天然气减阻剂的合成及减阻性能测试装置的设计

【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! 20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，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 【关键词】：天然气管道减阻剂 合成 减阻性能 测试环道
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TE869
【目录】：

• 中文摘要6-8
• 英文摘要8-11
• 第一章 文献综述11-29
• 1.1 国内外天然气管道发展状况11-14
• 1.1.1 国外天然气管道发展状况11-12
• 1.1.2 国内天然气管道发展状况12-14
• 1.2 国内外天然气管道减阻的主要技术现状14-25
• 1.2.1 管道阻力的成因和减阻方法14-15
• 1.2.2 管道内涂层减阻技术15-19
• 1.2.3 天然气减阻剂减阻技术19-25
• 1.3 天然气减阻剂减阻技术的可行性25-27
• 1.4 天然气减阻剂减阻技术存在的问题和技术难点27-28
• 1.4.1 天然气减阻剂研制方面存在的几个难点27
• 1.4.2 天然气减阻剂应用方面存在的若干问题27-28
• 1.5 本论文的主要任务28-29
• 第二章 几种天然气减阻剂的合成29-55
• 2.1 长链烷基酰胺基咪唑啉的合成29-44
• 2.1.1 合成原理30
• 2.1.2 实验仪器及药品30
• 2.1.3 实验步骤30-31
• 2.1.4 产物分析31-32
• 2.1.5 合成反应机理研究32-35
• 2.1.6 反应条件对合成的影响35-41
• 2.1.6.1 反应温度对产率的影响36-37
• 2.1.6.2 真空度对产率的影响37-38
• 2.1.6.3 反应时间对产率的影响38-39
• 2.1.6.4 反应物摩尔比对产率的影响39-41
• 2.1.7 成膜工艺及电镜分析41-44
• 2.2 松香咪唑啉的合成44-48
• 2.2.1 合成原理及方法44-45
• 2.2.2 产物分析45-46
• 2.2.3 反应条件的影响46-47
• 2.2.4 成膜工艺及电镜分析47-48
• 2.3 3-烷基-4-氨基-5-巯基-1,2,4均三唑的合成48-55
• 2.3.1 实验药品及仪器48-49
• 2.3.1.1 实验药品48
• 2.3.1.2 实验仪器48-49
• 2.3.2 合成原理49
• 2.3.3 合成方法49-53
• 2.3.3.1 对称二氨基硫脲的合成49-50
• 2.3.3.2 3-烷基-4-氨基-5-巯基-1,2,4均三唑的合成50-53
• 2.3.4 成膜工艺及电镜分析53-55
• 第三章 天然气减阻剂减阻效率测定装置的设计55-71
• 3.1 设计目的55
• 3.2 设计原理简述55
• 3.3 设计装置概述55-71
• 3.3.1 天然气减阻剂成膜试验装置56-58
• 3.3.1.1 设计目的56
• 3.3.1.2 装置的组成56
• 3.3.1.3 装置示意图56
• 3.3.1.4 操作流程56-57
• 3.3.1.5 操作注意事项57-58
• 3.3.2 天然气减阻环道试验装置58-61
• 3.3.2.1 设计目的58
• 3.3.2.2 装置的组成58
• 3.3.2.3 主要操作条件58
• 3.3.2.4 装置简图58-60
• 3.3.2.5 应用该装置的前提条件60
• 3.3.2.6 操作流程60
• 3.3.2.7 操作注意事项60
• 3.3.2.8 建议60-61
• 3.3.3 操作条件的确定61-69
• 3.3.3.1 空气的粘度系数61
• 3.3.3.2 管内流体密度的确定61-62
• 3.3.3.3 第二临界雷诺数R_(e2)的取值范围62-63
• 3.3.3.4 流速变化范围63-65
• 3.3.3.5 罐的压强取值范围65-66
• 3.3.3.6 罐的最大体积66-67
• 3.3.3.7 流体体积流量67
• 3.3.3.8 流体质量流量67-68
• 3.3.3.9 管道粗糙度的确定68-69
• 3.3.4 减阻剂在实验室环道内的减阻性能评价69-71
• 第四章 结论及下一步工作71-73
• 4.1 结论71
• 4.2 下一步工作71-73
• 参考文献73-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文81-82
• 学位论文评阅及答辩情况表82

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