[发明专利]一种星型水合物防聚剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于天然气气田采集及长距离管道输送生产的星型水合物防聚剂及其制备方法，涉及有机化学的一般方法、未列入其它类目的作其它应用的材料和石油工业技术领域。

背景技术

低沸点的甲烷为主的轻烃和二氧化碳、硫化氢在一定温度和压力条件下，容易与水分子结合形成笼状似冰的固体水合物。油气开采输送过程中，由于天然气中部分水在管线内壁上凝聚，易造成管内介质流动孔径变小，流动受阻，能耗增加，严重时便会造成管道的局部冰堵。如何预防和消除水合物的产生保证输气管线的安全运行引起了大家的极大关注。

目前，抑制水合物生成的方法主要有：脱水法、降压法、加热法、添加化学抑制剂法，其中添加化学抑制剂是最常用和有效的方法。传统使用的醇类或电解质类热力学抑制剂通过改变水合物生成温度和压力条件来避免和防止水合物生成。此热力学抑制剂存在耗量大、含量高(一般占水相质量分数的10％-60％)、成本高等缺点，而且此类抑制剂还存在易燃易爆、有毒、腐蚀、污染环境等危险，对油气站场安全生产以及作业人员产生不利影响。从20世纪90年代起国内外一直致力于研发低剂量抑制剂来替代热力学抑制剂，其具有加入量小、效果明显、使用成本低，环境友好等优点。防聚剂是一些表面活性剂或低分子聚合物，通过分散作用使水合物呈微小颗粒悬浮于流体中流动，防止水合物晶体聚集成块形成冰堵。

Shell专利WO9517579提到了四元铵表面活性剂是一种理想的防聚剂，含有两个或更多正丁基的铵盐具有较好的延迟水合物晶体生长的性能，采用长憎水链取代1-2个小的烷基，具有更好的防聚性能。

CN101376852提到一种含有长碳链的四季铵盐阳离子表面活性剂，该抑制剂具有两个甲基和一个丁基。在抑制过程中，甲基代替甲烷组分参与水合物生成，而丁基代替C4以上组分参与水合物形成，生成的水合物由于长直碳链的存在而不能聚集成块，起到抗聚的作用。

星型结构分子具有较好的空间对称结构，作为晶核容易生成球晶，结构比较致密，分散效果较好。本发明在充分考虑天然气水合物防聚剂的作用机理基础上，结合星型结构分子特有的对称结构，提出了一种高效的星型水合物防聚剂，为水合物抑制剂研究提供一条新的思路。

发明内容

本发明的目的是发明一种具有不受过冷度限制、促使油水溶液形成油包水的乳状液、水合物分散效果较好、最大程度上抑制了生成的水合物聚集成块作用的星型水合物防聚剂及其制备方法。

本发明所述的天然气水合物防聚剂具有如下特征：a)四臂星型结构；b)单臂中均含有由两个R1结构及单长憎水基链组成的四季铵盐阳离子。

所述R1结构选自正丁基、正戊基或异戊基中的一种；丁基或戊基渗入水合物表面的空穴中延缓水合物生长；

所述单长烷基碳链结构选自C8-18饱和烷基；单长憎水基链阻止水合物连续的表面生长。

本天然气水合物防聚剂具体是：十八烷基溴与二丁基或戊基胺按摩尔比0.8∶1～1∶1得到十八烷基二丁基胺或十八烷基戊基胺；季戊四醇与SOCl₂按摩尔比1∶4.1～1∶5.0，得到白色晶体季戊四氯；季戊四氯与十八烷基二丁基或戊基胺按摩尔比1.4∶1～1.8∶1得到星型水合物防聚剂。

星型结构提供了较好的空间对称结构，促使油水溶液形成油包水的乳状液，水合物分散效果较好，最大程度上抑制了生成的水合物聚集成块。

本发明所述的天然气水合物防聚剂的制备方法包括三步：

(1)在30～100℃，碱催化下，将十八烷基溴滴加到二丁基或戊基胺中，其中溴/胺摩尔比0.8∶1～1∶1，反应2～6h，经过滤、减压蒸馏后得到十八烷基二丁基或戊基胺；

(2)将季戊四醇/吡啶加入装有回流冷凝管的四口瓶中，在2h内滴加SOCl₂，其中醇/SOCl₂摩尔比1∶4.1～1∶5.0，在100～140℃下回流反应20h；经过冷却、过滤、水洗、干燥、蒸馏操作后得到白色晶体季戊四氯；

(3)将十八烷基二丁基或戊基胺/异丙醇加入到三口烧瓶中，季戊四氯缓慢滴加至反应器中，其中氯/胺摩尔比1.4∶1～1.8∶1，60～120℃反应2～6h，经减压蒸馏后得到带有长疏水烷基链的星型水合物防聚剂。