的來源。可將任何已知量的烴添加劑加入減阻聚合物中，條件是它不影響減阻聚合物的穩定性。在一個實施方案中，將約3重量％至約16重量％烴添加劑與減阻劑結合。在一個實施方案中，將約3重量％至約30重量％烴添加劑與減阻劑結合。在備選實施方案中，烴添加劑可具有約300℃和以下的蒸餾溫度。在其它實施方案中，蒸餾溫度可以為約275℃及以下、250℃及以下、258℃及以下、225℃及以下、200℃及以下、175℃及以下、150℃及以下、126℃及以下或者甚至100℃及以下。給出關於本發明某些實施方案的以下實施例。各個實施例作為對本發明、本發明許多實施方案中的一個的解釋而提供，並且以下實施例應不理解為限制或者限定本發明的範圍。試樣製備將烴添加劑以各種水平後加入預製備的減阻劑配製劑中。在試驗以前將所得試樣輥壓以確保均勻分布。LMI泵試驗還使用MiltonRoyLMIB7系列泵以篩選實驗室中產物配製劑的泵送性能。將約1L試樣加入裝配有進料和返回口的容器中，並藉助泵以約180g/min的速率連續再循環。在一段時間以後，取決於試驗協議，停止泵並除去乾淨的丙烯酸泵頭。在收集形成的任何附著膜以前，將頭和隔膜的內表面用水輕微衝洗以除去殘餘膠乳。將膜收集到配衡錫中並在稱重以前使其在環境條件下乾燥24小時。表1.具有烴添加劑的減阻劑的5小時LMI泵試驗結果添加劑試驗持續時間(小時)隔膜上的質量(g)甲苯(8％)50.000煤油(12％)50.01091-癸烯(8％)50.0271-癸烯(4％)50.149無添加劑50.292無添加劑50.121表1.具有烴添加劑的減阻劑的3小時LMI泵試驗結果最後，應當指出，任何參考文獻的討論不是承認它是本發明的現有技術，尤其是公開日期在本申請的優先權日期以後的任何參考文獻。同時，將下文各個和每個權利要求結合到本詳細描述或說明中作為本發明的其它實施方案。儘管詳細描述了本文所述的體系和方法，應當理解可不偏離如以下權利要求書所定義的本發明精神和範圍而做出各種變化、取代和改變。本領域技術人員可以能夠研究優選實施方案並確定未確切地如本文所述的執行本發明的其它方式。發明人的意圖是本發明的變化和等價物在權利要求書的範圍內，同時說明書、摘要和圖不用於限制本發明的範圍。具體而言，本發明意欲與以下權利要求書及其等價物一樣寬。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp