減阻組合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減阻組合物，該組合物含有由含有2-30個碳原子的烯烴形成的、精細(xì)分離的固體聚烯烴減摩劑，懸浮在懸浮介質(zhì)中的聚烯烴減阻劑和含有含量達(dá)10重量%水的2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酯。本發(fā)明還公開了一種減少流動的烴流中阻力的方法。本發(fā)明提供的減阻組合物顯示出優(yōu)異的減阻性能和穩(wěn)定性。
【專利說明】減阻組合物及其制備方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年I月22日提交的美國申請?zhí)枮?1/755，190的優(yōu)先權(quán)，將該申請的公開內(nèi)容通過引用合并入本申請中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請涉及用于減小烴(諸如原油)或煉制產(chǎn)品在油管(conduit)(諸如管線)內(nèi)的流動中的摩擦的組合物，以及涉及制備和應(yīng)用該組合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]現(xiàn)有技術(shù)有很多通常針對非結(jié)晶高分子量的聚烯烴(特別是聚α -烯烴)的組合物的專利。所述組合物通常是烴溶性的，并且當(dāng)溶于流經(jīng)油管中的烴流體時，極大地降低了湍流并減小了“阻力(drag)”。阻力的降低是非常重要的，因為它降低了驅(qū)動給定體積的烴需要的功率，或者反過來說能夠用給定量的功率驅(qū)動更大體積的流體。這些聚烯烴減阻劑顯示的流動增加特性不存在于常規(guī)已知的結(jié)晶的、大部分的非烴溶性聚合物(如聚乙烯和聚丙烯)中。
[0005]已知當(dāng)溶解于油管中流動的烴時，這些聚α -烯烴減阻劑可被剪切降解。相應(yīng)地，在油管等中會引起過多湍流的泵送和壓縮(constrictions)導(dǎo)致了聚合物的降解，因而減弱了它的效果。相應(yīng)地，需要將減阻劑組合物以取得期望特性的形式引入流動的烴流中。
[0006]首先，減阻組合 物應(yīng)該是在沒有特殊設(shè)備下容易傳輸和操作的形式，因為減阻組合物注入流動的烴流中的注入點通常位于遙遠(yuǎn)的且難以接近的位置。第二，聚合物必須是快速溶解在油管中流動的烴流中的形式，因為聚α-烯烴直到溶解在烴流中才有減阻效果。最后，減阻組合物應(yīng)該對烴沒有毒害作用。例如，與制成的管道產(chǎn)物如柴油、汽油和其它源自煉制操作的烴物質(zhì)不同，在原油流經(jīng)管道的情況中，能夠忍受一定量的物質(zhì)和污染物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個目的中，本發(fā)明提供了減阻組合物，該組合物消除了團聚和熱穩(wěn)定問題。
[0008]在另一個目的中，本發(fā)明提供了減阻組合物，該減阻組合物含有聚烯烴、載體或含有醇酯(ester alcohol)的懸浮介質(zhì)。
[0009]在另一個目的中，本發(fā)明提供了一種減小輸送液態(tài)烴的油管中的阻力的方法，該方法包括將有效量的上述減阻組合物引入油管中。
[0010]以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述將使本發(fā)明的這些和進(jìn)一步的特征和優(yōu)點變得更清晰?！揪唧w實施方式】
[0011]用于制備在本發(fā)明的減阻組合物中使用的精細(xì)地分離的聚合物顆粒的聚合物是通過聚合或共聚含有從約2到約30個碳原子的單烯烴得到。更通常地，用于制備在本發(fā)明的減阻組合物中使用的減摩聚合物的單烯烴(優(yōu)選α -烯烴)含有從約4到約20個碳原子，最優(yōu)選從約6到約14個碳原子。
[0012]可以采用用于聚合單烯烴的幾種已知的方法來生產(chǎn)在本發(fā)明的減阻組合物中使用的聚合/共聚合減摩劑。特別適合的方法為齊格勒-納塔(Ziegler-Natte)工藝，該工藝采用了一種催化體系，該催化體系含有元素周期表1Vb、Vb、VIb或VIII族的金屬的化合物與元素周期表1a、IIa和IIIb族的稀土金屬或金屬的有機金屬化合物的組合。特別適合的催化體系為含有鹵化鈦和有機鋁化合物的那些催化劑。典型的聚合過程為將單體混合物與催化劑在適用于單體和催化劑的惰性烴溶劑中、在封閉反應(yīng)容器中、在低溫自壓力下以及在氮氣或惰性氣氛中接觸。用于制備對本發(fā)明有用的聚烯烴減阻聚合物的方法和催化劑在下列美國專利中被公開:4, 289，679,4, 358，572,4, 415，704,4, 433，123,4, 493，903 以及4，493，904，出于各種目的將所有這些專利通過引用合并入本申請中。在本發(fā)明的減阻組合物中使用的聚α -烯烴可以通過所謂的溶液聚合技術(shù)制備，或者通過描述的本體聚合方法制備，例如，在美國專利5，539，044中，出于各種目的將該專利的公開內(nèi)容通過引用合并入本申請中。
[0013]用于制備本發(fā)明的減阻組合物的聚合物通常為那些高分子量的聚合物，對高分子量的唯一限定是它必須足以提供有效的油管內(nèi)流動的烴流中的摩擦減少。通常來說，聚合物組合物減少摩擦的效果隨著分子量的增大而增大。對于范圍的上限，在本發(fā)明的方法中使用的聚合物的分子量僅由制備聚合物的可行性限定。期望的聚合物的平均分子量通常高于100，000，并且通常在從約100，000到約3000萬的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的方法和組合物中使用的聚合物的平均分子量優(yōu)選在約1000萬到約2500萬的范圍內(nèi)。通常來說，在本發(fā)明中有用的聚烯烴可以表征為超高分子量非結(jié)晶聚合物。
[0014]通常來說，本發(fā)明的減阻組合物將含有從約10重量％到45重量％、優(yōu)選從20重量％到41重量％的上述制備的聚烯烴，該聚烯烴為溶液或本體聚合聚合物。除非另外說明，這里所有的百分比均以重量計，并且指的是減阻組合物的重量。
[0015]除聚烯烴減阻劑之外，本發(fā)明的減阻組合物可以含有涂層劑(coating agent)或分配劑(partitioning agent),例如,臘。術(shù)語“臘”包括任何低熔點(如< 500。。)的、在常溫下為固體的高分子量的有機混合物或化合物。本發(fā)明考慮的蠟可以是天然的(即，源自動物、蔬菜或礦產(chǎn)資源，例如，脂肪酸蠟)或者是合成的，例如作為乙烯型聚合物(ethylenicpolymers),從費托(Fischer-Tropsch)合成等得到的臘。適合的臘的未限定例子包括石臘、微晶蠟、粗蠟或者片狀蠟、聚亞甲基蠟、聚乙烯蠟、脂肪酸蠟等。典型地，在本發(fā)明的組合物中使用的蠟為天然的烴，并且在室溫下為粉末或微粒。除蠟之外，其他合適的涂層劑的未限定例子包括滑石、氧化鋁、脂肪酸的金屬鹽，例如硬脂酸金屬鹽、硅膠、聚酸酐等。應(yīng)該理解的是，術(shù)語“涂層劑”意在包括并且確實也包括這樣的組分:該組分以化學(xué)或物理的方式與聚合物減阻劑相作用，以防止聚烯烴在研磨至期望的顆粒尺寸時團聚至團聚的物質(zhì)由固體或大體上呈固體的不可分散的物質(zhì)構(gòu)成的程度，而不是真的涂覆聚合物減摩劑。
[0016]通常來說，當(dāng)使用時，所述涂層劑或分配劑將以約0.1重量％到約25重量％、優(yōu)選以約4重量％到約10重量％的含量存在于本發(fā)明的組合物中。
[0017] 除了含有分配劑的聚烯烴外，本發(fā)明的組合物含有聚合組分不溶的液體載體或懸浮介質(zhì)。特別是，本發(fā)明的載體或懸浮介質(zhì)含有2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酯(2，2,4-trimethyl-l, 3-pentanediol monoisobutyrate),可選和優(yōu)選有約 0-10 重量 ％ 的水，優(yōu)選約3重量％_7重量％的水。本發(fā)明的醇酯可以以伊士曼化學(xué)品公司(Eastman ChemicalCompany)的Texanol商品名商購獲得。雖然本發(fā)明的醇酯用于各種應(yīng)用，特別地，用于乳膠漆(latex paint),然而本申請的 申請人:發(fā)現(xiàn),它為在本發(fā)明的減租組合物中使用提供了出色的載體并提供了令人驚奇的結(jié)果。
[0018]雖然醇酯有12個碳原子，但是本發(fā)明的醇酯在室溫下為液體，并且在低于-50 T溫度下仍為液體。本發(fā)明的醇酯的特別的優(yōu)點是與本發(fā)明的溶解聚合減阻劑(polymicdrag reducer)的含8個以上碳原子的直鏈和支鏈醇不同，未發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的醇酯不溶解聚合物。就這點而言，本發(fā)明的醇酯的使用的意料不到的益處是甚至在高溫，如120-160 T,它都不溶解聚烯烴減阻劑。眾所周知，例如，現(xiàn)有技術(shù)使用含有8個以上碳原子的醇的減阻劑會在較高的溫度溶解部分聚烯烴減阻劑。這使得這種產(chǎn)品特別例如在中東的管道中不受歡迎，那里的溫度能升至120-130 T。這是一個意料不到的發(fā)現(xiàn)，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)為，含有12個碳原子的本發(fā)明的醇酯將以與有8個以上碳原子的直鏈和支鏈的醇做出的溶解聚烯烴減阻聚合物的方式相比相似的方式反應(yīng)。而且，醇酯在低于-50 °F溫度仍為液體的特性使它對于寒冷氣候一個用是理想的。
[0019]本發(fā)明的組合物還可以有利地含有流變改性劑(rheology modifier)和/或增稠劑，未限定的例子可以包括瓜耳膠、瓜耳膠衍生物、羥甲基纖維素、黃原膠、聚丙烯酰胺、羥丙基纖維素、改性淀粉和多糖。當(dāng)使用增稠劑時，增稠劑將通常以從約0.01重量％到約1.0重量％、優(yōu)選從約0.25重量％到約0.5重量％的含量存在。
[0020]有利地，本發(fā)明的組合物還可以含有含量從約0.01重量％到約0.5重量％、優(yōu)選從約0.05重量％到0.3重量％的抗微生物劑。未限定的典型的抗微生物劑例子包括:戊二醒、苯扎溴銨復(fù)合戍二醒 (glutaraldehydelquaternary ammonium compound blend)、異噻唑啉、四輕甲基硫酸憐(tetrakishydromethyl phosphonium sulfate, THPS)、2，2_ 二溴_3_臆基丙酸胺、2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇(bronopol)和它們的混合物。
[0021]在制備本發(fā)明的組合物的一種方法中，在低溫(cyrogenic temperatures)下研磨減阻組合物以產(chǎn)生精細(xì)地分離、自由流動的聚烯烴物質(zhì)。術(shù)語“低溫”是指溫度低于經(jīng)受研磨的聚合物或共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。例如，當(dāng)聚烯烴減摩劑為高分子量聚合物(1-癸烯)時，所述低溫為低于約_60°C。進(jìn)行研磨操作采用的溫度可以根據(jù)所使用的特定聚合物或聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變點進(jìn)行變化。然而，該溫度必須低于所述聚合物的最低玻璃化轉(zhuǎn)變點。任何能夠從固體中產(chǎn)生很好細(xì)分的顆粒的商購研磨機均可以用于生產(chǎn)自由流動的、微粒聚烯烴物質(zhì)。合適的研磨機例子包括沖擊錘磨機、棒磨機、球磨機等。得到的微粒聚烯烴物質(zhì)的顆粒尺寸可以通過現(xiàn)有方法(例如通過改變研磨速度、控制研磨時間、使用研磨助劑等)進(jìn)行控制。在美國專利4，837，249,4, 826，728和4，789，383中公開了用于冷凍研磨(cyrogrinding)減阻微粒聚烯烴的技術(shù),將所有這些專利通過引用合并入本申請中。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的減摩組合物經(jīng)受的存儲、操作和輸送溫度，不必含有涂層劑。然而，一般而言，使用涂層劑，在這一點上，本發(fā)明考慮可以至少加入部分涂層劑作為部分冷凍研磨步驟。選擇性地，可以在沒有任何涂層劑存在下對聚合物進(jìn)行冷凍研磨，以及可以將涂層劑與冷凍研磨聚合物分離地加到含水懸浮介質(zhì)中來進(jìn)行冷凍研磨聚合物。因此，例如，可以將冷凍研磨聚α-烯烴減摩劑與蠟或某些其它涂層劑一起直接加到懸浮介質(zhì)。實際上，發(fā)現(xiàn)以這種方式可以獲得穩(wěn)定的非團聚組合物。然而，在通常情況下，聚α-烯烴的冷凍研磨將在至少部分涂層劑存在的情況下發(fā)生，如果需要，將剩余的涂層劑與冷凍研磨聚α-烯烴一起加到懸浮介質(zhì)。
[0022]在美國專利6，894，088,6, 946，500,7, 271，205 和美國公開 200610276566 中公開
了研磨或形成微粒減阻聚合物的其它方法，將該申請的公開內(nèi)容通過引用合并入本申請中。
[0023]雖然不需要典型的乳化劑，但本發(fā)明的組合物可以含有乳化劑。
[0024]本發(fā)明的穩(wěn)定的、無團聚的組合物容易流動，并且能夠在沒有任何特殊設(shè)備下容易地注入盛有流動烴的管道或油管中。一般來說，本發(fā)明的減阻組合物可以通過比例泵被連續(xù)注入加到流動的烴流體，所述比例泵沿著油管安置在希望的位置上，烴在油管中流動。
[0025]通過加入本發(fā)明的減阻組合物可以減少其中摩擦損失的烴流體包括例如原油、汽油、柴油、重油、煉制液烴油、浙青油等物質(zhì)，從相對低粘度的、純物質(zhì)變化到含有高粘度烴的餾分。
[0026]用于減小管道或油管中阻力的聚烯烴減摩劑的量通常以ppm表示(每一百萬份按重量計的烴流體中聚合物的重量份)。產(chǎn)生預(yù)期減阻所需的聚烯烴減摩劑的量將根據(jù)烴流體的物理性質(zhì)和組分變化。因此，通過添加至少2ppm或更少的聚合物可以獲得預(yù)期的結(jié)果。相反地，某些高粘度流體可能需要多達(dá)1，OOOppm或者甚至達(dá)到10，OOOppm的聚烯烴減摩劑以獲得預(yù)期的減阻。一般情況下，優(yōu)選以從約2ppm到約500ppm的量、最優(yōu)選以從約Ippm到約IOOppm的量加入聚烯烴減摩劑。
[0027]下面表1中給出了根據(jù)本發(fā)明的減阻制劑的非限定例子。除非另外說明，所有的百分比均以重量計。
[0028]表1
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種減阻組合物，該減阻組合物含有: 精細(xì)分離的固體聚烯烴減摩劑，所述減摩劑由含有2-30個碳原子的單烯烴形成； 懸浮介質(zhì)，所述懸浮介質(zhì)含有含0-10重量％水的2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酯，所述懸浮介質(zhì)存在的量提供所述聚烯烴減摩劑的可流動懸浮液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，該組合物含有10-45重量％的減摩劑和50-80重量％的懸浮介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，該組合物含有0.1-25重量％的涂層劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述聚烯烴減摩劑通過本體聚合制得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述懸浮介質(zhì)含有3-7重量％的水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述組合物還含有抗微生物劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中，所述抗微生物劑的含量為0.01-0.5重量％。
8.一種減少流動的烴流中阻力的方法，該方法包括: 將減阻組合物加入所述烴流中，所述減阻組合物的加入量足以產(chǎn)生所需量的阻力減少，所述組合物含有: 精細(xì)分離的固體聚烯烴減摩劑，所述減摩劑由含有2-30個碳原子的單烯烴形成； 懸浮介質(zhì)，所述懸浮介質(zhì)含有含0-10重量％水的2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酯，所述懸浮介質(zhì)存在的量提供所述聚烯烴減摩劑的可流動懸浮液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，該方法含有10-45重量％的減摩劑和50-80重量％的懸浮介質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，該方法含有0.1-25重量％的涂層劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述聚烯烴減摩劑通過本體聚合制得。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述懸浮介質(zhì)含有3-7重量％的水。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還含有:抗微生物劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述抗微生物劑的含量為0.01-0.5重量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，加入所述烴流中的所述減阻組合物的量為所述烴流中每百萬重量份烴流體提供2-500重量份的減阻聚合物。
【文檔編號】F17D1/17GK103937062SQ201310373438
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月22日
【發(fā)明者】B·A·布赫, T·M·韋瑟福德 申請人:弗洛化學(xué)有限公司