Усовершенствованное средство уменьшения сопротивления среды

Усовершенствованное средство уменьшения сопротивления среды

Реферат

 

Изобретение относится к способу улучшения текучести движущегося углеводородного потока и к стабильной, неагломерирующейся суспензии, используемой в способе. Способ заключается во введении в поток стабильной неагломерирующейся суспензии, включающей воду, диспергированный в воде и не растворимый в ней некристаллический сверхвысокомолекулярный растворимый в углеводородах тонкоизмельченный полиалкен с 2 - 30 атомами углерода в молекуле алкенового предшественника, обладающий характеристической вязкостью по меньшей мере приблизительно 20 дл/г, поверхностно-активное вещество, гидрофильно-липофильный баланс которого составляет по меньшей мере приблизительно 9, в концентрации от примерно 0,05 до примерно 1% в пересчете на общую массу суспензии, от примерно 0,5 до примерно 30,0 мас.% одно- или многоатомного спирта, который, по существу, растворим в воде и который соответствует формуле R(OH)_n, где R - алкильный радикал, содержащий от 1 до примерно 6 атомов углерода, а n= 1-4, целое число. Тонкоизмельченный полиалкилен получают путем совмещения по меньшей мере одного алкена, содержащего от 2 до примерно 30 атомов углерода, полимеризационным катализатором при практически полном отсутствии кислорода и воды с последующей полимеризацией алкена при температуре, приемлемой для получения некристаллического сверхвысокомолекулярного полиалкилена, охлаждением до криогенной температуры и измельчением до тонкодисперсного состояния при криогенной температуре, которая ниже температуры стеклования полиалкена. 2 с. и 14 з.п.ф-лы, 5 табл., 2 ил.

Изобретение относится к улучшению текучести углеводородов, таких, как сырая нефть или продукты переработки, в трубах узкого сечения, таких, как трубопроводы. В настоящее время полагают, что это имеет особое значение в нефтяной промышленности.

В частности, изобретение относится к способу и композиции для ввода в движущиеся потоки углеводородов, таких, как сырая нефть или продукты переработки в трубопроводах, благодаря чему это средство улучшения текучести легко растворяется в движущихся углеводородах, разрешая, таким образом, существующие в данной области техники проблемы, связанные с необходимостью транспортировки опасных материалов с известными затруднениями при растворении эффективных средств улучшения текучести или средств уменьшения сопротивления среды в движущихся углеводородах. Создание стабильных, не образующих агломератов суспензий по изобретению и разработка способа применения таких суспензий способствует значительному продвижению на пути решения возникающих в полевых условиях проблем.

Аналогом настоящего изобретения является объект изобретения согласно патенту США 5449732, выданному 12 сентября 1995 г., относящемуся к приготовлению и применению некристаллических высокомолекулярных, растворимых в углеводородах полимеров, которые эффективны при уменьшении сопротивления среды или улучшении текучести движущихся потоков углеводородов, и озаглавленному "Не содержащая растворителей, маслорастворимая полимерная суспензия, уменьшающая сопротивление среды". В настоящей заявке, в частности, подробно описан предпочтительный в данном случае способ получения тонкодисперсных полиалкенов.

Аналогом настоящего изобретения является также объект изобретения согласно патенту США 5376697, выданному 27 декабря 1994 г., относящемуся к приготовлению и применению некристаллических высокомолекулярных, растворимых в углеводородах полимеров, которые эффективны при уменьшении сопротивления среды или улучшении текучести движущихся потоков углеводородов, и озаглавленному "Средства уменьшения сопротивления среды для движущихся углеводородов" и включенному в настоящее описание в качестве ссылки. В настоящей заявке, в частности, подробно описан другой предпочтительный в данном случае способ получения тонкодисперсных полиалкенов.

В данной области техники известно, что некоторые полимеры, которые обладают маслорастворимостью, могут быть получены с помощью различных средств полимеризацией в присутствии катализаторов с образованием высокомолекулярных некристаллических, растворимых в углеводородах полимеров. Когда такие полимеры растворяют в углеводородной текучей среде, движущейся в трубе, они значительно снижают турбулентность потока и уменьшают "сопротивление среды", уменьшая тем самым затрачиваемую мощность, необходимую для перемещения данного объема углеводородов, или, наоборот, позволяя перемещать увеличенные объемы текучей среды при данных затратах мощности. В целом эти полимеры являются средствами уменьшения сопротивления среды или улучшения текучести. Более того, разбавленные растворы высокомолекулярных полимеров и растворители, такие, как углеводороды, характеризуются высокими показателями текучести, необычными для общеизвестных кристаллических, в значительной массе нерастворимых, искусственным путем получаемых полимеров, таких, как полиэтилен и полипропилен. Эти растворимые в углеводородах материалы эффективны, в частности, в качестве средств уменьшения сопротивления среды и подавления туманообразования. Средством подавления туманообразования является полимер, который, когда его растворяют в углеводороде, способствует значительному увеличению среднего размера капелек и тем самым уменьшает воспламеняемость топливных брызг, образование которых вызывает сдвиг ветра при высокой скорости, который, например, происходит во время повреждения топливного отсека в результате удара, в частности при авиакатастрофе.

Одной из важных характеристик таких полимеров, когда их растворяют в углеводородах, является их чувствительность к механической деструкции при сдвиговых напряжениях. Таким образом, прохождение через насос, резкие сужения в трубопроводах и т.п. обстоятельства, в которых происходит турбулентное истечение, могут вызвать воздействие на полимер сдвиговых напряжений и последующее снижение эффективности, в некоторых случаях резкое. Следовательно, важно, чтобы эти полимеры были введены в движущийся углеводородный поток в форме, которая позволяет достичь некоторых целевых характеристик.

Полимер следует вводить в форме, адекватной простоте транспортировки и обращения с ним без помощи специального оборудования, поскольку точки ввода полимера в движущийся поток углеводородов часто могут находиться в удаленных и недоступных местах. Полимер должен также находиться в форме, в которой он быстро растворяется в транспортируемом углеводородном материале, поскольку до солюбилизации в потоке углеводородов такие полимеры оказывают слабое действие, уменьшающее сопротивление среды. Полимер должен также быть безвредным для конечной цели применения углеводородной текучей среды. Так, например, в случае сырой нефти, проходящей по трубопроводам, могут быть допустимыми более значительные количества воды и загрязняющих примесей, чем в трубопроводах для готовых продуктов, таких, как дизельное топливо и бензин, которые предназначены для сжигания в двигателях внутреннего сгорания и т.п.

Для решения проблемы приготовления, растворения, транспортировки и применения таких уменьшающих сопротивление среды полимеров в настоящее время разработан ряд различных технологий. При применении эти полимеры образуют крайне разбавленные растворы (с содержанием полимера в углеводородном продукте в пределах от примерно 1 до примерно 100 част./млн), которые эффективны для уменьшения сопротивления среды или подавления туманообразования. Обычный промышленный метод состоит в приготовлении разбавленных растворов полимера в инертном растворителе, таком, как керосин или другой растворяющий материал, как это указано в патенте США 4433123, выданном на имя Mack. Согласно этому патенту использовали раствор высокомолекулярного полимера, который пригоден для применения в качестве средства уменьшения сопротивления среды и который получали полимеризацией альфа-олефина в углеводородном растворителе. Смесь, содержащую полиолефин, растворитель и частицы катализатора, используют целиком, без разделения для приготовления разбавленных растворов полимеров в сырой нефти или других углеводородах. Однако один из недостатков такого технического решения состоит в применении растворителя, что связано с трудностями при перевозке и в обращении и может представлять опасность. Кроме того, сам продукт образует гелеобразное вещество, введение которого в движущиеся потоки углеводородных продуктов сопряжено с затруднениями технологического порядка, которое в низкотемпературных погодных условиях становится крайне вязким и обращение с которым в некоторых точках ввода в трубопровод оказывается затруднительным.

Кроме того, было установлено, что для синтеза высокомолекулярных полимеров, которые наиболее эффективны, как сказано в патентах США 4415714, 4493903 и 4945142, процесс полимеризации в растворе необходимо прекращать при получении полимера в количестве не более 20 мас.% в пересчете на общее содержимое реактора.

Второе техническое решение состоит в получении полимеров в виде твердого материала, как об этом сказано в патенте США 4340076, выданном на имя Wetzen. По мнению автора, высокомолекулярный полимер растворялся бы в растворителях очень быстро, если его измельчать в растворителе при температуре, которая ниже температуры стеклования. Было бы возможным достижение концентраций полимера 15 мас.% или больше, а для уменьшения сопротивления среды и улучшения текучести потребовалась бы его концентрация в потоке углеводородных продуктов всего в несколько частей на миллион. Все три патента США 4720397, 4826728 и 4837249, выданных на имя O'Mara и др., относятся к дроблению или тонкому измельчению полимеров до частиц очень малого размера в инертной атмосфере при температуре ниже температуры стеклования полимеров в присутствии разделяющих добавок, в результате чего образуется многослойное покрытие, которое удерживает инертную атмосферу вблизи полимерных частиц после измельчения. В патенте сказано, что измельчение до тонкодисперсных частиц обязательно следует проводить в инертной атмосфере с использованием хладагента, такого, как жидкий азот, а при дроблении полимера до частиц менее 0,5 мм или примерно 35 меш необходимо средство образования покрытия. Такой способ требует, чтобы до растворения в углеводородном растворителе частицы содержались в инертной атмосфере без контактирования с водой или кислородом.

Таким образом, либо необходимо предусматривать на частицах непроницаемое покрытие, которое предотвращает контактирование частиц с воздухом или водой до их растворения, либо всю систему целиком следует содержать в инертной атмосфере до растворения материала. Очевидно, что такое решение является достаточно сложным в практическом осуществлении, прежде всего в местах, удаленных от трубопроводов.

В соответствии с наиболее успешным техническим решением используют реакционную смесь процесса полимеризации, которая в целом включает высокомолекулярный полимер, растворенный в полимеризационном растворителе, таком, как гексан, гептан или керосин, в концентрации в пределах от всего 2-3% до максимум приблизительно 12%. Хотя, как было установлено, этот материал в условиях холодной погоды трудно перекачивать, наиболее экономичным в настоящее время путем является применение полимерных реакционных продуктов в качестве средств уменьшения сопротивления среды для движущихся углеводородных продуктов.

Все промышленные процессы или известные в настоящее время способы получения полимеров, которые могут быть использованы для уменьшения сопротивления среды или в целях улучшения текучести, обладают существенным недостатком. Известно, что сверхвысокомолекулярные материалы, которые в составе движущихся потоков углеводородных материалов наиболее эффективно уменьшают сопротивление среды или улучшают текучесть, трудно растворимы. Осуществление любого способа требует наличия дополнительного оборудования, которое в обычной практике в местах расположения трубопроводов и насосных станций не применяют, а также требует значительных инвестиций в оборудование для проведения соответствующих работ. Так, например, согласно способу по патенту США 3340076 требуется источник жидкого азота. Это обусловливает существенное увеличение стоимости и затруднений при применении. Ограничение содержания полимера 10-15% в современных промышленных способах также означает существенное удорожание транспортировки в пересчете на содержание активного полимерного вещества.

Полимеры, уменьшающие сопротивление среды, описаны в литературе, относящейся к данной области техники. К ее типичным, но не ограничивающим примерам относится патент США 3692676, в котором представлен способ уменьшения потери напора на трение потока или сопротивления среды у жидкостей, прокачиваемых по трубопроводам, добавлением незначительного количества высокомолекулярного некристаллического полимера. В патенте США 3884252 описано применение полимерных комков в качестве уменьшающего сопротивление среды материала. Такие материалы оказываются исключительно вязкоупругими и непригодными для изготовления изделий литьем под давлением или выдувным формованием. В целом эти полимеры не находят никакого другого применения, кроме как материалы для уменьшения внутреннего сопротивления и средства подавления туманообразования. Сами по себе те свойства, благодаря которым эти материалы оказываются исключительно эффективными как присадки, уменьшающие сопротивление среды, обусловливают исключительные затруднения в обращении с ними, поскольку они проявляют заметную тенденцию к текучести в естественных условиях или к повторному агрегированию, обычно в липкую массу.

Обычная склонность несшитого полимерного материала к текучести в естественных условиях или к повторному агрегированию хорошо известна. Для устранения таких характерных для полимеров недостатков, проявляющихся в текучести в естественных условиях в твердом состоянии, были предложены многочисленные решения. К типичным примерам таких технических решений, которыми весь их перечень не исчерпывается, относится описанное в патенте США 3791913, состоящее в том, что эластомерные гранулы подвергают поверхностной вулканизации до незначительной глубины с целью сохранить в каждой полимерной грануле невулканизованную внутреннюю часть, заключенную в вулканизованный материал. В патенте США 4147677 описан способ получения легкосыпучего тонкодисперсного порошка нейтрализованного сульфированного эластомера смешением с наполнителем и маслами. В патенте США 3736288 описаны растворы уменьшающих сопротивление среды полимеров в инертных, жидких в нормальных условиях растворителях, предназначенные для добавления в жидкости, движущиеся в трубах, для достижения эффекта растворения "в шахматном порядке" путем варьирования размеров полимерных частиц. Известно также суспендирование с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ). В патенте США 4340076 описан способ растворения высокомолекулярного углеводородного полимера в жидких углеводородах посредством измельчения полимера до дискретных частиц и контактирования этих материалов при почти криогенных температурах с углеводородами с целью ускорить растворение полимера. В патенте США 4584244 предлагается криогенное измельчение уменьшающих сопротивление среды полимеров в жидком азоте с использованием оксида алюминия, в результате чего получают легкосыпучую рыхлую твердую композицию, уменьшающую сопротивление среды.

В патентах США 4720397, 4826728 и 4837249 предлагаются способы и композиции, относящиеся к быстрорастворимой полимерной композиции или к криогенному измельчению полимера при температурах, которые ниже температур стеклования, со свежеочищенными поверхностями в инертной атмосфере и с покрытием, которое вблизи полимера удерживает инертную атмосферу до его полного растворения в углеводородном материале.

Из описаний, известных авторам настоящего изобретения, наиболее близким аналогом настоящего изобретения является техническое решение, описанное в патенте США 4212312. В нем описано получение уменьшающих сопротивление среды полимеров, которые переводят в частицы растворением полимеров в низкокипящем растворителе, который не смешивается с водой, совместно с поверхностно-активными веществами, в результате чего получают эмульсию, и последующим удалением из эмульсии растворителя отпаркой.

К настоящему изобретению имеет также некоторое отношение изобретение по патенту США 3736288. В этом патенте описано приготовление суспензии водорастворимого полимерного средства уменьшения сопротивления среды. Композиция включает: (а) порошкообразный водорастворимый этиленоксидный полимер, (б) не смешивающийся с водой, не являющийся растворителем органический разбавитель, (в) суспендирующий агент и (г) поверхностно-активное вещество.

Поверхностно-активное вещество используют с целью понизить вязкость суспензии, но оно не обеспечивает уменьшение сопротивления среды, что очевидно из утверждения: "при применении поверхностно-активного вещества образуются системы, которые обладают улучшенными характеристиками, такими, как текучесть, прокачиваемость и/или способность литься. Хотя вязкость системы значительно снижается, характеристики эффективности уменьшения гидродинамического сопротивления среды остается неизменной" (кол. 1, стр. 21-27). Данные, подтверждающие это высказывание, представлены в таблице 2 этого патента. В этом патенте подчеркивается, что текучий носитель представляет собой воду, а эффект уменьшения сопротивления среды достигается в воде. Это контрастирует с объектом настоящего изобретения, согласно которому текучий носитель суспензии не смешивается с углеводородным материалом, в котором происходит уменьшение сопротивления среды. По настоящему изобретению поверхностно-активное вещество регулирует, по-видимому, начало растворения и, таким образом, повышает эффективность уменьшения сопротивления среды, хотя авторы изобретения не желают связывать механизм явления с этой теорией.

По канадскому патенту 901727 предлагается способ непрерывной полимеризации. В этом способе используют два рулона листового материала, которому придают форму оболочки с неуплотненной, но прокатанной роликом кромкой. В полость, образующуюся при соединении двух листов, помещают полимеризационную смесь. Этот способ можно применять для формования с использованием соединений с полимеризуемыми кислородными функциональными группами, таких, как простые эфиры, ацетали, кетали и сложные эфиры. Оболочку сохраняют до завершения полимеризации, после чего извлекают пластмассовый листовой материал и извлекают также длинную полосу полимеризованного материала.

В патенте США 5244937 говорится, что криогенно измельченные уменьшающие сопротивление среды полимеры можно суспендировать в воде с использованием загустителя и вводить в движущиеся углеводородные потоки в виде суспензии.

В основу настоящего изобретения была положена задача устранить недостатки известных технических решений и создать стабильную, неагломерирующуюся суспензию, пригодную для улучшения текучести движущегося потока, включающего углеводороды, при введении в него. Другие задачи очевидны для специалистов в данной области техники из последующего описания.

На фиг. 1 показан график влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ), имеющих различный гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ), на уменьшение сопротивления среды в трубопроводе в зависимости от времени.

На фиг. 2 показан график влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ), имеющих различный ГЛБ, на уменьшение сопротивления среды в зависимости от концентрации уменьшающего сопротивление среды полимера.

Настоящее изобретение относится к улучшению текучести движущегося потока углеводородов, такого, как нефть или продукты, в трубе, такой, как трубопровод. Оно относится также к стабильной, неагломерирующейся суспензии, пригодной для улучшения текучести углеводородов. По существу в поток углеводородных материалов вводят стабильную, неагломерирующуюся суспензию, которая включает: (а) воду, (б) высокодиспергированный в воде и практически нерастворимый в ней исключительно тонкодисперсный некристаллический сверхвысокомолекулярный, растворимый в углеводородах недеструктированный полиалкен, содержащий от 2 до примерно 30 углеродных атомов в молекуле алкенового предшественника и обладающий характеристической вязкостью по меньшей мере приблизительно 20 дл/г, и (в) небольшое, но эффективное количество поверхностно-активного вещества, гидрофильно-липофильный баланс которого составляет по меньшей мере приблизительно 9.

Исключительно тонкодисперсный некристаллический сверхвысокомолекулярный, растворимый в углеводородах недеструктированный полиалкен может быть получен полимеризацией алкена и измельчением полученного таким образом полиалкена до тонкодисперсного состояния при криогенной температуре, которая ниже температуры стеклования уменьшающего сопротивление среды полиалкена.

Один из путей достижения этой цели состоит в осуществлении способа, который в целом включает: (а) совмещение по меньшей мере одного алкена, содержащего от 2 до примерно 30 углеродных атомов, с полимеризационным катализатором при практически полном отсутствии кислорода и воды в непроницаемой полимерной реакционной емкости, способной по существу предотвратить доступ кислорода и воды, причем эта емкость имеет такие размеры и форму, которые обеспечивают высокий теплоперенос от содержимого реакционной емкости к внешней окружающей среде, (б) полимеризацию алкена с одновременным отводом от полиалкена в реакционной емкости реакционного тепла в количестве, достаточном для поддержания реакционной температуры, приемлемой для получения некристаллического высокомолекулярного полиалкена, в течение времени, достаточного для получения такого полиалкена в количестве по меньшей мере 90 мас.% в пересчете на общее массовое количество реакционной смеси, (в) охлаждение полученного полиалкена и емкости до криогенной температуры и (г) измельчение реакционной смеси и полученного таким образом полиалкена до тонкодисперсного состояния при криогенной температуре, которая ниже температуры стеклования уменьшающего сопротивление среды полиалкена.

Суспензия может также включать от примерно 0,5 до примерно 30 мас.% одно- или многоатомного спирта, который по существу растворим в воде, предпочтительно моно- или полигидроксилированного алкана, молекулы которого содержат 1-6 углеродных атомов.

Настоящее изобретение позволяет в существенной мере решить главную в данной области техники проблему, т.е. исключительную трудность подачи полиалкеновых средств улучшения текучести или уменьшения сопротивления среды к точкам ввода на линиях, например, в удаленных местах, без необходимости транспортировки больших количеств других материалов, которые оказываются необходимыми в соответствии с известными техническими решениями. Исключается также необходимость в транспортировке и работе с опасными материалами.

По изобретению предлагается также метод регулирования растворения тонкоизмельченных частиц улучшающего текучесть полиалкена в углеводородном потоке. Так, например, растворение можно регулировать таким образом, чтобы оно происходило после прохождения насосной станции или более узкого участка трубопровода. Как известно в данной области техники, в растворенном состоянии эти материалы подвергаются нежелательной механической деструкции при сдвиговых напряжениях. В виде микрочастиц в суспензии они относительно нечувствительны к сдвиговым напряжениям.

В сравнении с описанным в патенте США 4212312 способом получения уменьшающего сопротивление среды средства путем разбавления маслорастворимого полимера в углеводородном материале, диспергирования раствора в воде с помощью поверхностно-активного вещества и последующей отпарки углеводородного материала, в результате которой остается суспензия полимера в воде с содержащимся в ней поверхностно-активным веществом, предлагаемый по настоящему изобретению способ обладает явным преимуществом, состоящим, прежде всего в том, что исключается необходимость решать очень трудную задачу растворения полимера. Сверхвысокомолекулярные полиалкены по изобретению являются исключительно хорошими средствами улучшения текучести, но оказываются крайне трудно растворимыми в недеструктированном и эффективном состоянии в углеводородах в экономически целесообразный период времени независимо от того, являются ли эти углеводороды "растворителем" или потоком углеводородов. Более того, свойства, благодаря которым сверхвысокомолекулярные полиалкены по изобретению являются превосходными средствами подавления туманообразования, обусловливают почти невозможность эмульгирования их растворов в углеводородах без серьезной деструкции, что неизбежно в соответствии с патентом США 4212312. Фактически весьма сомнительно, чтобы способ, описанный в патенте США 4212312, был бы в той же мере осуществим в случае сверхвысокомолекулярных полиалкенов по настоящему изобретению, хотя он вполне применим к другим полимерам, которые указаны в его описании.

Суспензии, приготовленные в соответствии с настоящим изобретением, характеризуются потенциально более высокой концентрацией полиалкена, чем суспензии, которые могут быть приготовлены без поверхностно-активного вещества. Неожиданным явилось то, что суспензии, предлагаемые по изобретению, способствуют уменьшению сопротивления среды и позволяют регулировать начало уменьшения сопротивления среды путем регулирования гидрофильно -липофильного баланса поверхностно-активного вещества. Исходя из уровня техники, было бы резонно предположить, что гидрофобный фрагмент поверхностно-активного вещества ориентирован в направлении полимерной частицы, вследствие чего гидрофильный фрагмент обращен к воде. Таким образом, было бы справедливо полагать, что образующееся облако гидрофильных остатков, окружающих каждую полиалкеновую микрочастицу, в значительной мере способствует стабильности суспензии, но также в значительной степени препятствует растворению полиалкена в движущемся углеводородном потоке. Настоящее изобретение основано на открытии того факта, что на самом деле справедливо обратное. Присутствие поверхностно-активных веществ, имеющих приемлемые значения гидрофильно-липофильного баланса, в суспензиях неожиданно способствует растворению в углеводородах и уменьшает сопротивление среды или улучшает текучесть углеводородных потоков.

По физической форме стабильные неагломерирующиеся суспензии по изобретению несколько напоминают латексную краску. Нет необходимости в использовании сколько-нибудь заметных количеств растворителей или углеводородов. Соответственно практически полностью исключаются работа с опасными материалами и их воздействие.

Тонкоизмельченные полиалкены по изобретению могут быть получены полимеризацией алкенов в массе с образованием сверхвысокомолекулярного полимера, криогенным измельчением полимера до тонкого порошка и смешением порошка с водой и поверхностно-активным веществом, в результате чего образуется стабильная суспензия. Использование пригодного суспендирующего агента оказывает весьма благотворное влияние при приготовлении стабильных шламов или суспензий. Помимо воды, поверхностно-активного вещества и высокодиспергированного, исключительно тонкоизмельченного некристаллического сверхвысокомолекулярного, растворимого в углеводородах недеструктированного полиалкена, по изобретению неагломерирующаяся суспензия может также содержать от примерно 0,5 до примерно 30 мас.% одно- или многоатомного спирта, который в существенной мере растворим в воде, предпочтительно алканола, алкандиола или полигидроксилированного алкана, каждая молекула которого содержит от примерно 1 до примерно 6 углеродных атомов. Хотя в ходе проведения процессов полимеризации в массе можно использовать другие растворители или добавки, предпочтительный конечный реакционный продукт насколько это возможно не должен содержать растворителя при условии проведения полимеризационного процесса практически без растворителя и получения уменьшающего сопротивление среды продукта. Обычно содержимое реактора для полимеризации в массе включает по меньшей мере 80 мас.% полимера. Реакционноспособные алкены обычно полимеризуют практически полностью (массовое содержание полимера превышает 95%), хотя вязкость в реакторе можно модифицировать добавлением нереакционноспособных компонентов, таких, как разбавляющие углеводороды. На долю реакционноспособных алкенов обычно приходится по меньшей мере 80% всего содержимого реактора, предпочтительно 90% всего содержимого реактора.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов выполнения изобретения полиалкены получают проведением полимеризации 1-алкенов, каждый из которых содержит от 2 до примерно 30 углеродных атомов, причем полимеризацию проводят при температуре выше 0^oF с одновременным отводом теплоты реакции в количестве, достаточном для возможности образования по существу некристаллического, растворимого в углеводородах сверхвысокомолекулярного полимера, проявляющего характеристическую вязкость (XB) по меньшей мере 20 децилитров на грамм (дл/г). Полимеризацию проводят с использованием катализаторов, которые требуют исключения кислорода и воды вследствие их дезактивации кислородом или водой.

В более общем случае полиалкены по изобретению могут быть получены полимеризацией алкенов в массе или растворе с получением по существу некристаллического, растворимого в углеводородах сверхвысокомолекулярного, уменьшающего сопротивление среды полимера, который эффективен для улучшения текучести движущихся потоков углеводородов.

Предпочтительный в данном случае полиалкен может быть получен полимеризацией в массе или растворе алкенов, содержащих 2-30 углеродных атомов, в присутствии полимеризационного катализатора и в полимеризационных условиях с одновременным отводом теплоты реакции в количестве, достаточном для получения полимера, проявляющего характеристическую вязкость (XB) по меньшей мере 20 децилитров на грамм (дл/г), однако предпочтительна XB, равная 25 дл/г или выше. Хотя в настоящем описании подробно представлена полимеризация в массе, представлены также те же самые подробности предпочтительного в данном случае способа полимеризации в растворе, подробно описанного в патенте США 5376697, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Из-за исключительно высокой молекулярной массы продуктов метод определения XB модифицируют, применяя четырехсекционный вискозиметр со сдвиговым разбавлением и производя измерения при концентрации 0,05 г полимера/100 мл гексанового растворителя при 25^oC и скоростью сдвига 300 с^-1, причем результаты в секции с высоким сдвигом не использовали.

В литературе, посвященной технике уменьшения сопротивления среды, говорится, что для достижения молекулярных масс, способных обеспечить хорошее уменьшение сопротивления среды в процессах полимеризации в растворе, необходимо поддерживать низкую концентрацию мономера (ниже 20 мас.% в пересчете на весь полимер) (патенты США 4358572, 4415714, 4433123, 4493903) и проводить полимеризацию в предпочтительном варианте при минимально возможной температуре, которая соответствует технологии производства. По патенту США 4384089 значительную часть реакции необходимо проводить при низкой температуре и охлаждать мономер. Такие полимеры также могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением.

Полиалкены сверхвысокой молекулярной массы, образующиеся при полимеризации 1-алкенов в массе, могут быть получены при относительно высоких температурах и при высоких концентрациях мономеров. Молекулярная масса этих сверхвысокомолекулярных полиалкеновых средств уменьшения сопротивления среды может быть значительно больше, чем у продуктов наибольшей молекулярной массы, которые получают полимеризацией в растворе.

Некоторые предпочтительные в данном случае тонкоизмельченные некристаллические сверхвысокомолекулярные, растворимые в углеводородах недеструктированные полиалкены, которые могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением для улучшения текучести углеводородов, могут быть получены по способу, который включает: (а) совмещение по меньшей мере одного алкена, содержащего 2-30 углеродных атомов, способного полимеризоваться с образованием некристаллического сверхвысокомолекулярного полиалкена, с полимеризационным катализатором в тонкостенной непроницаемой органической полимерной реакционной емкости, способной по существу предотвратить доступ в эту реакционную емкость кислорода и воды, причем эта емкость имеет такие размеры и форму, которые обеспечивают высокую теплопроводность от содержимого реакционной емкости к внешней окружающей среде, (б) полимеризацию алкена с получением некристаллического сверхвысокомолекулярного полиалкена и одновременным отводом от участвующего в реакции алкена в реакционной емкости тепла в количестве, достаточном для поддержания реакционной температуры, приемлемой для получения некристаллического сверхвысокомолекулярного полиалкена, в течение времени, достаточного для получения такого полиалкена, (в) охлаждение полученного полимера и емкости до криогенной температуры и (г) измельчение реакционной емкости и полученного полиалкена до тонкоизмельченного состояния при криогенной температуре, которая ниже температуры стеклования полиалкена.

Используемое в данном контексте понятие "по существу" означает, что реакционная емкость способна исключить доступ кислорода и воды в той мере, которой достаточно для протекания полимеризации, и указывает на тот факт, что в действительности несущественные количества воды и кислорода могут проходить через стенку реакционной емкости.

Общеизвестно, что проблема, с которой связана полимеризация в массе, состоит в удалении большого количества тепла реакции, поскольку температура может повышаться, достигая уровня от 500 до примерно 580^oF. Как сказано в патенте США 4358572, выданном на имя Mack, молекулярная масса конечного продукта в очень большой степени зависит от температуры во время реакции полимеризации. Изменение начальной температуры на 10^oF может изменить характеристическую вязкость (показателя непрямого определения молекулярной массы) на одну единицу или более.

В процессах полимеризации в массе сверхвысокомолекулярный полимер по изобретению может быть получен без охлаждения исходного материала или охлаждения реакционной смеси до низких температур. По настоящему изобретению для получения сверхвысокомолекулярного полимера целесообразно, но необязательно, начинать реакции при комнатной температуре и удерживать рост температуры до уровня приблизительно 60^oF.

Тем не менее для достижения максимальной молекулярной массы (характеристической вязкости), необходимой для наилучшего уменьшения сопротивления среды, увеличение количества тепла во время полимеризации в массе необходимо подавлять. Существуют максимальные размеры реакционной емкости, при превышении которых реакционное тепло невозможно отводить быстрее, чем оно выделяется в ходе реакции. Согласно расчетам в ходе проведения реакций полимеризации с использованием указанных алкенов максимальная толщина должна составлять приблизительно 9 дюймов. Однако для поддержания температуры на достаточно низком уровне с целью получения сверхвысокомолекулярного полимера во всем объеме реакционного сосуда предпочтительно проектировать реакционные емкости минимально возможных различных размеров. Для получения сверхвысокомолекулярных полиалкенов форма реакционных сосудов должна быть такой, чтобы охлаждающая среда воздействовала на максимальную площадь поверхности.

Было установлено, что эффективными реакционными сосудами для полимеризации (реакционными емкостями) служат полимерные бутыли и мешки. Однако