水合物抑制剂聚<i>N</i>-甲氧基-<i>N</i>-甲基丙烯酰胺的研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1078

工业水处理 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (10): 157-162. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2022-1078

水合物抑制剂聚N-甲氧基-N-甲基丙烯酰胺的研究

史言康¹(), 李志元², 刘丽强³, 滕厚开³, 徐慧², 王素芳², 赵清顺⁴, 韩恩山¹()

^1. 河北工业大学化工学院, 天津 300401
^2. 中海油(天津)油田化工有限公司, 天津 300452
^3. 中海油天津化工研究设计院有限公司, 天津 300131
^4. 北京中天兰清环境科技有限公司, 北京 100102

收稿日期:2023-08-03 出版日期:2023-10-20 发布日期:2023-10-18
作者简介:
史言康（1997— ），硕士。电话：13642046621，E-mail：shiyankang199882@163.com
韩恩山，博士，教授。电话：13820419202，E-mail：enshanhan@163.com。
基金资助:
河北省自然科学基金项目(E2022202095)

Study on poly-N-methoxy-N-methylacrylamide as hydrate inhibitor

Yankang SHI¹(), Zhiyuan LI², Liqiang LIU³, Houkai TENG³, Hui XU², Sufang WANG², Qingshun ZHAO⁴, Enshan HAN¹()

^1. College of Chemical Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China
^2. CNOOC（Tianjin） Oilfield Chemical Co. ，Ltd. ，Tianjin 300452，China
^3. CenerTech Tianjin Chemical Research & Design Institute Co. ，Ltd. ，Tianjin 300131，China
^4. Beijing Zhongtian Lanqing Environment Technology Co. ，Ltd. ，Beijing 100102，China

Received:2023-08-03 Online:2023-10-20 Published:2023-10-18

摘要/Abstract

摘要：

深海油田开采过程由于存在低温高压条件，管道中会因形成水合物而造成堵塞。设计并合成了新型水合抑制剂聚N-甲氧基-N-甲基丙烯酰胺（polyMEHAMs），以实现延缓水合物形成的目的。结果表明，polyMEHAMs在相对分子质量达到2.51×10⁶（polyMEHAMs-6）时，具有明显的抑制水合物效果，其在去离子水中的浊点为63 ℃；在烷烃水体积比为1∶4、polyMEHAMs-6抑制剂投加量为2 500 mg/L、初始压力为4.0 MPa条件下，过冷度为10.8 ℃和12.3 ℃时polyMEHAMs-6抑制水合物的诱导时间分别为10.7 h和13.7 h，其在过冷度12.3 ℃下对水合物的抑制性能优于10.8 ℃。机理探索实验表明，疏水性—OCH₃基团与酰胺O $̿$ C—NHCH₃基团形成的O $̿$ C—NCH₃—OCH₃结构具有延缓水合物形成的能力。

关键词: 天然气水合物, 水合物抑制剂, 丙烯酰胺聚合物

Abstract:

In the process of deep-sea oil field exploitation，due to the existence of low-temperature and high-pressure conditions，hydrates can form in the pipeline，causing blockage. A new type of hydration inhibitor poly（N-methoxy-N-methylacrylamide）（polyMEHAMs） was designed and synthesized to delay the formation of hydrates. The results showed that when the polyMEHAMs had a relative molecular weight of 2.51×10⁶（polyMEHAMs-6），it had a significant inhibitory effect on hydrates，with a cloud point of 63 ℃ in deionized water. Under the conditions of alkane and water volume ratio of 1∶4，polyMEHAMs-6 inhibitor dosage of 2 500 mg/L and initial pressure of 4.0 MPa，the induction time of polyMEHAMs-6 inhibiting hydrates at subcooling of 10.8 ℃ and 12.3 ℃ were 10.7 hours and 13.7 hours，and the inhibition performance of inhibitors at subcooling of 12.3 ℃ was better than that at subcooling of 10.8 ℃. The mechanism exploration experiment showed that the hydrophobic —OCH₃ group and the amide O $̿$ C—NHCH₃ group formed O $̿$ C—NCH₃—OCH₃ structure，which had the ability to delay hydrates formation.

Key words: natural gas hydrate, hydrate inhibitor, acrylamide polymer

中图分类号:

X703

史言康, 李志元, 刘丽强, 滕厚开, 徐慧, 王素芳, 赵清顺, 韩恩山. 水合物抑制剂聚N-甲氧基-N-甲基丙烯酰胺的研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(10): 157-162.

Yankang SHI, Zhiyuan LI, Liqiang LIU, Houkai TENG, Hui XU, Sufang WANG, Qingshun ZHAO, Enshan HAN. Study on poly-N-methoxy-N-methylacrylamide as hydrate inhibitor[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(10): 157-162.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I10/157

图/表 9

图1 polyMEHAMs（a）和polyMEHAMs与水分子形成氢键的机理（b）

Fig. 1 polyMEHAMs （a） and the mechanism of hydrogen bonding between polyMEHAMs and water molecules （b）

图2 MEHAM的合成

Fig. 2 Synthesis of MEHAM

图3 实验装置

Fig. 3 Experimental setup

图4 MEHAM和polyMEHAMs的红外光谱

Fig. 4 IR spectra of MEHAM and polyMEHAMs

表1 不同相对分子质量的polyMEHAMs聚合物的浊点

Table 1 Turbidity points of polyMEHAMs polymers with different molecular weights

聚合物	相对分子质量	去离子水中浊点/℃	3.6% NaCl中浊点/℃
polyMEHAMs-1	8.70×10⁵	72	41
polyMEHAMs-2	1.02×10⁶	80	47
polyMEHAMs-3	1.46×10⁶	78	46
polyMEHAMs-4	2.10×10⁶	67	42
polyMEHAMs-5	2.38×10⁶	65	41
polyMEHAMs-6	2.51×10⁶	63	40

图5 不同相对分子质量polyMEHAMs存在下体系的压力和温度随时间的变化（过冷度10.8 ℃）

Fig. 5 The changes of pressure and temperature of system with time in the presence of polyMEHAMs with different molecular weights （subcooling 10.8 ℃）

图6 不同相对分子质量polyMEHAMs存在下体系的压力和温度随时间的变化（过冷度12.3 ℃）

Fig. 6 The changes of pressure and temperature of system with time in the presence of polyMEHAMs with different molecular weights（subcooling 12.3 ℃）

图7 聚N-异丙基丙烯酰胺（A）和聚N-N-二甲基丙烯酰胺（B）

Fig. 7 poly-N-isopropylacrylamide（A） and poly- N-N-dimethylacrylamide（B）

图8 不同结构抑制剂存在下体系的压力和温度随时间的变化

Fig. 8 The changes of pressure and temperature of the system with time in the presence of different structural inhibitors

参考文献 14

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