环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法及应用技术

环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法及应用，环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉或两者的混合物与氯乙酸钠反应，反应中环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的总摩尔比为１．０∶４．８～７．０，控制温度５０～９５℃、ｐＨ８～１０范围内反应８～１８ｈ，即合成得环烷酸酰胺甜菜碱。应用于ＨＣｌ－Ｈ↓［２］Ｓ－Ｈ↓［２］Ｏ体系作为水溶性缓蚀剂。本发明专利技术提供了一种成本较低，制备简单方便的环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法。所述环烷酸酰胺甜菜碱作为水溶性缓蚀剂，缓蚀性能优异且与有机胺相溶性好，有利于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法及应用
本专利技术涉及环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法及作为水溶性缓蚀剂的应用。
技术介绍
环烷酸主要来源于石油炼制的二、三线碱渣。目前，我国拥有环烷酸资源约3万t/a以上，但资源利用率低，除少量直接用作航煤添加剂和矿物浮选剂外，绝大部分用于环烷酸盐生产，而环烷酸有机衍生物，尤其是其在水相介质中的开发应用程度还是很不够的。以往，由于环烷酸纯度上不去，所合成的相应有机衍生物应用于水相介质时，有大量令人生厌的油类物质析出。近年来随着高纯环烷酸制备成套技术的开发(见文献1：石顺存，张红.高纯环烷酸的制备[J].湘潭矿业学院学报，2001，16(3)：47-50)，粗环烷酸经精制得高纯环烷酸，为制备水溶性的环烷酸有机衍生物提供了良好的物质基础。与传统脂肪酸相比，环烷酸有机衍生物具有良好的低温流动性及高度的耐热与抗氧稳定性，操作使用较方便；而且，当应用于防腐蚀领域时，因环烷酸衍生的环烷基团能在金属表面形成更致密的保护膜而具有更好的缓蚀效果。“一脱三注”(常减压塔顶馏出线注氨、注缓蚀剂、注水)，仍是目前炼油厂常减压塔顶冷凝系统采用的最主要防腐措施。该工艺措施，能较好地防止HCl-H2S-H2O腐蚀，但仍存在两大不足之处：一是现场pH值波动范围过大，难以调控。现场pH值一般均控制在8.5以上，这不仅造成了氨水的极大浪费，而且易造成NH4Cl结晶析出，设备表面严重结垢，堵塞设备并引发垢下腐蚀，影响设备安全运行。二是由于氨的蒸气压高，在初凝区不易进入液相中和引起露点腐蚀的酸性介质，对初凝区露点部位的腐蚀起不到有效抑制作用，使得常压塔顶挥发线点蚀现象较重。故越来越多采用注有机胺代替注氨水以保证中和防腐蚀的效果。同时，为简化操作工艺流程，将炼油厂常减压塔顶冷凝系统采用的“一脱三注”改为“一脱二注”，人们很愿意采用集“中和”与“缓蚀”功能于一身的中和缓蚀剂。目前，市场上仍较普遍采用7019(蓖麻油酸酰胺型)水溶性缓蚀剂，7019属长链型有机缓蚀剂，在强碱性环境下，长链会断裂分解，这对药剂长时间保持较高的缓蚀性能极为不利。故仍迫切需要能与有机胺直接复配在一起的新型水溶性缓蚀剂。文献[2]吴宇峰，周坤坪，梁劲翌.咪唑啉季铵盐水溶性缓蚀剂NH-1的合成及其性能研究[J].精细石油化工，2001，(5)：39-42；文献[3]李邦.水溶性咪唑啉季铵盐型缓蚀剂的合成及性能评价[J].精细石油化工，2005，(4)：44-46；披露了环烷酸与三乙烯四胺或二乙烯三胺等有机多胺反应生成咪唑啉，然后采用硫酸二甲酯或硫酸二乙酯进行烷基化反应而成为咪唑啉季铵盐水溶性缓蚀剂，且在HCl-H2S-H2O体系中具有良好的缓蚀性能。但是，它们均因在碱性下析出而无法与有机胺直接复配；而且，现场经验表明，当注有机胺时，其缓蚀效果大大降低。针对以上情况，我们专利技术出一种适合与高浓度有机胺复配在一起的新型水溶性缓蚀剂—环烷酸酰胺甜菜碱。另外，专利技术人还未见环烷酸酰胺甜菜碱应用方面的相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种成本较低，制备简单方便的环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法。本专利技术的另一目的旨在提供由上述方法制备出的环烷酸酰胺甜菜碱作为水溶性缓蚀剂的应用，其缓蚀性能优异且与有机胺相溶性好，有利于工业化应用。本专利技术的目的是通过下述方式实现的：环烷酸酰胺甜菜碱制备方法：将环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉或两者的混合物与氯乙酸钠反应，反应中环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的总摩尔比为1.0∶4.8～7.0，控制温-->度50～95℃、pH8～10范围内反应8～18h，即合成得环烷酸酰胺甜菜碱产物。所述的环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉或两者的混合物与氯乙酸钠反应，分两步进行，先按环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的摩尔比为1.0∶3.0～5.0在搅拌下逐渐升温反应，当反应时间达到5～8h，在pH值不下降的情况下，再按环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的摩尔比为1.0∶0.5～3.0的方式，搅拌下加入氯乙酸钠溶液，搅拌回流反应3～10h。所述的环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉，系将环烷酸及二乙烯三胺经缩合脱水生成。反应过程中较优的pH为8.5～9.5。所述的环烷酸为酸含量≥85％质量分数、粗酸值≥185mgKOH/g。将环烷酸酰胺甜菜碱应用于HCl-H2S-H2O体系作为水溶性缓蚀剂。将环烷酸酰胺甜菜碱应用于炼油厂常减压塔顶冷凝系统，作为水溶性缓蚀剂。其缓蚀性能优异且与有机胺相溶性好，有利于工业化应用。(一)本专利技术的技术路线及反应原理(1)环烷酸与二乙烯三胺经缩合脱水生成环烷酸酰胺或咪唑啉：式中：R——由环烷酸衍生的烷基基团；下同。(2)环烷酸酰胺与氯乙酸钠反应生成环烷酸酰胺甜菜碱：        RCONHCH2CH2NHCH2CH2NH2+5ClCH2COONa+3NaOH(3)环烷酸咪唑啉在碱性条件下边开环水解边与氯乙酸钠反应，亦可得到与上式相同的环烷酸酰胺甜菜碱。另外，当氯乙酸钠配比量较少时，还可生成如下类型的只带一个正电荷的环烷酸酰胺甜菜碱：或：(二)实施步骤在装有温度计、分水器及其冷凝管的带电加热套的三口瓶反应装置内，依次加入酸含量≥85％(质量分数)、粗酸值≥185mgKOH/g的环烷酸及工业级二乙烯三胺，以二甲苯作携水剂，通氮气保护下，逐渐升温进行缩合脱水反应。温度150～230℃内反应6～15h至产-->物酸值≤15mgKOH/g而生成环烷酸酰胺，或者温度150～280℃内反应15～24h至产物酸值≤6mgKOH/g而生成环烷酸咪唑啉后，即可蒸馏脱除二甲苯而转入下一步反应。所合成好的环烷酸酰胺或咪唑啉冷却至110℃以下，按环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的总摩尔比为1.0∶4.8～7.0的方式，先后分两批加入氯乙酸钠溶液，控制温度50～95℃、pH8～10范围内反应8～18h，即合成得两性离子型的环烷酸酰胺甜菜碱产物。反应到达终点时，产物完全溶于水，且能溶于30％～40％NaOH溶液或20％～25％乙二胺溶液而不析出、无沉淀。合成好后的环烷酸酰胺甜菜碱产物物性指标如下：外观为红棕色透明液体，pH8.5～10，密度1.2kg/L左右，固含量≥40％。(三)本专利技术技术的特点及效果(1)缓蚀性能优异且产品成本较低由于环烷酸酰胺甜菜碱中的酰胺基团及羧酸基团均能与金属铁产生很好的吸附作用，且由环烷酸衍生的环烷基团能在金属表面形成更致密的保护膜，故所专利技术的新型水溶性缓蚀剂，具有优异的缓蚀性能。其在HCl-H2S-H2O(pH6.5～7.5)体系中对碳钢的缓蚀率是传统7019水溶性缓蚀剂的两倍以上。环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉可由环烷酸为原料制备，而环烷酸系石油炼制副产物，故本专利技术，除环烷酸资源能得到更好的利用外，还可降低产品成本。根据目前市场，环烷酸酰胺甜菜碱产品综合成本≤1.2万元/吨，比7019缓蚀剂的低。(2)缓蚀剂与有机胺相溶性好我们所专利技术的缓蚀剂的一个关键的地方，就是解决了缓蚀组分在强碱性环境下分解失效的问题。由于7019(蓖麻油酸酰胺型)水溶性缓蚀剂为长链型有机缓蚀剂，在强碱性环境下，长链会断裂分解而使药剂失效，故不能与有机胺复合。我们通本文档来自技高网...

【技术保护点】
环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法，其特征在于：环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉或两者的混合物与氯乙酸钠反应，反应中环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的总摩尔比为１．０∶４．８～７．０，控制温度５０～９５℃、ｐＨ８～１０范围内反应８～１８ｈ，即合成得环烷酸酰胺甜菜碱。

【技术特征摘要】
1、环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法，其特征在于：环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉或两者的混合物与氯乙酸钠反应，反应中环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的总摩尔比为1.0∶4.8～7.0，控制温度50～95℃、pH8～10范围内反应8～18h，即合成得环烷酸酰胺甜菜碱。2、根据权利要求1所述的环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法，其特征在于：所述的环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉是由环烷酸及二乙烯三胺经缩合脱水生成。3、根据权利要求1所述的环烷酸酰胺甜菜碱的制备方法，其特征在于：环烷酸酰胺或环烷酸咪唑啉或两者的混合物与氯乙酸钠反应，分两步进行，先按环烷酸酰胺或咪唑啉中所含环烷基和氯乙酸钠溶液中所含氯乙酸钠的摩尔比为1.0∶3.0～5.0在搅拌下逐渐升温反应，当反...

【专利技术属性】
技术研发人员：石顺存，邓彤彤，蒋华鹏，方茹苕，盛洁，唐胜利，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]