油溶性降黏劑的分子動(dòng)力學(xué)模擬及合成

崔雅芳，王云龍，崔秀國(guó)，李漢勇

(1.北京石油化工學(xué)院深水油氣管線關(guān)鍵技術(shù)與裝備北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102617；2.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院；3.中國(guó)石油管道科技研究中心)

隨著石油資源的不斷開采,石油重質(zhì)化趨勢(shì)不斷加重,稠油的加工利用越來(lái)越受到關(guān)注[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),稠油、超稠油和瀝青占全球剩余石油儲(chǔ)量的70%以上,且其產(chǎn)量有進(jìn)一步增長(zhǎng)的潛力[2]。稠油因含有大量的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)而致使其黏度很大、流動(dòng)性差[3-5],其開采和輸送都十分困難。因此,稠油降低黏度(降黏),改善流動(dòng)性勢(shì)在必行。

稠油降黏最常用的方法是添加降黏劑[6-9],Guo Jixiang等[10]采用正交試驗(yàn)法合成了油溶性共聚物降黏劑以降低塔河稠油的黏度;Zhu Lijun等[11]合成了適合勝利稠油降黏的含有芳香族單體的新型油溶性降黏劑。但是油溶性降黏劑具有較強(qiáng)的選擇性,某一種降黏劑無(wú)法適用于不同地區(qū)稠油的降黏。同時(shí),為了降低試驗(yàn)成本,節(jié)約試驗(yàn)時(shí)間,可通過(guò)分子模擬方法探究合成降黏劑的可行性及對(duì)稠油的降黏效果進(jìn)行評(píng)價(jià),還可為降黏劑合成試驗(yàn)提供理論指導(dǎo)。崔青等[12]使用Materials Studio模擬軟件驗(yàn)證了以苯乙烯、丙烯酸十八酯和馬來(lái)酸酐為原料合成降黏劑的分子動(dòng)力學(xué)可行性。孫志武[13]建立了二元油溶性降黏劑和四元油溶性降黏劑的分子模型,并通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了降黏劑對(duì)稠油體系的影響。上述試驗(yàn)多采用甲苯作為溶劑[14-16]來(lái)評(píng)價(jià)降黏劑的降黏效果,經(jīng)濟(jì)成本高且環(huán)境污染嚴(yán)重。

鑒于降黏劑對(duì)不同稠油無(wú)普遍適用性,本課題將分子動(dòng)力學(xué)模擬與試驗(yàn)研究相結(jié)合,在模擬降黏劑合成可行性的基礎(chǔ)上,以甲基丙烯酸十八酯(SMA)、N-苯基馬來(lái)酰亞胺(N-PMI)和醋酸乙烯酯(VA)為單體,通過(guò)溶液聚合法制備了針對(duì)遼河特超稠油的油溶性共聚物降黏劑(SNV),進(jìn)而對(duì)其合成條件進(jìn)行優(yōu)化,評(píng)價(jià)其降黏效果,并初步探究其降黏機(jī)理。

1 模擬部分

1.1 降黏劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

遼河特超稠油族組成分析結(jié)果見表1,可見其膠質(zhì)及瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)40%以上。根據(jù)瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的平均分子參數(shù)(表2),由Materials Studio軟件中Visualizer模塊建立的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的平均分子模型[4-5]如圖1所示。分子最優(yōu)構(gòu)象是滿足分子能量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的最穩(wěn)定分子構(gòu)象,為求解膠質(zhì)及瀝青質(zhì)分子的最低能量構(gòu)型,防止其在初始階段局部受力過(guò)大而崩潰,采用Geometry Optimization模塊進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化,能量最小化處理模型表面,獲得最穩(wěn)定分子構(gòu)象,見圖2。優(yōu)化參數(shù):使用Smart算法,最大迭代次數(shù)為1 000。

表1 遼河稠油基礎(chǔ)物性參數(shù)

表2 瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的平均分子參數(shù)

圖1 瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的平均分子結(jié)構(gòu)式

圖2 經(jīng)能量最小化后的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)分子最優(yōu)構(gòu)象

研究表明[15,17]:分子中長(zhǎng)脂肪鏈含量較高的降黏劑適用于高膠質(zhì)稠油,這是因?yàn)槟z質(zhì)分子中芳香環(huán)數(shù)相對(duì)較少、烷基鏈較長(zhǎng),極性較瀝青質(zhì)小,長(zhǎng)直鏈烷烴結(jié)構(gòu)呈梳狀分布在膠質(zhì)分子周圍,能夠有效分散并吸附膠質(zhì)長(zhǎng)鏈分子;分子中芳環(huán)含量較高的降黏劑適用于高瀝青質(zhì)稠油,原因在于瀝青質(zhì)分子中芳香環(huán)較多且聚集形成稠環(huán)芳核、雜原子較多、烷基鏈較短,一般極性較大,降黏劑中的芳環(huán)官能團(tuán)可有效溶解瀝青質(zhì);此外,將含其他極性基團(tuán)的芳香結(jié)構(gòu)引入降黏分子,可產(chǎn)生靜電力或氫鍵作用,可有效吸附瀝青質(zhì)分子。

遼河原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高,并含噻吩、吡啶等,極性較大,因此選擇N-PMI作為極性單體;同時(shí),為增大降黏劑相對(duì)分子質(zhì)量,增強(qiáng)對(duì)瀝青質(zhì)分子的吸附性,選擇帶長(zhǎng)鏈烷烴的SMA和VA作為聚合降黏劑的單體,以提升油相溶解性?；诖?分別建立SMA,N-PMI,VA的分子模型,如圖3所示。

圖3 SMA,N-PMI,VAM的分子模型

1.2 周期性體系的構(gòu)建

利用 Amorphous Cell 模塊分別構(gòu)建膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)和SNV的周期性體系模型,見圖4。其中,體系密度設(shè)為1.1 g/cm3,溫度設(shè)為298.15 K,經(jīng)過(guò)Anneal退火后,保證能量在不同局部能量最小點(diǎn)附近采樣。模擬退火算法(SAA)是一種通用概率演算法,用以在一個(gè)大的搜尋空間內(nèi)找尋命題的最優(yōu)解。退火參數(shù):退火循環(huán)10次,初始溫度及中間循環(huán)溫度分別選擇298.15 K和500.00 K,每循環(huán)加熱坡道設(shè)為5。為了盡量接近實(shí)際環(huán)境,對(duì)模擬參數(shù)進(jìn)行多次驗(yàn)證。動(dòng)力學(xué)模擬參數(shù):使用NPT系綜;溫度范圍設(shè)置為298～338 K;壓力為0.1 MPa,選擇Andersen控溫法,碰撞率1.0;Berendsen控壓法,衰變常數(shù)0.1 ps;積分步長(zhǎng)1.0 fs。能量參數(shù):選擇COMPASS力場(chǎng),使用Atom Based處理范德華力和靜電交互作用力;截?cái)嗑嚯x1.25 nm。

圖4 膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)和SNV的周期性體系模型

1.3 降黏體系分子模擬

將SNV加入膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合體系中,構(gòu)建加入降黏劑后的體系模型,見圖5。模型構(gòu)建后,先利用Geometry Optimization模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,然后利用Dynamics模塊進(jìn)行動(dòng)力學(xué)運(yùn)算,最后在Shear模塊中計(jì)算其剪切黏度。動(dòng)力學(xué)參數(shù)和能量參數(shù)與膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)和SNV體系模擬時(shí)一致。

圖5 加入SNV后的膠質(zhì)-瀝青質(zhì)降黏體系

1.4 稠油降黏過(guò)程動(dòng)力學(xué)模擬

針對(duì)稠油降黏體系,在進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬后,通過(guò)計(jì)算不同降黏劑體系的勢(shì)能、黏度、擴(kuò)散系數(shù)等,分析降黏劑合成過(guò)程的理論可行性。

1.4.1體系勢(shì)能分析

分子總勢(shì)能[18]主要包括鍵伸縮勢(shì)能(Ebond)、二面角勢(shì)能(Edihedrals)、鍵角扭曲勢(shì)能(Eangle)、范德華能(EVDW)和庫(kù)侖靜電勢(shì)能(Eele),如式(1)所示。范德華能、庫(kù)侖靜電勢(shì)能組成非鍵勢(shì)能,見式(2)。

E=Ebond+Eangle+Edihedrals+EVDW+Eele

(1)

Enon-bonded=EVDW+Eele

(2)

其中,Ebond與電子重疊程度有關(guān),為使分子能量降低,原子間距宜適中,見式(3)。

(3)

Edihedrals為不同化學(xué)鍵形成的平面在其投影處因角度變化產(chǎn)生位阻導(dǎo)致的勢(shì)能變化,見式(4)。

(4)

式中:n為化學(xué)鍵所組成二面角的個(gè)數(shù),取整數(shù);φ為雙面扭轉(zhuǎn)角,取值范圍為-π～π;δ為相角;Kφ為力場(chǎng)參數(shù),表示能量最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的勢(shì)能差。

Eangle為兩個(gè)鍵(偶極矩)間的排斥力和吸引力。鍵角勢(shì)能和軌道形狀有關(guān),其計(jì)算式見式(5)。

(5)

EVDW是存在于分子間的一種吸引勢(shì)能,比化學(xué)鍵鍵能弱,其計(jì)算式見式(6)。

(6)

式中:rij為兩原子i與j間的距離,nm;eij為分子中各原子對(duì)間的范德華作用。

Eele為兩分子(原子)或同分子(原子)相距一定距離的兩個(gè)基團(tuán)間的靜電作用,可視為所有原子核上點(diǎn)電荷對(duì)作用的總和。其由庫(kù)侖定律獲得,見式(7)。

(7)

式中:NA、NB為A、B分子所有點(diǎn)電荷數(shù);qi和qj為兩分子(原子)帶的電荷量,C;ε0為真空介電常數(shù),試驗(yàn)測(cè)得ε0=8.85×10-12C2/(N·m2)。

1.4.2體系黏度分析

利用Forcite-Shear模塊Green-Kubo公式,通過(guò)應(yīng)力對(duì)時(shí)間的積分計(jì)算體系剪切黏度,見式(8)[19],其中剪切速率為0.1 ps-1。

(8)

式中:V為體系體積,m3;kB為玻爾茲曼常數(shù);η為體系動(dòng)力黏度,mPa·s;T為溫度,K;Pα β為元素α、β的壓力張量;〈Pα β(0)Pα β(t)〉為總體平均值,t為時(shí)間,ps。

1.4.3體系擴(kuò)散系數(shù)分析

擴(kuò)散系數(shù)表示膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子的擴(kuò)散性。當(dāng)濃度梯度為一個(gè)單位時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的分子數(shù)量即為該體系的擴(kuò)散系數(shù)[20],見式(9)。

(9)

式中:N為系統(tǒng)中擴(kuò)散原子或分子數(shù)目;r0(0)為初始時(shí)某原子或分子位置,nm;ri(t)為t時(shí)刻某原子或分子的位置,nm;〈[ri(t)-r0(0)]2〉為均方位移MSD,是位移平方的平均值;t為時(shí)間,ps。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 試 劑

SMA、N-PMI、VA、偶氮二異丁腈、對(duì)苯二酚、甲醇,均為分析純,羅恩試劑公司產(chǎn)品;甲苯,分析純,200號(hào)溶劑油,北京化工廠產(chǎn)品;1號(hào)、2號(hào)脂肪醇聚氧乙烯醚降黏劑,天津市大茂化學(xué)試劑廠產(chǎn)品。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1SNV的合成

將一定配比的SMA,N-PMI,VA加入反應(yīng)器,并溶于甲苯溶劑,然后向體系中滴加引發(fā)劑偶氮二異丁腈和一定量的阻聚劑對(duì)苯二酚,在N2的保護(hù)下攪拌升溫至50～80 ℃,反應(yīng)5～8 h。反應(yīng)完成后,減壓蒸餾除去大部分甲苯;加入甲醇沉淀聚合物,將沉淀物沖洗2～3遍,得到白色膠狀物。在65 ℃下真空干燥2 h后即得到三元共聚物SNV。SNV合成反應(yīng)原理如圖6所示。

圖6 SNV合成反應(yīng)原理

2.2.2SNV結(jié)構(gòu)表征

利用德國(guó)布魯克光譜儀器公司生產(chǎn)的TENSOR 27型紅外光譜儀分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu),溴化鉀壓片,測(cè)定波數(shù)范圍為500～4 000 cm-1。

利用德國(guó)布魯克光譜儀器公司生產(chǎn)的Bruker 600核磁共振波譜(NMR)儀,以CDCl3為溶劑,在室溫下測(cè)定產(chǎn)品的1H NMR和13C NMR。

2.2.3合成條件優(yōu)化

利用正交試驗(yàn)的方法,設(shè)計(jì)四因素四水平的正交試驗(yàn)方案,探究單體物質(zhì)的量比[n(SMA)∶n(N-PMI)∶n(VA)](F1)、引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(F2)、反應(yīng)溫度(F3)、反應(yīng)時(shí)間(F4)對(duì)降黏效果的影響,如表3所示。

表3 正交試驗(yàn)方案的因素和水平

2.2.4降黏劑性能評(píng)價(jià)

將合成的SNV溶于質(zhì)量為3種單體總質(zhì)量30%的200號(hào)溶劑油中,并與脂肪醇聚氧乙烯醚進(jìn)行稀釋復(fù)配,即得到SNV降黏劑。對(duì)SNV降黏劑性能進(jìn)行評(píng)價(jià),試驗(yàn)條件為:SNV降黏劑添加量(w,下同)為0.3%,加熱溫度75 ℃,攪拌時(shí)間4 min。利用美國(guó)TA儀器公司生產(chǎn)的DHR-1型流變儀測(cè)定添加降黏劑前后的稠油黏度,剪切速率范圍為1～100 s-1,溫度為75 ℃。為便于描述加入降黏劑后遼河稠油的黏度變化,引入降黏率(λ)評(píng)價(jià)降黏劑的降黏效果:

(10)

式中,μ0和μ分別為添加降黏劑前、后稠油的黏度,mPa·s。

3 結(jié)果與討論

3.1 SNV的合成及其對(duì)膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)的降黏作用

3.1.1膠質(zhì)、瀝青質(zhì)聚集性分析

表4為膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子的各種作用能的差異,分子結(jié)構(gòu)的不同必然導(dǎo)致內(nèi)部能量組成比例的不同。瀝青質(zhì)分子的Ebond,Edihedrals,Eangle均大于膠質(zhì),表明瀝青質(zhì)分子間的相互作用力大于膠質(zhì)分子;但瀝青質(zhì)分子的EVDW和Eele小于膠質(zhì)分子,說(shuō)明膠質(zhì)分子的范德華力和靜電作用力對(duì)芳環(huán)、環(huán)烷環(huán)及側(cè)支鏈結(jié)構(gòu)的聚集能力更強(qiáng),交錯(cuò)排布趨勢(shì)大于瀝青質(zhì)分子。

表4 單個(gè)瀝青質(zhì)分子與膠質(zhì)分子最穩(wěn)定構(gòu)型的能量分析 kJ/mol

圖7為膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)的黏度隨溫度變化的模擬結(jié)果。由圖7可知:隨著溫度的升高,膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)的黏度逐漸降低,與原油黏溫曲線的試驗(yàn)值的變化規(guī)律近似;膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)的模擬黏溫曲線變化較緩,黏度近似緩慢線性下降;原油黏溫曲線分為快速下降段和平緩下降段,原油黏度在298～350 K區(qū)間下降較快,在350～398 K區(qū)間下降較慢,原油黏溫曲線體現(xiàn)了稠油的非牛頓流體性質(zhì)。上述結(jié)果表明,采用Green-Kubo方法計(jì)算流體黏度有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。將設(shè)計(jì)的降黏劑分子結(jié)構(gòu)加入膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)中,再次計(jì)算體系黏度具有可行性。由于受系統(tǒng)誤差、分子模型差異、模擬環(huán)境(假設(shè))與真實(shí)狀態(tài)差異等因素影響,導(dǎo)致模擬結(jié)果大于試驗(yàn)結(jié)果,但模擬黏溫曲線的變化趨勢(shì)與實(shí)際稠油黏溫變化相符。

圖7 膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合體黏溫曲線模擬結(jié)果與原油實(shí)際黏溫曲線測(cè)定結(jié)果

3.1.2SNV合成可行性分析

通過(guò)分析SNV共聚物合成過(guò)程中溫度、密度和能量變化,模擬合成過(guò)程的可行性,結(jié)果如圖8所示。由圖8可知:溫度方面,合成SNV的系統(tǒng)溫度在極短時(shí)間即可升至設(shè)定溫度338 K(接近稠油實(shí)際輸運(yùn)溫度),并在8 000 ps內(nèi)趨于穩(wěn)定;升溫階段,溫度快速穩(wěn)定,表明所選Andersen控溫法易使系統(tǒng)達(dá)到熱平衡狀態(tài);密度方面,SNV模擬體系的密度在4 000 ps后達(dá)到平衡,表明在此模擬溫度下,SNV體系形成氫鍵數(shù)量較多,分子間作用力較強(qiáng)。溫度和密度模擬結(jié)果證明所設(shè)計(jì)降黏劑分子的結(jié)構(gòu)較合理。

圖8 SNV體系溫度及密度隨模擬時(shí)間的變化

圖9 SNV體系能量隨模擬時(shí)間的變化

3.1.3SNV降黏原理分析

通過(guò)研究聚合物分子與膠質(zhì)-瀝青質(zhì)分子間的勢(shì)能或非鍵勢(shì)能、擴(kuò)散系數(shù)等,可分析共聚物的降黏機(jī)理。

圖10為338 K時(shí)降黏劑加入前后膠質(zhì)-瀝青質(zhì)體系的密度和溫度模擬結(jié)果。由圖10可知,338 K時(shí)膠質(zhì)-瀝青質(zhì)體系的密度平衡值為1.004 g/cm3,而加入SNV后體系密度降為0.93 g/cm3。這是由于共聚物SNV與膠質(zhì)-瀝青質(zhì)聚集體間發(fā)生了相互作用,共聚物分子中烷烴長(zhǎng)鏈的伸展和多重吸附作用、π-π堆積作用、極性官能團(tuán)的分散作用,均使體系內(nèi)的間隙增大、密度降低。同時(shí),溫度模擬曲線在20 ps內(nèi)迅速達(dá)到平衡,說(shuō)明使用Andersen控溫法較為合理,模擬溫度與共聚物分子密度呈現(xiàn)良好穩(wěn)定性。

圖10 338 K模擬體系的密度及溫度隨模擬時(shí)間的變化

圖11為添加SNV前后膠質(zhì)-瀝青質(zhì)體系的黏溫曲線。由圖11可知,添加SNV后,膠質(zhì)-瀝青質(zhì)體系在相同溫度下的黏度明顯降低,在318 K下添加SNV后,膠質(zhì)-瀝青質(zhì)系統(tǒng)黏度由1 001.68 Pa·s降至916.56 Pa·s,降黏率為8.5%,說(shuō)明加入SNV后膠質(zhì)-瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)被破壞,有利于改善稠油的流變性。

圖11 添加SNV前后膠質(zhì)-瀝青質(zhì)體系的黏溫曲線

降黏前后體系總勢(shì)能與非鍵勢(shì)能隨溫度的變化如圖12所示。由圖12(a)可知,分子勢(shì)能隨溫度升高而增大,加入SNV后體系勢(shì)能相對(duì)提升。SNV分子的加入減小了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子間的空間位阻,SNV分子與瀝青質(zhì)分子的間距相對(duì)變大,表現(xiàn)為分子勢(shì)能增加。勢(shì)能的增加將提升膠質(zhì)-瀝青質(zhì)堆積結(jié)構(gòu)松動(dòng)概率。由圖12(b)可知,加入SNV后,非鍵勢(shì)能整體數(shù)值減小(負(fù)號(hào)表示吸引作用),說(shuō)明SNV分子與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子結(jié)合后,其帶電官能團(tuán)能夠與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子發(fā)生相互作用,減弱了膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子間的相互作用力。

圖12 降黏前后體系總勢(shì)能與非鍵勢(shì)能隨溫度的變化

擴(kuò)散系數(shù)表征分子在模擬體系中的遷移能力,擴(kuò)散系數(shù)越大,分子遷移性越強(qiáng),則黏度越小,因此,可通過(guò)擴(kuò)散系數(shù)反映SNV對(duì)稠油的降黏作用[21-22]。圖13為降黏前后體系中分子擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的變化。從圖13可知:隨著溫度升高,體系中分子擴(kuò)散系數(shù)增大;與加SNV前相比,加入SNV后體系分子擴(kuò)散系數(shù)增大,黏度降低。加入SNV前,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)為π-π堆積狀態(tài),形成自聚集的締合結(jié)構(gòu);而加入SNV后,其分子中的極性基團(tuán)和長(zhǎng)鏈烷基因氫鍵作用而吸附膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子,并穿插至膠質(zhì)、瀝青質(zhì)締合結(jié)構(gòu)的層間,抑制其聚集,使堆積結(jié)構(gòu)伸展,增強(qiáng)了分子擴(kuò)散能力。

圖13 降黏前后體系中分子擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的變化

3.2 SNV結(jié)構(gòu)表征

圖14 SNV的紅外光譜

圖15為SNV的1H NMR和13C NMR。由圖15(a)可知:在化學(xué)位移為6.87～7.35處,存在聚合物苯環(huán)上H原子的特征峰;在化學(xué)位移為4.25,3.81,3.77,3.67～3.73,3.57處出現(xiàn)VA的亞甲基、次甲基和SMA的甲基上H原子的特征峰;在化學(xué)位移為1.02～2.50處為SNV主鏈亞甲基、次甲基、甲基上H原子的特征峰。由圖15(b)的13C NMR譜圖可知,在化學(xué)位移為128.50處為碳鏈上羰基上C的特征峰,在化學(xué)位移為124.92處為取代芳烴上C的特征峰;在化學(xué)位移為70.84和64.77處分別為VA的次甲基、亞甲基和SMA上C的特征峰,聚合物主碳鏈上的亞甲基和次甲基上C的特征峰分別出現(xiàn)在化學(xué)位移為32.23和30.09處;在化學(xué)位移為11.48～30.01處為其他甲基和亞甲基上C的特征峰。降黏劑中存在SMA,N-PMI,VA 3種單體,說(shuō)明SNV成功合成。

圖15 SNV的1H NMR和13C NMR

3.3 SNV合成條件優(yōu)化

正交試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由表5可知,根據(jù)極差分析結(jié)果,各因素對(duì)SNV合成性能影響程度由大到小的順序?yàn)镕1>F2>F4>F3,SNV最佳合成條件為F12F23F44F31。但是,由于N-PMI的極性非常強(qiáng),在此合成條件下合成SNV的溶解度較低,降黏效果較差。因此,選擇表5中降黏效果最佳的試驗(yàn)條件為最佳合成條件,即:合成單體配比[n(SMA)∶n(N-PMI)∶n(VA)]為10∶1∶6、引發(fā)劑用量為0.5%、反應(yīng)時(shí)間為6 h、反應(yīng)溫度為50 ℃。在此最佳條件下合成的SNV降黏劑的對(duì)遼河稠油的降黏率可達(dá)43.76%。

3.4 SNV的降黏效果

分別測(cè)試1號(hào)、2號(hào)聚醚型降黏劑、200號(hào)溶劑油和SNV降黏劑對(duì)遼河稠油的降黏率,不同降黏劑的添加量均為稠油質(zhì)量的0.3%,結(jié)果見表6。由表6可知,1號(hào)和2號(hào)聚醚型降黏劑均可適度降低遼河稠油的黏度,但降黏效果均比SNV的降黏效果差,表明SNV降黏劑對(duì)遼河稠油具有較好的降黏效果。此外,聚醚型降黏劑為水溶性有機(jī)物,后處理困難。

表6 不同降黏劑對(duì)遼河稠油的降黏率比較

4 結(jié) 論

(1)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬驗(yàn)證了合成SNV具備理論可行性,分析其降黏機(jī)理為:SNV分子中的極性基團(tuán)能夠吸附膠質(zhì)、瀝青質(zhì),增加降黏體系分子勢(shì)能,長(zhǎng)鏈烷基可以促進(jìn)膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分散,抑制聚集體締合。

(2)通過(guò)正交試驗(yàn)方法,確定了SNV降黏劑的最佳合成條件:單體配比[n(SMA)∶n(N-PMI)∶n(VA)]為10∶1∶6、引發(fā)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、反應(yīng)時(shí)間為6 h、反應(yīng)溫度為50 ℃。在此條件下,合成SNV對(duì)遼河稠油的降黏率可達(dá)43.76%,其降黏效果優(yōu)于商用降黏劑。