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。
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)。
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。
1.3.1 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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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% 。