CN102863473B - 六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂及其制备方法。它是先以投料摩尔比为2:1~4:1的五氧化二磷和长链烷基醇作为原料，反应生成长链烷基磷酸单酯MAP为主的产物，再将长链烷基甲基二甲氧基硅烷与MAP产物以摩尔比2:1~2.5:1反应生成烷基硅氧烷-磷酸酯混合产物，其中六元环长烷基硅氧烷-磷酸酯含量为80~85wt.％、线形烷基硅氧烷-磷酸酯含量为15~20wt.％，将得到的烷基硅氧烷-磷酸酯混合产物溶于正庚烷形成30~50wt.％溶液，得到六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂。本发明缓蚀效率大、减阻率高、有效期长。
Description
技术领域
本发明是一种六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂及其制备方法，涉及有机化学的一般方法、一般金属材料的防腐蚀和管道系统技术领域。
背景技术
由于全球油气资源分布不均衡，需求量因地区差异较大，使得油气资源从产地到用户之间需要一个庞大的储运系统来连接，一旦油气输送受阻，油气消费区和生产区就会造成巨大的经济损失。天然气是污染最小、最清洁的能源，因此在一次能源中的比重迅速提高，天然气管网负担日趋加重。国内外各个地区，不同季节对天然气的需求有较大的变化，这就要求输气管网具有一定的调节能力，尤其是在保障安全的条件下迅速增加输量。CN101074344A公开了一种天然气管道减阻剂及其制备方法,CN101575495A公开了一种吡啶盐类输气管道减阻剂，CN101575496A公开了一种咪唑盐类输气管道减阻剂，CN101575497A公开了一种硫酸酯类输气管道减阻剂。然而上述专利公开的减阻剂只有减阻的效果，但随着天然气管道的不断投产，越来越多的天然气管道存在内腐蚀，尤其是集输管线和气田管网内腐蚀严重，造成管道的承压能力降低，存在着严重的生产运行隐患，使用寿命下降。因此，急需研制出一种既具缓蚀性又能减阻的化学添加剂，在延长天然气管道寿命、保障安全生产的同时，增加输量、满足调峰要求。
天然气管道缓蚀剂已有数十年的发展历史，现在也有许多成型的产品出现。用于天然管道传输减阻的天然气减阻剂也正处于实验室研制阶段。但到目前为止，国际上还没有既可缓蚀又能减阻的天然气管道化学添加剂相关方面的研究。常常需要多次注入不同种类添加剂，操作繁杂，增加了潜在事故率，且多种添加剂间存在相互抑制作用，大大降低实际应用效果。
发明内容
本发明的目的是发明一种缓蚀效率大、减阻率高、有效期长的六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂及制备方法。
一种六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂，它是先以投料摩尔比为2:1~4:1的五氧化二磷和长链烷基醇作为原料，反应生成长链烷基磷酸单酯（MAP）为主的产物，再将MAP产物与长链烷基甲基二甲氧基硅烷(硅烷与MAP的摩尔比为2:1~2.5:1)反应生成烷基硅氧烷-磷酸酯混合产物，其中六元环长烷基硅氧烷-磷酸酯含量为80~85wt.％、线形烷基硅氧烷-磷酸酯含量为15~20wt.％，将得到的烷基硅氧烷-磷酸酯混合产物溶于正庚烷形成30~50wt.％溶液，即得到六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂。
所述长链烷基醇为碳链长度从10到18的烷基醇、长链烷基甲基二甲氧基硅烷为碳链长度从10到18的烷基甲基二甲氧基硅烷。
制备方法是:长链烷基醇溶于正庚烷中，在水冷却条件下向溶液中缓慢加入五氧化二磷，边搅拌，反应1~3个小时后滴入适量水，继续反应1~3个小时后蒸馏提纯得到MAP产物；长链烷基甲基二甲氧基硅烷溶于正庚烷中，然后将MAP产物加入，搅拌反应3~5个小时后，加入正庚烷配成30~50wt.％溶液，即得到六元环烷基硅氧烷-磷酸酯为主要成分的天然气管道缓蚀型减阻剂。
具体实施步骤如下：
1.在500ml反应容器中，将长链烷基（C10~C18）醇溶于正庚烷中，配成50％的溶液；
2.将装有醇的正庚烷溶液的500ml反应容器置于水循环冷却槽中，持续搅拌条件下向醇的正庚烷溶液中缓慢加入五氧化磷，醇与五氧化二磷投料摩尔比为2:1~4:1，反应过程中反应温度始终保持在50℃以下，反应1~3个小时后，向反应物中滴加水，水与五氧化二磷的摩尔比为1.5:1~2:1，继续反应1~3个小时后减压蒸馏对产物进行提纯，得到长链烷基（C10~C18）磷酸单酯为主的MAP产物；
3.将长链烷基（C10~C18）甲基二甲氧基硅烷溶于正庚烷，形成30~50wt.％的溶液，再将得到的MAP产物加入到溶液中，硅烷与MAP的摩尔比为2:1~2.5:1，搅拌反应3~5个小时后，加入正庚烷配成30~50wt.％溶液，即得到六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂。
本发明的六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂形成过程如图1所示，其在管壁作用机理如图2所示。
本发明缓蚀效率大于80％、减阻率达到10％、有效期大于60天。
附图说明
图1六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂形成过程示意图
图2六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂在管壁作用机理示意图
图3六元环十二烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂减阻性能图
图4六元环十八烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂减阻性能图
具体实施方式
实施例1.
在500ml反应容器中，将十二烷基（C12）醇溶于正庚烷中，配成50％的溶液；将装有醇的正庚烷溶液的500ml反应容器置于水循环冷却槽中，持续搅拌条件下向醇的正庚烷溶液中缓慢加入五氧化磷，醇与五氧化二磷投料摩尔比为3:1，反应过程中反应温度始终保持在50℃以下，反应2个小时后，向反应物中滴加水，水与五氧化二磷的摩尔比为2:1，继续反应2个小时后减压蒸馏对产物进行提纯，得到十二烷基磷酸单酯为主的MAP产物；将十二烷基（C12）甲基二甲氧基硅烷溶于正庚烷，形成50wt.％的溶液，再将得到的MAP产物加入到溶液中，十二烷基甲基二甲氧基硅烷与MAP的摩尔比为2.5:1，搅拌反应3个小时后，即得到六元环十二烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂。
本实施方式得到六元环十二烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂在模拟管道中测试减阻性能，其减阻率最大为10.6％，有效期大于60天，如图3所示；50℃下、5wt.％氯化钠盐雾中腐蚀7天，测得其对Q235碳钢的缓蚀效率为86.7％，如表1所示。
实施例2.
在500ml反应容器中，将十八烷基（C18）醇溶于正庚烷中，配成50％的溶液；将装有醇的正庚烷溶液的500ml反应容器置于水循环冷却槽中，持续搅拌条件下向醇的正庚烷溶液中缓慢加入五氧化磷，醇与五氧化二磷投料摩尔比为3:1，反应过程中反应温度始终保持在50℃以下，反应2个小时后，向反应物中滴加水，水与五氧化二磷的摩尔比为2:1，继续反应2个小时后减压蒸馏对产物进行提纯，得到十八烷基磷酸单酯为主的MAP产物；将十八烷基甲基二甲氧基硅烷溶于正庚烷，形成50wt.％的溶液，再将得到的MAP产物加入到溶液中，十八烷基甲基二甲氧基硅烷与MAP的摩尔比为2.5:1，搅拌反应3个小时后，即得到六元环十八烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂。
本实施方式得到六元环十八烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂在模拟管道中测试减阻性能，其减阻率最大为11.2％，有效期大于60天，如图4所示；50℃下、5wt.％氯化钠盐雾中腐蚀7天，测得其对Q235碳钢的缓蚀效率为83.9％，如表2所示。
表1六元环十二烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂缓蚀效率
表2六元环十八烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂缓蚀效率
Claims (3)
1.一种六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂，它是先以投料摩尔比为2:1～4:1的五氧化二磷和长链烷基醇作为原料，反应生成长链烷基磷酸单酯MAP为主的产物，再将长链烷基甲基二甲氧基硅烷与MAP产物以摩尔比2:1～2.5:1反应生成烷基硅氧烷-磷酸酯混合产物，其中六元环长烷基硅氧烷-磷酸酯含量为80～85wt.％、线形烷基硅氧烷-磷酸酯含量为15～20wt.％，将得到的烷基硅氧烷-磷酸酯混合产物溶于正庚烷形成30～50wt.％溶液，得到六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂；
所述长链烷基醇为碳链长度从10到18的烷基醇、长链烷基甲基二甲氧基硅烷为碳链长度从10到18的烷基甲基二甲氧基硅烷。
2.一种权利要求1所述的六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂的制备方法，其特征在于：长链烷基醇溶于正庚烷中，在水冷却条件下向溶液中缓慢加入五氧化二磷，边搅拌，反应1～3个小时后滴入适量水，继续反应1～3个小时后蒸馏提纯得到MAP产物；长链烷基甲基二甲氧基硅烷溶于正庚烷中，然后将MAP产物加入，搅拌反应3～5个小时后，加入正庚烷配成30～50wt.％溶液，即得到六元环烷基硅氧烷-磷酸酯为主要成分的天然气管道缓蚀型减阻剂。
3.一种权利要求2所述的六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气管道缓蚀型减阻剂的制备方法，其特征在于：具体步骤是:
1)在500ml反应容器中，将长链烷基醇溶于正庚烷中，配成50％的溶液；
2)将装有醇的正庚烷溶液的500ml反应容器置于水循环冷却槽中，持续搅拌条件下向醇的正庚烷溶液中缓慢加入五氧化磷，五氧化二磷和长链烷基醇投料摩尔比为2:1～4:1，反应过程中反应温度始终保持在50℃以下，反应1～3个小时后，向反应物中滴加水，水与五氧化二磷的摩尔比为1.5:1～2:1，继续反应1～3个小时后减压蒸馏对产物进行提纯，得到长链烷基磷酸单酯为主的MAP产物；
3)将长链烷基甲基二甲氧基硅烷溶于正庚烷，形成50wt.％的溶液，再将得到的MAP产物加入到溶液中，硅烷与MAP的摩尔比为2:1～2.5:1，搅拌反应3～5个小时后，加入正庚烷配成30～50wt.％溶液，即得到六元环烷基硅氧烷-磷酸酯类天然气体管道缓蚀型减阻剂。
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