CN107936921A - 一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法。首先在偶氮引发剂作用下将丙烯酸、丙烯酰胺、己内酰胺、癸二酸进行初步聚合，再加入多烯多胺、环烷酸、氯化苄，通过特定工艺条件进一步反应后，加入表面活性剂即可得到同时具有水合物抑制剂作用和具有防腐蚀作用的混合乳状液体系，即为防内腐蚀和防冰堵双功能型的管道化学添加剂。本发明的有益效果是：本发明能够通过一次注入同时起防腐防冰堵的作用，既能节省工艺步骤，减少生产费用，又能降低注入过程中的安全风险，同时还节约管道化学添加剂生产成本，是一项成本低、容易实施、见效快的技术措施。

Description

一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法
技术领域
本发明涉及一种石油及天然气管道防腐防冰堵添加剂，特别涉及一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法。
背景技术
随着国内经济的持续发展以及石油资源的日益枯竭，对天然气产品的需求高速增长，同时，随着能源结构的调整和环境意识的增强，对天然气管线安全高效运行提出了更严格的要求。天然气管线投产运行过程中，注入了大量的水进行试压，由于清管之后还留有部分的水；并且，由天然气夹带入管线的水也容易在管道内凝聚，在一定温度和压力条件下，这些水同天然气中甲烷、轻烃或重烃及非烃组分结合形成的笼状似冰固体化合物形成水合物，造成管内介质流动孔径变小，流动受阻，能耗增加，严重时会引起管道的局部冰堵和压力波动，此外由于高速流动、搅动、高压脉动等因素的影响，在管道弯头、调压器、孔板、粗糙的管壁等特定位置也易形成水合物造成管道、分离设备和仪表的堵塞，严重影响天然气的输送，因而为保证输气管线的安全高效运行，如何预防和消除天然气输送过程中水合物的产生成为亟需解决的问题。
天然气中存在的液态水除导致天然气管道冰堵风险外，还会与气体中的O2、H2S、CO2等共同作用产生管壁内腐蚀问题，因此目前天然气管道的内腐蚀防护问题也越来越受到重视。天然气管道主要的内腐蚀类型有耗氧腐蚀、H2S腐蚀、CO2腐蚀等等，O2、H2S、CO2在没有液态水时(气相状态)对管线腐蚀很轻，或基本无腐蚀，但在遇到管道内的沉积水时，极易发生水解反应生成碳酸、硫酸，与管壁的铁反应生成相关金属盐，导致电化学腐蚀，管壁内腐蚀中常见的坑点腐蚀、片状腐蚀等局部腐蚀多为上述原因所致。天然气管道运行条件苛刻，燃爆危险性极大，管道腐蚀破裂常常引起连锁事故，因腐蚀导致的泄漏、停工停产、人身伤亡及环境污染给油气输送企业带来了巨大的损失，防腐蚀技术同防冰堵技术一样，面临巨大的挑战。
相比电伴热等防冰堵技术和阴极保护等防腐蚀技术影响正常生产、能量消耗大等缺点，通过添加化学抑制剂，既能够抑制天然气水合物冰堵的形成，也可以减缓管壁内腐蚀的产生。生产实际中较为常见防冰堵化学添加剂技术是注入醇类（甲醇、乙醇、乙二醇、三甘醇等）热力学抑制剂、或聚合性的低剂量新型动力学抑制剂，使水合物的生成压力高于管线的运行压力或使水合物的生成温度低于管线的运行温度，从而抑制水合物的生成，而管道防腐方面，则通过添加相应影响电化学反应速率的动力学缓蚀剂、或成膜吸附型的活泼分子，来降低腐蚀速率、减少腐蚀物接触，进而达到防腐目的。上述2种添加剂的研究领域已有大量研究人员做了许多工作，取得了非常多的成果，但目前尚无一种添加剂能同时集中解决冰堵和腐蚀问题，2种添加剂结合问题目前也无研究报道或者文献发表。能够通过一次注入而同时防治冰堵和内腐蚀，既能节省工艺步骤，减少生产费用，又能降低注入过程中的安全风险，同时还节约管道化学添加剂生产成本，是一项成本低、容易实施、见效快的技术措施。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法。
本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下步骤：
第一步：将丙烯酸：丙烯酰胺：己内酰胺：癸二酸：去离子水=[32-40]： [20-30]： [15-25]：[1.5-2.5]：[400-800]的比例混合，氮气气氛下恒温45℃-55℃搅拌；
第二步：升温至75-95℃，保持搅拌，2h-4h内分10次加入偶氮引发剂，偶氮引发剂的用量为己内酰胺单体质量的0.8%-3%；
第三步：继续反应2h-5h,降温至45℃-55℃，加入二甲苯，升温至92℃-96℃共沸1h-3h，二甲苯加入量为去离子水质量倍数的1.3-1.8倍；
第四步：升温至140℃-145℃，加入环烷酸、多烯多胺，反应8h-12h，环烷酸与第一步丙烯酸质量比为[32-40]: [10-12]，多烯多胺与第一步丙烯酸质量比为[32-40]: [11-13]；
第五步：降温至105℃-125℃，加入氯化苄，反应4h-5h，氯化苄与第一步丙烯酸质量比为[32-40]:[10-13]；
第六步：降温至室温，加入乙二醇、乙醇，混合均匀，乙二醇为第一步去离子水总质量4倍-15倍，乙醇为第一步去离子水总质量为3倍-5倍；
第七步：加入表面活性剂，搅拌均匀，得到最终产物，也就是乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液，其中，表面活性剂为第一步去离子水总质量0.3%-2%；
所述的偶氮引发剂采用偶氮二异丁腈；所述的多烯多胺采用二乙烯三胺；所述的表面活性剂采用十二烷基硫酸铵和仲醇聚氧乙烯醚按1:1混合。
本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下步骤：
第一步：将丙烯酸：丙烯酰胺：己内酰胺：癸二酸：去离子水=[32-40]： [20-30]： [15-25]：[1.5-2.5]：[400-800]的比例混合，氮气气氛下恒温45℃-55℃搅拌；
第二步：升温至75-95℃，保持搅拌，2h-4h内分10次加入偶氮引发剂，偶氮引发剂的用量为己内酰胺单体质量的0.8%-3%；
第三步：继续反应2h-5h,降温至45℃-55℃，加入二甲苯，升温至92℃-96℃共沸1h-3h，二甲苯加入量为去离子水质量倍数的1.3-1.8倍；
第四步：升温至140℃-145℃，加入环烷酸、多烯多胺，反应8h-12h，环烷酸与第一步丙烯酸质量比为[32-40]: [10-12]，多烯多胺与第一步丙烯酸质量比为[32-40]: [11-13]；
第五步：降温至105℃-125℃，加入氯化苄，反应4h-5h，氯化苄与第一步丙烯酸质量比为[32-40]:[10-13]；
第六步：降温至室温，加入乙二醇、乙醇，混合均匀，乙二醇为第一步去离子水总质量4倍-15倍，乙醇为第一步去离子水总质量为3倍-5倍；
第七步：加入表面活性剂，搅拌均匀，得到最终产物，也就是乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液，其中，表面活性剂为第一步去离子水总质量0.3%-2%；
优选的，上述的偶氮引发剂包括偶氮二异庚腈、偶氮二异戊腈、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲腈、偶氮二异丁酸二甲酯的一种或几种复配。
优选的，上述的多烯多胺包括乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或几种。
优选的，上述的表面活性剂包括十二烷基苯磺酸、十二烷基磷酸酯、十二烷基二甲基氧化胺、十八烷基三甲基氯化铵、聚氧乙烯醚磷酸三酯、仲烷基磺酸钠中的至少一种，以及正辛醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的至少一种按照质量比1:1进行复配所得到的复合型表面活性剂。
优选的，在步骤一中，丙烯酸：丙烯酰胺：己内酰胺：癸二酸：去离子水=[32-38]：[20-25]： [15-20]：[1.5-2]：[400-600]。
本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤，按质量比：
第一步：将丙烯酸：丙烯酰胺：己内酰胺：癸二酸：去离子水=38：25：20：2：600的比例混合，氮气气氛下恒温50℃搅拌；
第二步：升温至85℃，保持搅拌，3h内分10次加入0.9份偶氮二异丁酸二甲酯；
第三步：继续反应3.5h,降温至50℃，加入930份二甲苯，升温至94℃反应2h；
第四步：再升温至142.5℃，11份环烷酸、12.5份四乙烯五胺，反应10h；
第五步：降温至115℃，加入氯化苄，反应4.5h；
第六步：降温至室温，加入5700份乙二醇、2400份乙醇，混合均匀；
第七步：加入3.45份聚氧乙烯醚磷酸三酯和3.45份月桂醇聚氧乙烯醚，搅拌均匀，得到最终产物，也就是乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤，按质量比：
第一步：称取丙烯酸38份、丙烯酰胺25份、己内酰胺20份，癸二酸2份，溶入600份去离子水中，氮气气氛下恒温50℃150rad/min的速率搅拌75min；
第二步：升温至85℃，保持搅拌，3h内分10次加入0.9份的偶氮二异戊腈；
第三步：继续反应3.5h，温度调节至50℃，加入930二甲苯，升温至94℃，共沸2h；
第四步：再升温至142.5℃，加入11份环烷酸、12.5份乙二胺，反应10h；
第五步：降温至115℃，加入11.5份氯化苄，反应4.5h；
第六步：降温至室温，加入5700份乙二醇，2400份乙醇，混合均匀；
第七步：加入3.45份十二烷基苯磺酸和3.45份正辛醇聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤，按质量比：
第一步：称取丙烯酸38份、丙烯酰胺25份、己内酰胺20份，癸二酸2份，溶入600份去离子水中，氮气气氛下恒温50℃150rad/min的速率搅拌75min；
第二步：升温至85℃，保持搅拌，3h内分10次加入0.9份的偶氮二异戊腈；
第三步：继续反应3.5h，温度调节至50℃，加入930二甲苯，升温至94℃，共沸2h；
第四步：再升温至145℃，加入11份环烷酸、12.5份乙二胺，反应10h；
第五步：降温至115℃，加入11.5份氯化苄，反应5h；
第六步：降温至室温，加入5700份乙二醇，2400份乙醇，混合均匀；
第七步：加入1.45份十二烷基二甲基氧化胺、2.45份仲烷基磺酸钠和3.45份壬基酚聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
本发明的有益效果是：将多元共聚物类的天然气水合物抑制剂的聚合反应同季铵盐缓蚀剂的合成反应结合在一起，制备出具有防治内腐蚀和防治天然气水合物冰堵双功能的管道化学添加剂，能够通过一次注入同时起防腐防冰堵的作用，既能节省工艺步骤，减少生产费用，又能降低注入过程中的安全风险，同时还节约管道化学添加剂生产成本，是一项成本低、容易实施、见效快的技术措施。
具体实施方式
下面结合以下实施例对本发明做进一步的描述：
首先在偶氮引发剂作用下将丙烯酸（过量）、丙烯酰胺（过量）、己内酰胺、癸二酸进行初步聚合，再加入多烯多胺、环烷酸、氯化苄，通过特定工艺条件进一步反应后，加入表面活性剂即可得到同时具有水合物抑制剂作用和具有防腐蚀作用的混合乳状液体系，即为防内腐蚀和防冰堵双功能型的管道化学添加剂。
实施例1：本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤：
称取丙烯酸32g、丙烯酰胺20g、己内酰胺15g, 癸二酸1.5g,溶入400g去离子水中，氮气气氛下恒温45℃120rad/min的速率搅拌30min。升温至75℃，保持搅拌，2h内分10次加入0.12g的偶氮二异丁腈。继续反应2h，温度调节至45℃，加入520g二甲苯，升温至92℃，共沸1h。再升温至140℃，加入10g环烷酸、11g二乙烯三胺，反应8h。降温至105℃，加入10g氯化苄，反应4h。降温至室温，加入1600g乙二醇，1200g乙醇，混合均匀。加入0.6g十二烷基硫酸铵和0.6g仲醇聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
此实施例中得到的双功能添加剂，在室内天然气水合物生成模拟装置试验中，过冷度达到10K时，抑制时间可达7.5h；在X80管材钢片浸泡腐蚀试验中，经90d浸泡试验失重测试，缓释率达82.8%。
实施例2：本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤：
称取丙烯酸32g、丙烯酰胺20g、己内酰胺15g, 癸二酸1.5g,溶入400g去离子水中，氮气气氛下恒温45℃120rad/min的速率搅拌30min。升温至75℃，保持搅拌，2h内分10次加入0.12g的偶氮异丁氰基甲酰胺。继续反应2h，温度调节至45℃，加入520g二甲苯，升温至92℃，共沸1h。再升温至140℃，加入10g环烷酸、11g三乙烯四胺，反应8h。降温至105℃，加入10g氯化苄，反应4h。降温至室温，加入1600g乙二醇，1200g乙醇，混合均匀。加入0.6g十八烷基三甲基氯化铵和0.6g壬基酚聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
此实施例中得到的双功能添加剂，在室内天然气水合物生成模拟装置试验中，过冷度达到10K时，抑制时间可达9.5h；在X80管材钢片浸泡腐蚀试验中，经90d浸泡试验失重测试，缓释率达97.5%。
实施例3：本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤：
称取丙烯酸40g、丙烯酰胺30g、己内酰胺25g, 癸二酸2.5g,溶入800g去离子水中，氮气气氛下恒温55℃180rad/min的速率搅拌2h。升温至95℃，保持搅拌，4h内分10次加入0.9g的偶氮二异庚腈。继续反应5h，温度调节至55℃，加入1440g二甲苯，升温至96℃，共沸3h。再升温至145℃，加入12g环烷酸、13g二乙烯三胺，反应12h。降温至125℃，加入13g氯化苄，反应5h。降温至室温，加入12000g乙二醇，4000g乙醇，混合均匀。加入8g十二烷基苯磺酸和8g正辛醇聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
此实施例中得到的双功能添加剂，在室内天然气水合物生成模拟装置试验中，过冷度达到10K时，抑制时间可达6h；在X80管材钢片浸泡腐蚀试验中，经90d浸泡试验失重测试，缓释率达79.3%。
实施例4：本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤：
称取丙烯酸40g、丙烯酰胺30g、己内酰胺25g, 癸二酸2.5g,溶入800g去离子水中，氮气气氛下恒温55℃180rad/min的速率搅拌2h。升温至95℃，保持搅拌，4h内分10次加入0.9g的偶氮二环己基甲腈。继续反应5h，温度调节至55℃，加入1440g二甲苯，升温至96℃，共沸3h。再升温至145℃，加入12g环烷酸、13g四乙烯五胺，反应12h。降温至125℃，加入13g氯化苄，反应5h。降温至室温，加入12000g乙二醇，4000g乙醇，混合均匀。加入8g十二烷基磷酸酯和8g辛基酚聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
此实施例中得到的双功能添加剂，在室内天然气水合物生成模拟装置试验中，过冷度达到10K时，抑制时间可达8h；在X80管材钢片浸泡腐蚀试验中，经90d浸泡试验失重测试，缓释率达85.7%。
实施例5：本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤：
称取丙烯酸38g、丙烯酰胺25g、己内酰胺20g, 癸二酸2g,溶入600g去离子水中，氮气气氛下恒温50℃150rad/min的速率搅拌75min。升温至85℃，保持搅拌，3h内分10次加入0.9g的偶氮二异丁酸二甲酯。继续反应3.5h，温度调节至50℃，加入930二甲苯，升温至94℃，共沸2h。再升温至142.5℃，加入11g环烷酸、12.5g四乙烯五胺，反应10h。降温至115℃，加入11.5g氯化苄，反应4.5h。降温至室温，加入5700g乙二醇，2400g乙醇，混合均匀。加入3.45g聚氧乙烯醚磷酸三酯和3.45g月桂醇聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
此实施例中得到的双功能添加剂，在室内天然气水合物生成模拟装置试验中，过冷度达到10K时，抑制时间可达8h；在X80管材钢片浸泡腐蚀试验中，经90d浸泡试验失重测试，缓释率达87.8%。
实施例6：本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤：
称取丙烯酸38g、丙烯酰胺25g、己内酰胺20g, 癸二酸2g,溶入600g去离子水中，氮气气氛下恒温50℃150rad/min的速率搅拌75min。升温至85℃，保持搅拌，3h内分10次加入0.9g的偶氮二异戊腈。继续反应3.5h，温度调节至50℃，加入930二甲苯，升温至94℃，共沸2h。再升温至142.5℃，加入11g环烷酸、12.5g乙二胺，反应10h。降温至115℃，加入11.5g氯化苄，反应4.5h。降温至室温，加入5700g乙二醇，2400g乙醇，混合均匀。加入3.45g十二烷基苯磺酸和3.45g正辛醇聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
此实施例中得到的双功能添加剂，在室内天然气水合物生成模拟装置试验中，过冷度达到10K时，抑制时间可达7.5h；在X80管材钢片浸泡腐蚀试验中，经90d浸泡试验失重测试，缓释率达84.0%。
实施例7：本发明提到的一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，包括以下具体步骤：
称取丙烯酸38g、丙烯酰胺25g、己内酰胺20g, 癸二酸2g,溶入600g去离子水中，氮气气氛下恒温50℃150rad/min的速率搅拌75min。升温至85℃，保持搅拌，3h内分10次加入0.9g的偶氮二异戊腈。继续反应3.5h，温度调节至50℃，加入930二甲苯，升温至94℃，共沸2h。再升温至142.5℃，加入11g环烷酸、12.5g乙二胺，反应10h。降温至115℃，加入11.5g氯化苄，反应4.5h。降温至室温，加入5700g乙二醇，2400g乙醇，混合均匀。加入1g十二烷基二甲基氧化胺、2.45g仲烷基磺酸钠和3.45g壬基酚聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
此实施例中得到的双功能添加剂，在室内天然气水合物生成模拟装置试验中，过冷度达到10K时，抑制时间可达7.5h；在X80管材钢片浸泡腐蚀试验中，经90d浸泡试验失重测试，缓释率达85.1%。
上述实施例由于将多元共聚物类的天然气水合物抑制剂的聚合反应同季铵盐缓蚀剂的合成反应结合在一起，制备出具有防治内腐蚀和防治天然气水合物冰堵双功能的管道化学添加剂，能够通过一次注入同时起防腐防冰堵的作用，过冷度达到10K时，抑制时间最高可达9.5h，经90d的X80管材钢片浸泡试验失重测试，缓释率最高可达97.5%。本发明提供的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂能降低注入过程中的安全风险，同时还节约管道化学添加剂生产成本，是一项成本低、容易实施、见效快的技术措施。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (1)

1.一种防腐防冰堵双功能管道化学添加剂的合成方法，其特征是包括以下步骤，按质量比：
第一步：称取丙烯酸38份、丙烯酰胺25份、己内酰胺20份，癸二酸2份，溶入600份去离子水中，氮气气氛下恒温50℃150rad/min的速率搅拌75min；
第二步：升温至85℃，保持搅拌，3h内分10次加入0.9份的偶氮二异戊腈；
第三步：继续反应3.5h，温度调节至50℃，加入930二甲苯，升温至94℃，共沸2h；
第四步：再升温至142.5℃，加入11份环烷酸、12.5份乙二胺，反应10h；
第五步：降温至115℃，加入11.5份氯化苄，反应4.5h；
第六步：降温至室温，加入5700份乙二醇，2400份乙醇，混合均匀；
第七步：加入3.45份十二烷基苯磺酸和3.45份正辛醇聚氧乙烯醚, 搅拌均匀，得到最终产物，即乳化状的防腐防冰堵双功能管道化学添加剂混合溶液。
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