试析天然气减阻剂的合成及减阻性能测试装置的设计

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1、山东大学硕士学位论文天然气减阻剂的合成及减阻性能测试装置的设计姓名：申丽霞申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：魏云鹤20060405山东大学硕士学位论文摘要由于全球对经济可持续发展的要求和对“洁净能源”的呼唤，天然气需求量与日俱增。目前，天然气的主要运输方式为管道输送，为了提高输量，长运距、大管径和高压力管道是当今世界天然气管道发展的主流。但是，在管道输送天然气的实际过程中，由于管壁摩擦而造成的压力损失是人们必须首先考虑的问题。特别是对于处于高雷诺数的紊流气流体而言，管壁粗糙度所造成的压力损失影响最大。因此，降低管

2、壁粗糙度，以减小压力损失，增加输气量，是各国管道科技工作者竞相研究的重大课题。目前，国内外普遍采用管道内涂层减阻技术来降低管壁粗糙度，并取得了很好的技术效果和良好的经济效益，但管道内涂层减阻方法施工设备复杂、费用较高，特别是随着输气时间的延长和不定时清管，管道内涂层不断脱落，减阻效果逐渐降低，严重时甚至产生负效应l20世纪90年代，美国率先提出了天然气减阻剂减阻技术，并在实际输气管道中进行了应用实验，取得了初步效果。该技术是将具有表面活性剂性质的被称作天然气减阻剂的化学品定期注入天然气管道中，通过极性端对钢铁表面的吸附，

3、形成弹性分子薄膜，达到降低管壁粗糙度实现减阻的目的。直接注入天然气减阻剂减阻技术可以克服管道内涂层减阻技术的不足，具有广阔的应用前景。目前该技术在国外还处于研发阶段，而国内还是空白。本文综述了国内外天然气管道发展的技术现状及趋势，着重分析了天然气管道内涂层减阻技术和减阻剂减阻技术。在减阻剂减阻技术中，总结归纳了天然气减阻剂减阻机理，指出构成天气减阻剂的主要物质应具有类似表面活性剂的结构，即一端为长链脂肪基另一端为能与钢铁表面牢固结合的具有含氮基团的大分子化合物或聚合物。还分析了天然气减阻剂减阻技术的可行性以及可能存在的问

4、题。根据天然气减阻剂减阻机理，设计并合成了三种天然气减阻剂：长链烷基酰胺基咪唑啉、松香咪唑啉和巯基三唑化合物。用红外光谱图表征了所合成的目的产物，并用红外跟踪法分析了各反应的反应机理。详细探讨了各种山东大学硕士学位论文反应条件对合成长链烷基酰胺基咪唑啉的影响，给出了最佳合成条件：FA／DETA约为1．7～1．8／1，140"C以下反应l小时，4～5小时内由140"C程序升温到220"C，最后开启真空泵，真空度约为20～40mmHg，真空反应时间2～3小时；总反应时间约为7～8小时。选用适当溶剂分别制备了三种化合物在钢片表

5、面的吸附膜，并用SEM技术观察了三种化合物在钢片表面的结合和分布情况，结果表明，三种化合物皆具有良好的成膜性能，明显降低了原钢铁表面的粗糙度，具有潜在的减阻性能。初步设计了天然气减阻剂减阻性能测试装置。该装置分为两部分：一是天然气减阻剂成膜试验装置，用以实现管道内表面的清洗和成膜；二是天然气减阻环道试验装置，用以实现沿程阻力损失的测定，考察评价不同减阻剂的减阻性能。整个设计部分较详细地给出了设计目的、设计原理、参数选取方法、操作条件及操作注意事项等，为天然气减阻剂的考察评价乃至天然气减阻剂的实际应用打下了基础。关键词；天

6、然气管道减阻剂；合成；减阻性能；测试环道Ⅱ山东大学硕士学位论文ABSTRACTThenaturalgasisingreatdemandbecauseoftheneedingonthecontinuouseconomicdevelopmentandthecallingon“cleanenergy”．Atpresent，themaingastransportationmodeispipelinetransportation，thelong—distance，big—diameterandhigh—pressurepipeli

7、neisthemaindevelopingflowofgaspipelineintheworldinordertoincreasethepipelinethroughput．But，thepressurelosscausedbypipewallfrictionisthefirstproblemduringtheactualgaspipeliningprocess．EspeciallyasfarastheturbulentflowwithhighRenumber，theeffectofpipewallroughnesson

8、thepressurelossisthemostimportant．Soitisabigprojecttodecreasethepressurelossandtoincreasethegasthroughputbyreducingthepipewallroughnessforthescienceandtechnolo