磷酸胺盐天然气减阻剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种磷酸胺盐天然气减阻剂。其分子结构式为：

Phosphate amine salt natural gas drag reducing agent and preparation method and use thereof

The invention discloses a phosphate amine salt natural gas drag reducing agent. Its molecular structure is:

【技术实现步骤摘要】
磷酸胺盐天然气减阻剂及其制备方法和用途
本专利技术属于有机化学领域，具体涉及一种磷酸胺盐天然气减阻剂及其制备方法和用途。
技术介绍
作为一种高效清洁的能源，天然气已成为世界各国改善环境和促进经济可持续发展的最佳选择，其需求量与日俱增。目前，天然气的主要运输方式为管道输送。但管输天然气过程中，管内壁粗糙度会产生摩擦阻力，进而产生气体涡流，造成沿程压降和能量损失。因此，要增加输气量，需要减小天然气输送过程中的阻力，降低能量损失。目前，减阻增输的主要方法有内涂层减阻技术和减阻剂减阻技术。应用天然气减阻剂可显著增加输量，节能降耗，满足在役管道季节性调峰，提高满负荷运行管道和腐蚀老化管道的运行安全系数等。天然气减阻剂已显示出巨大的经济价值和应用潜力，有着较好的实际生产需求和市场前景。天然气减阻剂是类似于表面活性剂结构的化合物，具有极性端与非极性端，加注到管道之后，其极性端通过配位键吸附在管道内壁上，非极性端存在于流体与管道内表面之间，在剪切应力作用下顺流向悬浮于气流中形成一层薄膜。这种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。同时，在分子恢复伸展的过程中将部分撞击内壁流体分子的能量吸收并返回到流体中，降低气体的径向脉动和粗糙凸起产生的脉动，减小涡流能量，从而降低流动阻力达到减阻的目的。因此，研发极性端吸附性强，柔性端适中的天然气减阻剂成为近年来较为活跃的石化添加剂领域之一。美国专利US5902784A和中国专利CN101575495A中分别公开了一种含氮类天然气减阻剂的合成方法，并用于气体管道的减阻增输。CN102040908A公开了采用三甲氧基硅烷和α-十二烯为原料，在铂催化剂存在条件下，合成十二烷基三甲氧基硅烷减阻剂。专利CN101328442A通过两步法合成的Mannich碱类减阻剂，可应用于天然气集输管道的减阻增输。此外，还有一些关于含氮减阻剂合成的报道，如专利CN102838606A也公开了一种卟啉类天然气减阻剂的制备，还有专利CN101575497A；US5549848A；CN101328441A；CN101329011A；W.G.Xing等(Polym.Degrad.Stab.2011,92:74-78)；叶天旭等(天然气工业.2010,30:92-96)。专利CN102443022A和CN102863473A分别报道了含磷减阻剂十八醇磷酸酯铵盐类和六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类。但这些专利和文献所报道的天然气减阻剂都存在一些不足，主要是产品极性端单一，吸附性弱，非极性端少（如十八醇磷酸酯铵盐类），减阻效果不明显，溶解性差（如六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类），无法大规模应用于天然气管道减阻，因而应用范围受到了很大的限制，对减阻效果还需进一步提高。
技术实现思路
针对现有的天然气减阻剂吸附性差，极性链端和非极性端少，减阻效果差的缺点，本专利技术提出了一种磷酸胺盐天然气减阻剂及其制备方法。本专利技术的减阻剂具有多极性端吸附性强，多非极性端减阻效果好的特点。而且本专利技术制备方法简单、反应时间短、溶剂低毒无污染。本专利技术提供了一种磷酸胺盐减阻剂，其分子结构式如式（Ⅰ）所示：式（Ⅰ）；式（I）中，R1为芳香基中的任意一种，R2为C4-C16脂肪链或芳香烃中的任意一种。本专利技术还提供了一种上述磷酸胺盐减阻剂的制备方法，包括以下内容：将磷酸二酯溶解于溶剂中，在20～50℃下滴加二胺，并在20～50℃下反应2～4h，升温在60～100℃下反应6～15h，反应结束后除去溶剂，得到磷酸胺盐减阻剂。本专利技术方法中，磷酸二酯与二胺的摩尔比为2：1～3：1，优选2：1～2.5：1。本专利技术方法中，所述的溶剂为甲醇、乙醇、甲苯的一种或几种，优选为乙醇。本专利技术方法中所述所述R1和R2为芳香烃中的任意一种。本专利技术方法中，所述的二胺为C4-C16脂肪链二胺或芳香二胺中的一种，其结构式为H2NR2NH2，其中R2为C4-C16脂肪链或芳香烃。所述的磷酸二酯选自芳香基磷酸二酯中的任意一种，优选为磷酸二苯酯、磷酸二甲苯酯中的任意一种。本专利技术的减阻剂的制备路线如下：。本专利技术还提供了一种所合成天然气减阻剂在天然气管道运输中的用途。本专利技术产品作为天然气减阻剂，一般通过将其配制成乙醇、汽油、柴油或丙酮等溶液，用于天然气管道的减阻增输。所配制溶液中天然气减阻剂的浓度一般为5～200g/L。除此之外，本专利技术产品还对天然气管道具有一定的缓蚀功能。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术所述磷酸胺盐天然气减阻剂是具有多极性端和多非极性端的化合物，作为天然气管道的减阻添加剂，雾化注入或涂覆于管道内壁后，其极性端牢固的吸附于管道金属内表面，并形成一层光滑的膜，而非极性端存在于管道流体和内表面之间，部分的填充管道内表面的凹陷，降低粗糙度，在剪切应力作用下非极性端顺流向悬浮于气流中，在分子恢复伸展的过程中将部分撞击内壁流体分子的能量吸收并返回到流体中，降低了气体的径向脉动和粗糙凸起产生的脉动，同时减小涡流能量，在金属表面具有良好的吸附性能和优良的减阻增输效果。2、在本专利技术减阻剂的制备方法中，特别选择设置20～50℃和60～100℃两个温度段。由于是1摩尔的二胺与2摩尔的磷酸反应，所以在较低温度下滴加二胺并反应，以控制反应，避免温度过高产生副产物。反应一段时间后，升高温度，继续反应，目的是促使反应完全，避免最终产品二胺只是接上了一端的磷酸酯。而一般的有机反应为促使反应完全，都会调节反应温度即适当升高温度，或者延长反应时间。但只是延长反应时间效率较低，再有就是原料配比增大，因为随之反应，会有些原料损失等，但原料配比过大却会使副产物增加。而本专利技术的方法能够制备出两端均接有磷酸酯的减阻剂产品，改善了所得减阻剂的使用性能。3、本专利技术减阻剂的制备工艺简单，反应条件温和，反应时间短，对设备要求低，易于实现大规模工业化生产，同时克服了现有天然气减阻剂吸附性差，减阻效果持续时间短的缺点。附图说明图1为空白铁电极及用实施例1所得减阻剂成膜后铁电极的电化学阻抗谱图。具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术磷酸胺盐天然气减阻剂及其制备方法，这些实施例仅用于说明本专利技术，而对本专利技术没有限制。实施例中采用德国ZAHZER公司IM6电化学工作站对所测试样品进行电化学测试和数据分析；所用到的室内环道测试评价装置为自制测试装置。实施例1在装有回流冷凝器、温度计、搅拌器、恒压滴液漏斗的1000mL四口瓶中加入125.1g磷酸二苯酯和500mL乙醇，搅拌下缓慢滴入15.0g乙二胺，控制体系温度不超过40℃。滴毕，体系缓慢升温至50℃反应6h。升温至在80℃条件下反应15h。反应结束后，减压除去乙醇，得到黄色粘稠液体。本实施方式中所得到的产品的结构式如下：。电化学测试。将铁电极(Q235)用环氧树脂封包，只露出顶端与溶液接触。每次实验前用2000#的砂纸抛光至镜面，用水、乙醇冲洗，自然吹干，将配制的20g/L减阻剂乙醇溶液喷涂于铁电极表面，自然晾干。采用三室电解池，工作电极为铁电极，参比电极为饱和甘汞电极，铂电极为辅助电极，选择振幅为5mV的正弦微扰信号，在0.02Hz-60kHz的频率范围内自高频向低频扫描，在3.5%NaCl溶液中进行电化学阻抗谱测试。通过电化学阻抗谱对减阻剂在钢表面的成膜性能进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸胺盐天然气减阻剂，其分子结构式如式（Ⅰ）所示：

【技术特征摘要】
1.一种磷酸胺盐天然气减阻剂，其分子结构式如式（Ⅰ）所示：式（Ⅰ）；式（Ⅰ）中，R1为芳香基中的任意一种，R2为C4-C16脂肪链或芳香烃中的任意一种。2.权利要求1所述的磷酸胺盐天然气减阻剂的制备方法，包括以下内容：将磷酸二酯溶解于溶剂中，在20～50℃下滴加二胺，并在20～50℃下反应2～4h，升温在60～100℃下反应6～15h，反应结束后除去溶剂，得到磷酸胺盐减阻剂。3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的二胺为C4-C16脂肪链二胺或芳香二胺中的一种。4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的溶剂选自甲醇、乙醇、甲苯的一种或几种。5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的溶剂为乙醇。6.按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓霖，赵巍，李遵照，王晓司，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11