一種含氮型天然氣減阻劑及其合成方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機化學領域，具體涉及一種含氮型天然氣減阻劑及其合成方法。
【背景技術】
[0002] 作為一種高效清潔的能源，天然氣已成為世界各國改善環境和促進經濟可持續發 展的最佳選擇，其需求量與日俱增。
[0003] 目前，天然氣的主要運輸方式為管道輸送。但管輸天然氣過程中，管內壁粗糙度會 產生摩擦阻力，進而產生氣體渦流，造成沿程壓降和能量損失。因此，要增加輸氣量，需要減 小天然氣輸送過程中的阻力，降低能量損失。目前，減阻增輸的主要方法有內涂層減阻技術 和減阻劑減阻技術。應用天然氣減阻劑可顯著增加輸量，節能降耗，滿足在役管道季節性調 峰，提高滿負荷運行管道和腐蝕老化管道的運行安全系數等。天然氣減阻劑已顯示出巨大 的經濟價值和應用潛力，有著較好的實際生產需求和市場前景。
[0004] 天然氣減阻劑是類似于表面活性劑結構的化合物，具有極性端與非極性端，加注 到管道之后，其極性端通過配位鍵吸附在管道內壁上，非極性端存在于流體與管道內表面 之間，在剪切應力作用下順流向懸浮于氣流中形成一層薄膜。這種薄膜可以部分填充管壁 表面的凹陷，起到降低粗糙度的作用。同時，在分子恢復伸展的過程中將部分撞擊內壁流體 分子的能量吸收并返回到流體中，降低氣體的徑向脈動和粗糙凸起產生的脈動，減小渦流 能量，從而降低流動阻力達到減阻的目的。因此，研發極性端吸附性強，柔性端適中的天然 氣減阻劑成為近年來較為活躍的石化添加劑領域之一。
[0005] 美國專利US5902784 A和中國專利CN101575495 A中分別公開了一種含氮類天然 氣減阻劑的合成方法，并用于氣體管道的減阻增輸。CN 102040908 A公開了采用三甲氧基 硅烷和十二烯為原料，在鉑催化劑存在條件下，合成十二烷基三甲氧基硅烷減阻劑。專 利CN 101328442 A通過兩步法合成的Mannich堿類減阻劑，可應用于天然氣集輸管道的減 阻增輸。
[0006] 此外，還有一些關于含氮減阻劑合成的報道，如專利CN 102838606 A也公開了一 種卟啉類天然氣減阻劑的制備，還有專利CN 101575497 A ;US5549848 A ;CN 101328441 A ; CN 101329011 A G. Xing等（Polym. DegracL Stab. 2011，92:74-78);葉天旭等（天 然氣工業· 2010，30:92-96)。專利 CN 102443022 A 和 CN 102863473 A 分別報道了含磷 減阻劑十八醇磷酸酯銨鹽類和六元環烷基硅氧烷-磷酸酯類。但這些專利和文獻所報道的 天然氣減阻劑都存在一些不足，主要是產品極性端單一，吸附性弱，非極性端少(如十八醇 磷酸酯銨鹽類)，減阻效果不明顯，溶解性差(如六元環烷基硅氧烷-磷酸酯類)，無法大規模 應用于天然氣管道減阻，因而應用范圍受到了很大的限制，對減阻效果還需進一步提高。
【發明內容】
[0007] 針對現有的天然氣減阻劑吸附性差，柔性鏈端少，減阻效果差的缺點，本發明提出 了一種含氮型天然氣減阻劑及其合成方法。本發明的含氮減阻劑具有多極性端吸附性強， 多柔性鏈端減阻效果好的特點。而且本發明合成方法簡單、反應時間短、溶劑低毒無污染。
[0008] 本發明提供了一種含氮型天然氣減阻劑，其分子結構式如式（I )所示：
【主權項】
1. 一種含氮型天然氣減阻劑，其分子結構式如式（I )所示：
式（I )中，札為異丙基、正丁基或正己基的任意一種；R2為C2-C7的脂肪鏈或苯環中的 任意一種。
2. 按照權利要求1所述的含氮型天然氣減阻劑，其特征在于，所述的R 2為C2-C7的脂 肪鏈中的任意一種。
3. 權利要求1所述的含氮型天然氣減阻劑的合成方法，包括以下內容： (1) 將仲胺和哌嗪溶解于溶劑中，在〇~l〇°C下，加入乙醛水溶液，并在20~60°C溫度 下反應1. 5~4h，得到Mannich喊； (2) 在攪拌條件下，向步驟（1)所得Mannich堿的溶液中加入二元羧酸，并在20~60°C 條件下繼續反應1. 5~6h，反應結束后通過減壓蒸餾除去溶劑，粗產品用溶劑重結晶后得 到含氮型減阻劑。
4. 按照權利要其求3所述的合成方法，其特征在于，所述的仲胺為二異丙胺、二正丁 胺、二正己胺、二環己胺或二苯胺中的任意一種。
5. 按照權利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述的二元羧酸為HOOCR 2COOH，其中 馬為C 2-C7的脂肪鏈或苯環中的任意一種。
6. 按照權利要求3所述的合成方法，其特征在于，步驟（1)中所述的溶劑為水、甲醇或 乙醇的一種或多種。
7. 按照權利要求3或6所述的合成方法，其特征在于，步驟（1)中所述的溶劑為水。
8. 按照權利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述的哌嗪與溶劑的質量比為3 : 20~3 :100,哌嗪與仲胺的摩爾比為1 :2~1 :3,仲胺與乙醛的摩爾比為1 :2~1 :4,哌嗪 與二元羧酸的摩爾比1 :2~1 :3。
9. 按照權利要求8所述的合成方法，其特征在于，哌嗪與溶劑的質量比為3 :20~3 : 40,哌嗪與仲胺的摩爾比為1 :2~I :2. 5,仲胺與乙醛的摩爾比為1 :2~1 :3,哌嗪與二元 羧酸的摩爾比1 :2~I :2. 5。
10. 按照權利要求3所述的合成方法，其特征在于，步驟（2)中重結晶所用的溶劑為乙 醇或丙酮。
【專利摘要】本發明公開了一種含氮型天然氣減阻劑及其合成方法。其分子結構式為：。該減阻劑通過以下方法合成：將仲胺和哌嗪溶解于溶劑中，在0～10℃下滴加乙醛水溶液，并在20～60℃下反應1.5～4h，反應結束后加入二元羧酸，并在20～60℃攪拌條件下反應1.5～6h，反應結束后除去溶劑，重結晶后得到產品。本發明的減阻劑具有多極性端和多非極性端，具有良好的吸附性能和優良的減阻增輸效果。本發明合成工藝簡單，條件溫和，時間短，對設備要求低，易于實現大規模工業化生產。
【IPC分類】C07D295-03, F17D1-02, C07D295-023
【公開號】CN104633447
【申請號】CN201410733448
【發明人】趙巍, 王曉霖, 喬國春, 李明, 劉名瑞, 薛倩, 楊靜
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月7日