李鑫源，韓學(xué)圣，劉擁政 ，席作家，姬鵬舉，黃玉明，高 飛，馮建錄，王 濤

(1.廊坊開發(fā)區(qū)中油科新化工有限責(zé)任公司，河北廊坊 065001；2.中國(guó)石油管道局工程有限公司管道投產(chǎn)運(yùn)行分公司，河北 廊坊 065001)

減阻劑是一種廣泛應(yīng)用于原油管道輸送的化學(xué)添加劑，通過抑制油品在流動(dòng)中的湍流程度，減少流動(dòng)阻力，能有效地降低原油及成品油管輸時(shí)產(chǎn)生的摩阻,減少動(dòng)力消耗,在不增加設(shè)備的情況下可以有效的提高管道輸量，降低管道壓力，節(jié)約能源，提高管道運(yùn)行的安全系數(shù)等。目前，將聚合物和分散劑一起在低于其玻璃化溫度的環(huán)境中磨成粉末，懸浮在水或水與醇的混合物中。這種產(chǎn)品具有聚合物濃度高、注入方便、在原油中溶解性好等優(yōu)點(diǎn)，但與與美國(guó)Conoco公司和Baker Hughes公司產(chǎn)品相比，受環(huán)境高低溫的影響，減阻劑懸浮體系的穩(wěn)定性易發(fā)生較大的改變。其穩(wěn)定性由常溫的60天，縮短到15天，出現(xiàn)分層、結(jié)團(tuán)、溶脹等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了減阻劑的現(xiàn)場(chǎng)注入。本研究依據(jù)溶度參數(shù)理論，通過實(shí)測(cè)方法對(duì)部分醇、醚進(jìn)行混調(diào)，模擬工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)減阻劑懸浮體系進(jìn)行剖析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

試劑：聚α-烯烴聚合物；液氮；乙醇、丙二醇、異丁醇、戊醇、異辛醇、甲醚，均為分析純；分散劑。

儀器：旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)；傾點(diǎn)凝點(diǎn)測(cè)定儀；減阻劑室內(nèi)模擬評(píng)價(jià)裝置；電子天平；均質(zhì)機(jī)，冷凍粉碎機(jī)。

1.2 分析方法

對(duì)于懸浮型減阻劑，懸浮介質(zhì)不能對(duì)聚α-烯烴聚合物有溶解作用，否則體系粘度增大 ，結(jié)團(tuán)、溶脹，不利于產(chǎn)品的注入。溶解度理論認(rèn)為：溶度參數(shù)相差越小，二者的相溶性越大。對(duì)于聚α-烯共聚物這種非極性、非結(jié)晶聚合物，當(dāng)其與懸浮介質(zhì)的溶度參數(shù)之差小于2時(shí)便可以溶解，大于2時(shí)只能溶脹不能溶解。

溶脹程度的測(cè)定采用浸泡法：將等質(zhì)量的高聚物放入不同的介質(zhì)中，達(dá)到溶脹平衡后擦干稱重，用質(zhì)量增量來表示溶脹程度。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3．1 共聚物顆粒分散劑的篩選

將自制的聚-α烯烴共聚物切塊，加入不同種類分散劑粉末，置于液氮中充分冷凍后迅速進(jìn)行粉碎，過篩。取粉碎顆粒，首先用手指碾壓，觀察是否易粘結(jié)。然后放在辛醇中分別進(jìn)行加熱、冷卻，觀察高低溫下懸浮體系外觀狀態(tài)。篩選出分散效果較好的分散劑。

1.3．2 主懸浮介質(zhì)的篩選

以部分醇、醚揮發(fā)速率、對(duì)減阻劑的溶脹程度和價(jià)格為指標(biāo)篩選主懸浮介質(zhì)。

1.3．3 減阻劑再分散

減阻劑懸浮體系根據(jù)所用溶劑的不同，存在著不同程度的溶脹現(xiàn)象，為解決減阻劑：分層、結(jié)團(tuán)、溶脹等缺點(diǎn)，引入減阻劑再分散工藝。將陪置好的懸浮體系靜置一段時(shí)間后，用均質(zhì)機(jī)攪拌均勻，長(zhǎng)時(shí)間放置，觀察高低溫下懸浮體系分層情況及懸浮體系的表觀粘度。

1.3．4 減阻率性能測(cè)試

取一定量的減阻劑，加入室內(nèi)環(huán)道測(cè)試系統(tǒng)，在一定的壓力和流量下進(jìn)行減阻率測(cè)試。測(cè)試方法和原理參照SY/T 6578-2009輸油管道減阻劑室內(nèi)測(cè)試方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 引入新分散劑,提高懸浮體系分散效果

使用不同種類的分散劑，進(jìn)行耐高低溫分散性實(shí)驗(yàn)。將分散劑：1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#等分散劑。經(jīng)碾壓和在辛醇中加熱、冷卻后分散效果對(duì)比，1#、8#分散效果最佳。見表1。

表1 分散實(shí)驗(yàn)

粒徑測(cè)試，見表2。

表2 粒徑測(cè)試數(shù)據(jù)

從表2中粒徑可以看出，1#、3#、5#、8#分散劑的粒徑較優(yōu)。綜上所述，8# ，粘度低、穩(wěn)定性好。在實(shí)際生產(chǎn)中可以更好的貯存、從而保障減阻劑具有較好的流變性。

2.2 主懸浮介質(zhì)的替換，克服溶脹、成團(tuán)現(xiàn)象

參照薄膜蒸發(fā)計(jì)原理，建立溶劑揮發(fā)速率測(cè)定裝置，根據(jù)雙模理論和單項(xiàng)傳質(zhì)速率方程：

計(jì)算溶劑的揮發(fā)速率。部分醇、醚的揮發(fā)速率和溶脹程度見表3。

表3 揮發(fā)速率和溶脹程度

隨著碳鏈長(zhǎng)度增加，醇類的極性越來越小，而聚-α烯烴共聚物為非極性，分子間的作用力越來越強(qiáng)，使得醇分子擴(kuò)散入大分子間隙中，高分子間作用力減弱，分子末間距增大，外在表現(xiàn)為高聚物體積增大，產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象。過渡的溶脹使得懸浮體系在存放的過程中粘度變大，增加產(chǎn)品的使用難度。

2.3 聚-α烯烴共聚物粉末加入量對(duì)減阻效果的影響

通過減阻劑室內(nèi)環(huán)道測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)定不同聚-α烯烴共聚物粉末加入量下的減阻率，結(jié)果見下表4。

表4 不同濃度聚合物環(huán)道測(cè)試數(shù)據(jù)

表4(續(xù))

減阻率與加劑量的關(guān)系，如圖1。

圖1 減阻率與加劑量關(guān)系

從圖1可以看出，減阻率隨減阻劑濃度的增加而增大，當(dāng)加入量為15ppm時(shí)，減阻率為57.27%，隨后減阻效果增加緩慢，加入量為25ppm是時(shí)，減阻率達(dá)到最大。

2.4 聚烯烴懸浮液的調(diào)配

用乙醇、丙二醇、異丁醇、戊醇、異辛醇、甲醚，調(diào)配一系列的懸浮介質(zhì)，用密度計(jì)測(cè)定其密度為0.88g/cm3。

表5 不同溶劑調(diào)制的一系列懸浮介質(zhì)

在懸浮液中加入，定量的8#分散劑30g，取經(jīng)液氮冷凍的聚α-烯烴聚合物粉末分別加入130g，用均質(zhì)機(jī)攪拌均勻。如圖2所示。

圖2 不同懸浮液配置的減阻劑

2.5 減阻劑再分散，提高懸浮體系的穩(wěn)定性

減阻劑懸浮體系根據(jù)所用溶劑的不同，存在著不同程度的溶脹現(xiàn)象。為解決減阻劑：分層、結(jié)團(tuán)、溶脹等缺點(diǎn)，引入減阻劑再分散工藝。將陪置好的懸浮體系靜置一段時(shí)間后，用均質(zhì)機(jī)攪拌均勻，長(zhǎng)時(shí)間放置，觀察高低溫下懸浮體系分層情況及懸浮體系的表觀粘度。

表6 各懸浮體系靜置60天后狀態(tài)對(duì)照表

各懸浮體系靜置60天后狀態(tài)如圖3所示：

通過對(duì)比可知，配方1#所制備的減阻劑懸浮體系的穩(wěn)定性更好。

2.6 減阻劑耐高、低溫性能實(shí)驗(yàn)

減阻劑一般條件下的儲(chǔ)存及使用環(huán)境溫度為-30～45℃，在高溫或低溫環(huán)境下，減阻劑懸浮體系會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，通常出現(xiàn)分層、結(jié)團(tuán)、溶脹等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了減阻劑的現(xiàn)場(chǎng)注入。為保證減阻劑的使用性能，對(duì)其進(jìn)行耐高低溫性能試驗(yàn)。

(1)耐高溫性能試驗(yàn)：將制得的1#樣品，置于45℃的烘箱中，放置30天，觀察稠度變化，若不結(jié)塊，攪拌后測(cè)定粘度。若粘度大于300mPa·s判定為不合格。

(2)耐低溫性能試驗(yàn)：將制得的1#樣品，置于-30℃的超低溫恒溫槽中，放置30天，觀察稠度變化，若不結(jié)塊，攪拌后測(cè)定粘度。若粘度大于300mPa·s判定為不合格。

表7 1#樣品進(jìn)行耐高低溫性能試驗(yàn)表觀粘度對(duì)照表 mPa·s

經(jīng)高低溫性能試驗(yàn)，1#聚α-烯烴減阻劑懸浮液，懸浮體系均一，高低溫下，懸浮體系無結(jié)塊，且表觀粘度小于300mPa·s，1#聚α-烯烴減阻劑懸浮液配方最佳。

3 結(jié)論

通過調(diào)配得到粘度適中、耐高低溫性能及減阻性能好的聚烯烴懸浮液配方：丙二醇與異辛醇以一定的比例混調(diào)，加入8#分散劑，并引入再分散工藝。該懸浮型減阻劑的表觀粘度在80～200mPa·s(25℃)左右，高低溫條件下無聚團(tuán)，且加劑量15×10-6時(shí)， 減阻效果大于55% 。