基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，包括步骤：(a)按照一定比例制备丙烯酰胺和氯乙酸；(b)将丙烯酰胺和氯乙酸加入到反应容器中，添加溶剂溶解后，加入催化剂；(c)搅拌让其充分混合均匀；(d)在水浴温度下反应一段时间后，且在反应过程中以一定速度搅拌，得到反应产物混合物；(e)冷却过滤；(f)将过滤后液体减压蒸馏，且控制干燥温度为80℃～100℃，分离后即得目标产品。本发明能成功的合成出带螯合性基团单体，合成过程简单，合成成本低，且合成出的带螯合性基团单体各项性能参数优良，能成功应用于制备防垢剂，通过控制合成过程中的干燥温度，从而提高工艺效率和产品质量。
【专利说明】基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺。
【背景技术】
[0002]防垢剂的早期应用可追溯到上世纪30年代，当时所用的防垢剂多为天然产物(如木质素和丹宁等)，在组成和性能上并不稳定，加酸(硫酸或盐酸)控垢也是这一年代所用方法之一。到了上世纪40年代,人们已经能够利用Langelier指数或Ryznar指数预测水的结垢倾向，但在技术上仍采用加酸调干燥温度的控垢手段。自上世纪50年代国外首次采用聚磷酸盐作防垢剂以来，防垢剂在国外发展迅速，目前已有数千种防垢剂投放市场，如美国的Nalco-8365、Nalco-3350 ;日本的T-225，NW-25等。我国的防垢剂的研究起步较晚，但发展速度很快，目前差不多国外有的产品我国也能生产。国内油气田常用防垢剂主要有有机膦酸盐类、高分子聚合物类、有机膦酸盐与聚羧酸盐复合类。一般说来，有机膦酸盐(酯)主要用于防碳酸盐垢，聚羧酸及其衍生物主要用于防硫酸盐垢，复合防垢剂主要用于防混合垢。自80年代末以来，国内外对有机膦羧酸、含磷聚合物类防垢剂的开发给予了极大关注，相继开发了多种产品。该类防垢剂分子结构中既还有膦酸基团(-P03H2)，又含有羧酸基团(-C00H)，因此，它同时具有防垢和缓蚀两种性能，不仅对碳酸盐垢防垢效果好，而且对CaS04、BaS04等硫酸盐垢也非常有效。
[0003]水溶性聚合物防垢剂在油田水处理上得到了比较广泛的应用，在油田锅炉水、工业循环冷却水、注水系统和油水集输系统等水处理方面都有显著的效果。我国对水处理技术的研究起步较晚，与国外的发展还有一定的差距。美国从1930年开始研究应用水处理剂，日本1955年开始研究应用水处理剂。我国从80年代开始研究聚合物水处理剂，至今已研究出许多新型的油田水处理剂，目前我国油田每年约消耗水处理剂7700吨。
`[0004]80年代初，丙烯酸/丙烯酸羟烷基酯的二元和三元共聚物作为商品进入我国。80年代中期，实现了国产化，奠定了我国研制水溶性聚合物水处理剂的基础。在这方面曹新庄等研究了丙烯酸羟烷基酯多元共聚物的浓度对磷酸钙、硫酸钙、氢氧化铁的阻垢率的关系。
[0005]80年代后期，吴振德等合成了 - ?丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸/丙烯酸共聚物(SA/AA)，发现这类化合物对磷酸钙的阻垢能力较强，同时进行了磺化苯乙烯/马来酸酐和丙烯酸三元共聚物的研制；朱清泉等合成了马来酸酐和乙酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯
[0006]酸甲酯、丙烯酰胺等的二元或三元共聚物，发现对CaC03和CaS04垢有较好的抑制性能。近年来开发了聚膦羧酸，它是由丙烯酸和次磷酸聚合而成，与膦羧酸复配对CaS04垢具有很好的防垢性能。刁月民等由水解聚马-丙共聚物和亚磷酸为原料，一步合成得到膦酸化马-丙聚合物，它具有阻垢和缓蚀的双重功能。由于油田生产与建设用锅炉等加热系统、输水输气设备、管线、地层孔隙、裂缝、井筒、油管、注水系统、油水集输系统等表面经常会出现结垢和腐蚀，不仅影响了油田产量，而且也降低加热系统的传热效率和设备的寿命。
[0007]在各类垢中，硫酸盐垢是最难处理的，特别是BaS04，因此各国都在竟相研究其对付办法。M.C.Van等人进行了旨在确定聚羧酸分子结构与其抑制BaS04晶体生长能力间关系的研究，他们采用了聚羧酸和聚马来酸为主干的接有不同亲、憎水基团(如羟基、羧酸、磺基、酰基)的聚电解质及聚丙烯酸和两种马来酸进行实验。实验结果表明，憎水基团的引入往往使防垢效果降低，如果引入的基团能够取代或增强象羧基这类基团的浓度和BaS04、CaS04晶体上的钡、钙的络合稳定性，那么就能增强防垢能力。上述研究结果已为实验所证实，丙烯酸、马来酸与许多带有羟基、磺基、酰基的烯类单体或次膦酸所合成的共聚物(齐聚物)均表现出较好的防垢的BaS04、CaS04能力。如成都科技大学与长庆油田共同研制的BS-2E，天研院开发的CT4-52，美国Nalco公司生产的V-953等防垢剂。BS-2E防垢剂(马来酸/醋酸乙烯酯的二元共聚物与有机膦酸盐复配)对于抑制BaS04、SrS04结垢有很好的效果，其性能基本达到了美国Nalco公司生产的V-953水平。CT4-52防垢剂(膦基聚马来酸酐)不仅能有效地抑制碳酸盐结垢，而且对BaS04、SrS04等硫酸盐垢也有很好的阻垢效果O
[0008]在各类钡、锶垢防垢剂的研制过程中，聚合物防垢剂的研发是一大热点。目前，国内已经开发出了一些性能优异的防垢剂，国内多用其它单体与马来酸酐、丙烯酸共聚以期提高防垢效率，如丙烯酸/丙烯酸酯共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺共聚物、磺化苯乙烯/马来酸酐共聚物、马来酸酐/醋酸乙烯酯/丙烯酸酯共聚物等。但由于没有从根本上改变聚合物的结构，达不到预期的效果。国外在这方面的研究也非常活跃，能生物降解的聚天冬氨酸盐的防垢剂在研究之中，莫比尔石油公司开发出一种新防垢剂，能够抑制多价金属离子结垢，据报道Ambar强化增产集团公司将具有螯合性能的产物用于防碳酸钙、硫酸钡、硫酸锶垢的生成，加拿大也正在研制一种能防硫酸钡垢的防垢剂。
[0009]为防止设备腐蚀和结垢、防止地层结垢堵塞地层、减少腐蚀结垢，提高油田水处理技术水平，油田已开始研制新型水处理剂。其发展趋势是研制使用复合水处理剂，克服单一配方的局限性，使复合配方具有协同效应。随着近年来环保意识的提高，人们开始着手研发绿色防垢剂，来降低甚至是消除防垢剂所带来对环境污染的副面效果。
[0010]根据高分子结构设计原理，在单体上引入螯合性基团，先合成带有螯合性基团的单体，且这种单体的均聚物或共聚物必须具备能与高价金属离子形成五元环状稳定螯合物的能力，其稳定性要优于现有大多形成七元环状螯合物的防垢剂。
[0011]在合成上述带螯合性基团单体的工艺过程中，干燥温度对产品的收率和产品质量将产生很大影响，如何确定一个适当的干燥温度，对整个合成工艺显得尤为重要。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，该合成工艺能成功的合成出带螯合性基团单体，合成过程简单，合成成本低，且合成出的带螯合性基团单体各项性能参数优良，能成功应用于制备防垢剂，通过控制合成过程中的干燥温度，从而提高工艺效率和产品质量。
[0013]本发明的目的通过下述技术方案实现:一种基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，包括以下步骤:
[0014](a)首先，按照一定比例制备丙烯酰胺和氯乙酸；
[0015](b)将丙烯酰胺和氯乙酸加入到反应容器中，然后添加溶剂溶解后，加入催化剂；
[0016](c)搅拌让 其充分混合均匀；[0017](d)再在水浴温度下反应一段时间后，且在反应过程中以一定速度搅拌，得到反应产物混合物；
[0018](e)将反应产物混合物冷却，并作过滤处理；
[0019](f)将过滤后液体减压蒸馏，且控制干燥温度为80°C~100°C，分离后即得目标产
品O
[0020]所述反应容器为烧杯。
[0021]所述步骤(f)中，通过旋转蒸发器进行减压蒸馏。
[0022]所述步骤(e)中，通过过滤网进行过滤处理。
[0023]所述步骤(f)中，控制干燥温度为85°C。
[0024]所述步骤(f)中，控制干燥温度为90°C。
[0025]所述步骤(f)中，控制干燥温度为95°C。
[0026]综上所述，本发明的有益效果是:能成功的合成出带螯合性基团单体，合成过程简单，合成成本低，且合成出 的带螯合性基团单体各项性能参数优良，能成功应用于制备防垢剂，通过控制合成过程中的干燥温度，从而提高工艺效率和产品质量。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
[0028]实施例:
[0029]本发明涉及的一种基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，包括以下步骤:
[0030](a)首先，按照一定比例制备丙烯酰胺和氯乙酸；
[0031](b)将丙烯酰胺和氯乙酸加入到反应容器中，然后添加溶剂溶解后，加入催化剂；
[0032](c)搅拌让其充分混合均匀；
[0033](d)再在水浴温度下反应一段时间后，且在反应过程中以一定速度搅拌，得到反应产物混合物；
[0034](e)将反应产物混合物冷却，并作过滤处理；
[0035](f)将过滤后液体减压蒸馏，且控制干燥温度为80°C~100°C，分离后即得目标产
品O
[0036]所述反应容器为烧杯。
[0037]所述步骤(f)中，通过旋转蒸发器进行减压蒸馏。
[0038]所述步骤(e)中，通过过滤网进行过滤处理。
[0039]所述步骤(f)中，控制干燥温度为85°C。
[0040]所述步骤(f)中，控制干燥温度为90°C。
[0041]所述步骤(f)中，控制干燥温度为95°C。
[0042]在合成上述带螯合性基团单体的工艺过程中，干燥温度对工艺效率和产品质量将产生很大影响，如何确定一个适当的干燥温度，对整个合成工艺显得尤为重要。本发明为了得到最佳的干燥温度，做了不同干燥温度下工艺效率和产品质量的影响实验，通过实验结果可知:干燥温度不同，整个工艺产品的效率和产品质量也不同。当干燥温度越大时，整个工艺的产品效率越高，但是当干燥温度达到一定值时，再增加干燥温度，对产品效率几乎不产生任何影响，相反会降低产品质量，故应综合考虑，本发明中的干燥温度为80°C~100°c，且最佳为90°C。
[0043] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。`
【权利要求】
1.基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，其特征在于，包括以下步骤: (a)首先，按照一定比例制备丙烯酰胺和氯乙酸； (b)将丙烯酰胺和氯乙酸加入到反应容器中，然后添加溶剂溶解后，加入催化剂； (c)搅拌让其充分混合均匀； (d)再在水浴温度下反应一段时间后，且在反应过程中以一定速度搅拌，得到反应产物混合物； (e)将反应产物混合物冷却，并作过滤处理； (f)将过滤后液体减压蒸馏，且控制干燥温度为80°C~100°C，分离后即得目标产品。
2.根据权利要求1所述的基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，其特征在于，所述反应容器为烧杯。
3.根据权利要求1所述的基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，其特征在于，所述步骤(f)中，通过旋转蒸发器进行减压蒸馏。
4.根据权利要求1所述的基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，其特征在于，所述步骤(e)中，通过过滤网进行过滤处理。
5.根据权利要求1所述的基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，其特征在于，所述步骤(f)中 ，控制干燥温度为85°C。
6.根据权利要求1所述的基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，其特征在于，所述步骤(f)中，控制干燥温度为90°C。
7.根据权利要求1所述的基于控制干燥温度的带螯合性基团单体的合成工艺，其特征在于，所述步骤(f)中，控制干燥温度为95°C。
【文档编号】C07C231/12GK103804219SQ201210479200
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月13日 优先权日:2012年11月13日
【发明者】冉启波 申请人:冉启波