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目前国内外油品输送基本上均采用管道运输方式,但实际运行的管道输送中输运能耗大,特别是长期服役腐蚀老化的管道,若仍在原设计压力下输送则达不到规定的输油量要求,过去采用泵输增压方式维持输油量,但是普遍存在着安全隐患。在油品中少量添加减阻聚合物,可起到减小管道阻力提高输油量。目前管道输运中应用广泛的油溶性减阻聚合物主要为a-烯烃高聚物,它可以有效的增大输油量。但其经过高速旋转的增压泵叶后由于泵的高剪切力使分子链极易断裂,失去减阻功能,即抗剪切性能差。因此研究开发同时具有减阻性能和抗剪切性能的减阻聚合物,构成了油田化学品研究的前沿与热点问题。
采用分子动力学模拟的方法,模拟了溶解过程中不同侧链缔合减阻聚合物在油品中的空间结构,溶解平衡时能量变化曲线和溶解平衡时温度变化曲线,计算了不同侧链的甲基丙烯酸酯基氢键缔合型减阻聚合物与油品的相互作用能和氢键缔合减阻聚合物单个分子间氢键键长,由此得出侧链为十二烷基链时的氢键缔合型减阻聚合物溶解在油品过程中受到的运动阻力小,其在油品中的侧链更为舒展。
采用直接酯化法,合成了甲基丙烯酸十酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十四酯、甲基丙烯酸十六酯和甲基丙烯酸十八酯,以乳液聚合方法合成了不同侧链的氢键缔合型减阻聚合物,通过比较研究得出了最佳的聚合单体为甲基丙烯酸十二酯。以甲基丙烯酸十二酯为聚合单体采用乳液聚合方法,合成了离子-偶极作用型,配位络合型离聚体系的减阻聚合物;为确定配位络合石油减阻剂的最佳聚合方法,分别采用溶液聚合,乳液聚合和悬浮聚合的方法合成出缔合型配位络合石油减阻聚合物,比较得出最佳聚合方法是乳液聚合。
本文利用傅立叶变换红外光谱仪表征了聚合单体和减阻聚合物分子的结构,用热分析仪,动态光散射粒度分析仪表征了减阻聚合物的流体力学半径和玻璃化转变温度(Glass Transition Temperature,TG),证实了聚合物间的缔合作用;最后采用减阻剂减阻效果环道测试评价系统,对减阻聚合物进行了减阻性能与抗剪切性能研究,分别对比研究不同侧链的氢键缔合型减阻聚合物、离子偶极作用型及配位络合型离聚体系的减阻聚合物和分别采用溶液聚合,乳液聚合合成出缔合型配位络合石油减阻聚合物间的减阻性能和抗剪切性能,发现当侧链为十二烷基时的氢键缔合型减阻聚合物减阻性能最佳;离子偶极作用型及配位络合型离聚体系的减阻聚合物均好于氢键体系减阻聚合物的抗剪切性,配位络合型离聚体系最佳,但两者减阻性低于氢键体系;最后得出乳液聚合是产生配位络合型减阻聚合物的最佳聚合方法。