甲基丙烯酸長鏈酯基三元共聚物合成工芤及降粘性能的研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源需求與日俱增,常規(guī)輕質(zhì)原油可采量和產(chǎn)量的不斷下降,充分利用稠油成為世界性的不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。稠油具有含蠟高粘度大的特性,因而所造成的流動性差特性給管道輸送帶來了很大困難,嚴(yán)重制約著原油的開采和輸送,這種約制在我國日益凸顯。世界各國針對原油特點(diǎn)大部分采用降粘降凝技術(shù)來解決上述問題,而原有降粘降凝技術(shù)已不能滿足目前需要。因此開發(fā)研制重稠油的新型降粘降凝技術(shù)一直是國際石油化學(xué)品研究領(lǐng)域關(guān)注的前沿和熱點(diǎn)問題。
　　

2、 本論文在對稠油降粘的機(jī)理進(jìn)行了總結(jié)和探索的基礎(chǔ)上,采用分子動力學(xué)模擬方法進(jìn)行了稠油降粘劑的分子設(shè)計,采用溶液聚合法制備出合成了甲基丙烯酸十二酯-苯乙烯-馬來酸酐(甲基丙烯酸十二酯基三元共聚物稠油降粘劑)和甲基丙烯酸十八酯-苯乙烯-馬來酸酐(甲基丙烯酸十八酯基三元共聚物稠油降粘劑)三元共聚物稠油降粘劑。探討了研究過程中單體酯的制備條件,考察了聚合反應(yīng)溫度、引發(fā)劑加量、催化劑用量、反應(yīng)物的配比等條件對聚合物的降粘性能的影響。以勝利提供的稠

3、油為實驗研究樣品,研究了甲基丙烯酸長鏈酯基三元共聚物稠油降粘劑的合成工藝和降粘性能。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 本文在前期工作基礎(chǔ)上,進(jìn)行了相關(guān)稠油降粘劑的分子設(shè)計,研究了兩種油溶性降粘劑的合成工藝,并考察了它們對勝利油田稠油的降粘效果。主要得到以下結(jié)論:
　　 (1)根據(jù)“膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子平面重疊堆砌結(jié)構(gòu)中其結(jié)合力為氫鍵,并且構(gòu)成這種結(jié)合力的氫鍵類型具有不同性和多樣性”的特點(diǎn),依據(jù)“羧基氫鍵結(jié)合力更強(qiáng)于羥基氫

4、鍵結(jié)合力”的分子設(shè)計原則,在稠油降粘劑分子設(shè)計中,應(yīng)合成與選擇氫鍵結(jié)合力大于或不小于原有構(gòu)成膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子平面重疊堆砌結(jié)構(gòu)的氫鍵結(jié)合力,并能優(yōu)先吸附于膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子的特殊組裝物,使特殊組裝物優(yōu)先與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子氫鍵結(jié)合,而特殊組裝物另一端為非極性其不與氫鍵結(jié)合,從而打破或改善膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子平面重疊堆砌結(jié)構(gòu),是稠油降粘劑分子設(shè)計的方向之一。
　　 (2)通過不同四體系結(jié)構(gòu)模擬的對比可以發(fā)現(xiàn),降粘劑分子當(dāng)中的極性基團(tuán)與膠質(zhì)和

5、瀝青質(zhì)中的基團(tuán)發(fā)生了相作用力,有效結(jié)合在了一起。同時我們可以清晰的看出加入降粘劑后原油的熱力學(xué)與動力學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)生了變化,由于降粘聚合物含有的馬來酸酐官能團(tuán),加入稠油后水解產(chǎn)生羧基,其與稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈羧基型氫鍵締合作用,其實際結(jié)果改變了稠油原有的結(jié)構(gòu),朝著有利于降低粘度的方向發(fā)展。而甲基丙烯酸長鏈酯基三元共聚物應(yīng)為稠油降粘劑重點(diǎn)合成方向,其聚合物分子量和酯化度應(yīng)該分別在1×104～5×104與90％-95％范圍內(nèi)。
　　

6、 (3)甲基丙烯酸十二酯和甲基丙烯酸十八酯的制備中,其最佳工藝參數(shù)為:以甲苯做溶劑進(jìn)行的酯交換反應(yīng),高級醇與丙烯酸摩爾比為1.5:1,催化劑用量為反應(yīng)物料總量的1.0％,阻聚劑對苯二酚用量為反應(yīng)物料總量的0.6％,反應(yīng)溫度在120℃,反應(yīng)時間為6h,丙烯酸酯收率可達(dá)90％以上。紅外光譜法對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析證明產(chǎn)物為甲基丙烯酸酯,同時表明產(chǎn)物中基本沒有其他的副產(chǎn)品。
　　 (4)以甲基丙烯酸十二酯、苯乙烯和馬來酸酐為單體,偶氮二異丁

7、腈為引發(fā)劑,在甲苯溶劑中采用自由基溶液聚合法合成了甲基丙烯酸十二酯基三元共聚稠油降粘劑。實驗表明在引發(fā)劑用量1.0％、反應(yīng)溫度80℃-90℃、反應(yīng)時間6小時的條件下,反應(yīng)單體的摩爾配比甲基丙烯酸十二酯:苯乙烯:馬來酸酐7:1:2時,從而構(gòu)成了為聚合反應(yīng)最佳工藝條件。以甲基丙烯酸十八酯:苯乙烯:馬來酸酐摩爾比為6:2:3,引發(fā)劑用量為1.2％,在甲苯溶液中于90℃下反應(yīng)6h,合成的聚合物的收率達(dá)到94.7％以上。紅外光譜分析表明三種單體發(fā)

8、生了共聚,生成了較純的共聚物。
　　 (5)通過溶液聚合的方法研究了甲基丙烯酸十二酯三元共聚物的聚合工藝及對勝利稠油進(jìn)行了降粘效果的測試。測試結(jié)果表明,當(dāng)降粘劑加入量為800ppm時,降粘效果最佳。同時從粘溫曲線也可對應(yīng)看出,未加降粘劑和加入800ppm降粘劑處理后的原油其粘溫曲線發(fā)生了顯著的變化,在35℃至50℃時加800×10-6降粘劑處理后的原油其粘溫曲線基本為150 mPa·s的平滑曲線。特別是35℃時,經(jīng)降粘劑處理后原

9、油的表觀粘度315mPa,·s降至150mPa·s,降粘率達(dá)52.38％,由此可以看出甲基丙烯酸十二酯基三元稠油降粘劑對勝利稠油具有良好的降粘效果。
　　 (6)對于甲基丙烯酸十八酯基三元共聚物體系:單體配比、引發(fā)劑的加量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間均影響甲基丙烯酸十八酯基三元共聚物體系收率,同時也強(qiáng)烈的影響降粘效果,其對收率和降粘效果的影響呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。綜合比較與優(yōu)化最終確定甲基丙烯酸十八酯基三元共聚物體系最佳工藝參數(shù)為:三種單體