SMI结构的调控及其对原油降凝减粘特性的研究

摘要

苯乙烯-马来酰亚胺共聚物(poly(styrene-co-maleimide)，SMI)系列具有广泛的应用领域，多年来一直备受关注。而苯乙烯-十八烷基马来酰亚胺共聚物(poly(styrene-co-N-octadecyl maleimide)，SNODMI)中的长烷基侧链，与含蜡原油中的石蜡质相容形成共晶，而不与石蜡质相容的聚合物部分附着在石蜡质表面，干扰了原先石蜡质彼此层叠的规整结构，从而起到对原油降凝减粘的特效作用。本文选用一系列不同结构苯乙烯-马来酸酐共聚物(poly(styrene-co-maleicanhydride)，SMA)进行酰胺化和酰亚胺化反应，重点以酰亚胺化产物作为原油降凝减粘剂，考察不同聚合物结构对原油降凝减粘作用的影响。
　　首先，讨论了不同酰亚胺化程度的SNODMI对模拟石蜡质原油结晶温度、结晶形态、复合粘度及屈服应力等因素的影响。发现SNODMI中马来酰亚胺的含量越高，酰亚胺化程度越高，越能促进结晶温度(Tc)及凝点的降低，体系结晶形态的改善和屈服应力（τy）的降低也越明显。其中，添加效果最好的是酰亚胺化率为100％SNODMI1000P的降凝减粘剂，可使体系的Tc下降3.6℃，凝点降低7℃，蜡晶由原先层叠的长条状变为分散的针状或颗粒状，τy较无添加剂时降低超过70倍。
　　而为了调控不同酰亚胺化程度的SNODMI，还探讨了SMA与十八胺酰胺化（开环）反应及酰亚胺化（闭环）反应的动力学。由于SMA与十八胺的酰胺化反应是极快速反应，故进一步讨论了SMA与苯胺酰胺化反应的动力学。结果表明，四氢呋喃溶液中SMA1000P、SMA2000P与SMAEF40三种SMA与苯胺酰胺化反应时，对于同一种SMA在同一温度下，随着反应时间的增加，转化率随之增加;随着温度的提升，其反应速率不断增大，并推导出SMA与苯胺分子的反应是一个二级反应，据此推导出三种SMA与苯胺酰胺化反应的阿伦尼乌斯方程。进而研究了酰亚胺反应的动力学，依据反应动力学原理分析得到SNODMA的酰亚胺化反应为零级反应，得到SMA1000P，SMA2000P与SMAEF40的反应速率常数，从而据此得到不同酰亚胺化程度的SNODMI应用于原油降凝减粘特性的研究。此外，根据不同温度下的反应速率常数从而推倒出SMA1000P与十八胺酰亚胺化反应的阿伦尼乌斯方程。
　　其次，通过RAFT聚合合成交替结构的SMA，并通过酰胺化及酰亚胺化反应制得alt-SNODMI，研究不同的分子量及分子量分布对原油降凝减粘性能的影响。研究发现RAFT聚合具有分子量可控及分子量分布窄的特点，酰亚胺化制得的alt-SNODMI对模拟原油有明显的降凝减粘作用。在相同分子量分布下，随着分子量Mn增大，结晶温度Tc、复合粘度η*及屈服应力τy均下降的越明显，蜡晶尺寸越来越小;而对于分子量相同，随着分子量分布的变窄，其蜡晶尺寸随之变小，Tc、η*及τy也随之下降。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 前言

第2章 文献综述

2．1 降凝减粘剂研究概况

2．2．1 国外研究概况

2．2．2 国内研究概况

2．2 原油降凝减粘的机理

2．2．1 成核理论

2．2．2 吸附理论

2．2．3 共晶理论

2．2．4 增溶作用理论

2．2．5 融合-扰动理论

2．3 原油降凝减粘剂的种类

2．3．1 针对石蜡质的降凝减粘剂

2．3．2 针对沥青质的降凝减粘剂

2．3．3 复合型降凝减粘剂

2．4 研究原油降凝减粘性能的方法

2．4．1 原油性质分析

2．4．2 降凝剂结构分析

2．4．3 析蜡／结晶温度分析

2．4．4 蜡晶形态研究

2．4．5 流变性能

2．5 课题提出

第3章 不同程度酰亚胺化SMI的合成及其对原油降凝减粘性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 SMA与胺类的酰胺化及酰亚胺化反应

3．2．3 模拟原油体系的准备

3．2．4 表征分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 原油降凝减粘性能的影响

3．3．2 酰胺化及酰亚胺化反应动力学

3．4 本章小结

第4章 不同分子量alt-SMI的合成及其降凝减粘特性研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料及预处理

4．2．2 聚合实验过程

4．2．3 酰胺化及酰亚胺化实验过程

4．2．4 分析表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 产物分析

4．3．2 原油降凝减粘性能的影响

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历