杨玉琴;郑文耀;李秀贞;王瑞
【摘 要】聚α-烯烃类减阻剂是一种广泛用于输油管道中的化学添加剂,属于油溶性减阻剂,只需要添加很少的量(一般以ppm计量),就可以有效减小油品在管道中的阻力,达到减阻增输的作用,从而显著提高了经济效益.文章中主要对于近年来聚α-烯烃类减阻剂的减阻机理、制备工艺(主要包括聚合方式和后处理方式)、以及主要的专利制备技术的研究进展进行了介绍,并对其在未来的发展前景进行了预测. 【期刊名称】《信息记录材料》
【年(卷),期】2012(013)006
【总页数】6页(P26-31)
【关键词】减阻剂;油溶性减阻剂;聚α-烯烃减阻剂;减阻机理
【作 者】杨玉琴;郑文耀;李秀贞;王瑞
【作者单位】中国乐凯胶片集团公司研究院,保定071054;中国乐凯胶片集团公司研究院,保定071054;中国乐凯胶片集团公司研究院,保定071054;中国乐凯胶片集团公司研究院,保定071054
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ314.244
1 引言
随着石油工业的发展，原油及各种成品油在输油管道中的输量日益增加，利用化学添加剂降低管道系统的摩擦阻力，对于安全输送、提高输送量、节约能源和投资、加速原油的开发利用等都具有重要的意义，尤其是目前正处在国家大力提倡节能减排的背景之下。减阻剂 （Drag Reducing Agent，简称DRA），就是一种非常有效的化学添加剂，只需在管道流体中添加少量 （一般以ppm计量）该类物质，就能在紊流状态下有效地降低流体的流动阻力，实现减阻增输的目标［1－3］。在实际应用中，减阻剂的注入浓度一般为1～100ppm，即可获得较高的减阻效率。例如国产的EP—W230型减阻剂，其注入浓度仅为18ppm时，即可达到70%～75%的高效减阻率。
减阻剂的种类很多，一般分为水溶性减阻剂和油溶性减阻剂2大类［4－6］，前者包括聚丙烯酰胺（PAM）、皂角籽等，后者包括聚α－烯烃、聚甲基丙烯酸酯等。迄今为止，最为有效的减阻剂是油溶性减阻剂中的聚α－烯烃类，主要包括α－烯烃的均聚物和共聚物，已经广泛用于原油和成品油的管道输送，其基本结构见图1［7］。
图1 聚α－烯烃类减阻剂的结构图Fig1 The structure of poly－α－olefin DRA
2 聚а－烯烃类减阻剂的减阻机理研究进展
最新的研究结果表明：在输油管道中，摩擦阻力限制了流体在管道中的流动，使流体表现为紊流状态，造成管道输量降低或能耗增加。流体在管道中的流动结构见图2［8］。
图2 流体在管道中的流动结构Fig2 The flowing structure of fluid in pipeline
在上图中，缓冲区是紊流最先形成的区域，层流底层靠近缓冲区的部分称为薄间层。薄间层中的液体分子会偶尔进入缓冲区，并开始振动，乃至形成紊流漩涡，同时运动加速，向紊流核心靠近，最终进入紊流核心。薄间层的液体在从缓冲区进入紊流核心的瞬间会损耗大量的能量。在流体中加入少量的聚α－烯烃类减阻剂后，主要在缓冲区内发挥减阻作用，
它们能够吸收薄间层的能量，干扰薄间层的液体分子从缓冲区进入紊流核心，减弱湍流，阻止形成紊流，从而实现了减阻。具体的减阻机理见图3。
图3 减阻剂的减阻机理示意图Fig3 The schematic of the drag reducing mechanics of DRA
3 聚α－烯烃类减阻剂的制备工艺研究进展
聚α－烯烃类减阻剂的制备工艺一般包括：原料净化、聚合物合成以及分散后处理3个工序，其基本的生产工艺流程图见图4［9］。
在实际应用中，人们总结出要成为输油管道中有效的减阻剂必须具备以下几个条件： （1）超高分子量 （106～107）；（2）非结晶性； （3）良好的油溶性；（4）良好的柔顺性；（5）良好的抗剪切性。由于对减阻聚合物分子结构上的上述特殊要求，世界上能够合成出符合要求的高聚物的厂家为数甚少，只有极少数大公司垄断了这项技术，其中的代表就是美国的CONOCO公司和Barker Hughes公司，其产品LP、FLO－XL和FLO－XS基本上代表了目前世界上聚α－烯烃类减阻剂的最高水平和发展方向。2002年，中国石油管道科技中心研制的EP系列减阻剂取得了突破性进展［10］，已经具备了年产5000吨减阻
剂的生产能力。其产品已经成功打开国际市场，应用于英国、挪威、伊朗、苏丹、印度尼西亚等国家的多条原油及成品油管线，从产量及市场占有率上已经成为世界第三大减阻剂生产商。
图4 聚α－烯烃类减阻剂的生产工艺流程图Fig4 The production progress flow chart of poly－α－olefin DRA
一般而言，制备聚α－烯烃类减阻剂的技术关键主要包括2个方面，其一是超高分子量、非结晶性、烃类溶剂可溶的减阻聚合物－聚α－烯烃的合成；其二是减阻聚合物的后处理。由于聚α－烯烃的最终状态将决定减阻剂的使用条件和对注入设备的具体要求，因此，后处理工序也非常重要。
3.1 聚α－烯烃类减阻剂的聚合方式的研究进展
目前，聚α－烯烃类减阻剂的聚合方式主要分为溶液聚合和本体聚合2种方式［11－12］。其中，溶液聚合是研究较早的一种聚合方法，存在着单体转化率低、产物相对分子质量小的缺点，并且合成的聚合物溶液后处理复杂，给现场应用带来很大困难。因此，本体聚合
正在逐渐取代溶液聚合，并且被业界公认为是目前合成减阻剂聚合物的较为先进的一种聚合方法。
采用本体聚合法合成减阻剂，最早出现于20世纪90年代中期，它的出现，大大提高了单体的转化率和减阻剂的性能。实施本体聚合需要解决的关键技术是及时带走聚合过程中产生的大量反应热，方法之一是使用一种由高分子材料制成的反应容器，并将其设计成能将反应热迅速释放出来的形状。在本体聚合中，多采用C4－C20的α－烯烃单体，引发体系是用于阴离子配位聚合的齐格勒－纳塔催化剂，其主要成分为三氯化钛，助催化剂为烷基铝 （AlR3）。实施本体聚合时，一般先用氮气吹扫反应容器，然后按比例加入各种α－烯烃单体和催化剂，密封后放入低温介质中，使其在低温下反应3～6天的时间［13－14］。一般情况下，本体聚合的产物纯度高，分子量也比溶液聚合所得产物高的多，从而大大提高了单体转化率和减阻剂的性能［15－16］。在表1中列出了有关聚α－烯烃类减阻剂的合成方法的11件中国专利，除一件专利 （以＊表示）采取的是溶液聚合方式外，其余均为本体聚合方式，从而证实了本体聚合的确是目前聚α－烯烃类减阻剂的主要合成方式。
根据最新报导，采取溶液聚合生产聚α－烯烃类减阻剂的方式也有了新突破，通过在α－烯
烃聚合过程中加入降粘剂，可以改进成品的总体流动性和处理性，同时，也可获得更高的聚合物分子量和更均匀的分子量分布，从而有效改进聚α－烯烃类减阻剂的溶解性。
表1 聚α－烯烃减阻剂制备的中国专利一览表Table1 Chinese patents of the preparation of poly－α－olefin DRA序号 专利申请号 专利权人 发明名称 申请年份1 87107617.9 浙江大学 油品输送减阻剂的组成和合成方法19872 90103487.8 浙江大学 一种油溶性减阻剂的合成方法 19903 94190399.0 康诺科有限公司 （美国） 用于流动烃类的减阻剂 19944 97194741.4 能源及环境国际有限公司 （美国） 聚α－烯烃减阻剂的组合物及制备方法 19975 99808944.3 能源及环境国际有限公司 （美国） 无定形超高分子量聚α－烯烃减阻剂的制造方法19996 02811311.X 能源及环境国际有限公司 （美国） 含有阿尔福尔醇的减阻剂料浆和制备含有阿尔福尔醇的减阻剂料浆的方法 20027 02148773.1 廊坊开发区中油科新化工有限责任公司 油溶性减阻聚合物及其制备方法 20028 03119743.4 中国石油天然气股份有限公司 一种管输油品聚α－烯烃减阻剂的制备方法 20039 200580011135.7 能源及环境国际有限公司 （美国） 吸收醇的聚α－烯烃减阻剂 200510 201110240554.5 中国石油天然气股份有限公司 一种聚合物基微观复合油品减阻聚合物的制备方法 201111 20110290842.1 天津市职业大学 一种油溶性减阻剂的制备方法2011
另外，除了常规的溶液聚合和本体聚合，在关中原公开的专利［17］中提到一种新型的淤浆聚合方式，主要特点是先将聚合单体加入反应容器，在隔绝空气和搅拌下添加催化剂，在20h内缓慢加入油溶性而α－烯烃聚合物不溶于其中的聚酯、聚醚或酯醚共聚物类反应基液，并在－50～20℃下常压或低压反应3～10天，即可得到分子量高的聚合物。淤浆聚合法的好处是聚合物颗粒不大，反应热可以迅速传出，聚合物体系不会因为局部温度过高而使分子量分布过宽，比较适合于大规模的工业化生产。
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