[發(fā)明專利]一種CH4水合物抑制劑的制備方法及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610019504.7
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105669894A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李工;丁嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F226/10;C08F222/06;C09K8/524
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)化工、天然氣輸送技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種N-乙烯基吡咯烷酮、順 丁烯二酸酐與丙烯酰胺的三元共聚物的制法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

氣體水合物是小分子氣體和水在低溫高壓下生成的一種類似于冰的非化學(xué)計量籠型 化合物。在氣體水合物中，水分子之間由較強的氫鍵結(jié)合形成點陣結(jié)構(gòu)，氣體分子利用與 水分子之間的范德華力填充于點陣間的籠，而氣體和水之間沒有化學(xué)計量關(guān)系。天然氣開 采及輸送過程中，由于管道中的低溫高壓條件易形成天然氣水合物，造成管線設(shè)備的堵塞， 嚴重時甚至?xí)斐稍O(shè)備分離和儀表失靈，已成為制約天然氣工業(yè)技術(shù)進步的最大難題。

傳統(tǒng)使用的氯化鈉、甲醇、乙二醇等熱力學(xué)抑制劑具有濃度高(10～60％，質(zhì)量百分濃 度)、耗量大、成本高(抑制劑成本占生產(chǎn)總成本的5％～8％)和毒性強腐蝕管線等缺點，已 不能滿足諸如海上油氣開采作業(yè)等的需求。動力學(xué)抑制劑代替熱力學(xué)抑制劑防止水合物已 成為一種趨勢，含五、七元環(huán)官能團的聚合物動力學(xué)抑制劑在水合物防治領(lǐng)域得到了廣泛 的應(yīng)用。但是動力學(xué)抑制劑受過冷度的影響較大，通過與熱力學(xué)抑制劑復(fù)配，適用范圍更 廣，抑制效果更明顯。PVP(K-30)是一種常用的動力學(xué)抑制劑，在釜內(nèi)溫度2.5℃、壓力 7MPa條件下和攪拌速度為500r/min的條件下，當(dāng)加入一定濃度的PVP(K-30)水溶液時， CH₄水合物在純水中的誘導(dǎo)時間為150～260min。

相關(guān)研究表明，動力學(xué)抑制劑中的活性基團通過與水分子形成氫鍵吸附在水合物晶體 表面，抑制劑分子中的環(huán)狀結(jié)構(gòu)能抑制水合物的生長，同時在空間上阻止甲烷分子進入并 填充晶體空穴。本發(fā)明根據(jù)動力學(xué)抑制劑抑制機理，合成出具有理想抑制效果的三元聚合 物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種三元共聚物水合物抑制劑，該抑制劑解決了現(xiàn)有抑制劑在過冷度較大 的情況下抑制時間短的問題，而且用量少，適用于汽水兩相體系。

本發(fā)明抑制劑不具有揮發(fā)性，在很寬的溫度范圍內(nèi)，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，無毒， 無腐蝕，實施方便。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種N-乙烯基吡咯烷酮、順丁烯二酸酐與丙烯酰胺的三元共聚物P(NVP/MAH/AM)， 結(jié)構(gòu)式如下：

制備N-乙烯基吡咯烷酮、順丁烯二酸酐與丙烯酰胺的三元共聚物P(NVP/MAH/AM) 的方法包括以下步驟：

(1)在氮氣保護下將N-乙烯基吡咯烷酮，順丁烯二酸酐與丙烯酰胺按質(zhì)量比4:3:3混合， 溶于無水乙醇中。

(2)在60～80℃加入偶氮二異丁腈攪拌均勻。

(3)75～90℃反應(yīng)6～8小時

步驟(1)所述無水乙醇的用量與N-乙烯基吡咯烷酮的質(zhì)量比為5:2。

步驟(2)所述偶氮二異丁腈的用量為N-乙烯基吡咯烷酮的質(zhì)量5％。

該反應(yīng)如方程式1所示。

上述的CH₄水合物抑制劑，在應(yīng)用時可單獨使用，將三元共聚物P(NVP/MAH/AM) 配制成一定濃度的水溶液，質(zhì)量濃度0.11％～0.15％。也可與熱力學(xué)抑制劑乙二醇同時使用， 將三元共聚物P(NVP/MAH/AM)和乙二醇混合配制成一定濃度的水溶液，其中三元共聚物 的質(zhì)量百分數(shù)為0.15％，乙二醇的質(zhì)量百分比1％～10％。

本發(fā)明較好的克服了傳統(tǒng)熱力學(xué)抑制劑用量大、費用高、具有腐蝕性等諸多弊端，以 低劑量注入管線設(shè)備中，降低水合物成核、生長速度，具有適用性廣，無毒無腐蝕，成本 低廉等特點。

三元共聚物P(NVP/MAH/AM)應(yīng)用的具體實施方式：

使用蒸餾水清洗高壓反應(yīng)釜兩次，向高壓反應(yīng)釜中注入上述三元共聚物 P(NVP/MAH/AM)的水溶液或P(NVP/MAH/AM)和乙二醇混合水溶液，并通入CH₄氣體(純 度99.9％)驅(qū)趕釜內(nèi)空氣。控制水浴溫度，保持釜內(nèi)溫度穩(wěn)定，向反應(yīng)釜內(nèi)通入CH₄氣體 (純度99.9％)，達到設(shè)定壓力后停止進氣，開啟釜內(nèi)磁力攪拌器，在一定轉(zhuǎn)速下進行反 應(yīng)。待有水合物大量生成后反應(yīng)結(jié)束，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析反應(yīng)過程中參數(shù)變化計算誘 導(dǎo)時間；其中，釜內(nèi)溫度為2℃～10℃，特定壓力為5～10Mpa，釜內(nèi)的磁力攪拌器工作時， 轉(zhuǎn)速為500r/min。