[发明专利]一种纳米SiO2复合材料稠油降粘剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米SiO₂复合材料制备技术及应用领域，特别涉及一种纳米SiO₂复合材料稠油降粘剂及其制备方法。

背景技术

稠油是世界油气资源的重要组成部分，据统计，全世界稠油(包括沥青)的储量约为10¹¹吨，是已探明的轻质原油的六倍左右。随着轻质原油的可开采量越来越少及开采技术的不断提高，稠油资源的开采越来越受到世界各国的重视。然而，稠油粘度大、凝点高和流动性差的显著特点严重限制了稠油的开采和运输。

目前，在国内外应用或正在研究的稠油降粘法中，加热降粘技术用电量大，成本高；掺稀油降粘法造成了稀油资源的浪费，同样成本巨大；乳化降粘法后处理繁琐复杂，油溶性降粘剂降粘率偏低且选择性强。纳米材料降粘剂是一种新型降粘剂，它利用纳米颗粒尺寸小、比表面积大和吸附性强等特点，对稠油特别是高蜡稠油发挥降粘作用。

纳米SiO₂复合材料通过将纳米SiO₂颗粒与有机相由物理或化学作用复合在一起，既保留了纳米颗粒的特殊效应，又具有了有机相特定的功能，已经被广泛应用在塑料、涂料、结构材料、医药等领域。但是目前尚无纳米SiO₂复合材料应用于稠油降粘方面的报道。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种新型稠油纳米复合材料降粘剂及其制备方法，同时大幅降低稠油的粘度，从而增强其低温流动性。

为实现上述目的，本发明的设计思路是首先利用含有双键的硅烷偶联剂对纳米SiO₂进行预改性，然后将含有长碳链和强极性基团的有机单体与经过预改性的纳米SiO₂混合，在引发剂作用下完成接枝共聚。

本发明采用下述技术方案：

一种纳米SiO₂复合材料稠油降粘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)硅烷偶联剂对纳米SiO₂的表面预改性：在反应器中依次加入醇溶液、酸溶液和蒸馏水，搅拌混合均匀后，加入硅烷偶联剂，在室温搅拌下，水解2-3h；加入纳米SiO₂，升温至50-80℃，剧烈搅拌下反应3-6h；反应产物经离心分离、洗涤、干燥，即得到预改性产物；

(2)甲基丙烯酸高碳醇酯/丙烯酸高碳醇酯和丙烯酰胺在纳米SiO₂表面的接枝共聚：将预改性产物均匀分散于100-500ml无水乙醇中，加入甲基丙烯酸高碳醇酯/丙烯酸高碳醇酯和丙烯酰胺，搅拌溶解，升温至65-90℃，通氮气30min后，加入引发剂，氮气气氛下反应4-6h，产物经离心分离、洗涤、干燥，即得到纳米SiO₂复合材料稠油降粘剂；

所述醇溶液、酸溶液、蒸馏水的摩尔比为100:1-2:2-4，纳米SiO₂与醇溶液的质量比为1:15-25，硅烷偶联剂与纳米SiO₂的质量比为1:2-3；所述甲基丙烯酸高碳醇酯/丙烯酸高碳醇酯和丙烯酰胺的摩尔比为1-6:1-6，二者的总质量为预改性产物的10％-50％，引发剂的加入量为所述甲基丙烯酸高碳醇酯/丙烯酸高碳醇酯和丙烯酰胺总质量的0.05％-2％。

1.步骤(1)中，所述的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷。

步骤(1)中，所述醇溶液为无水乙醇或甲醇，所述酸溶液为乙酸、草酸或盐酸。

步骤(1)中，所述纳米SiO₂与醇溶液的质量比为1：20。

步骤(2)中，所述甲基丙烯酸高碳醇酯/丙烯酸高碳醇酯的“高碳酯”中的碳原子数为12-32。

步骤(2)中，所述的甲基丙烯酸高碳醇酯为甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十六酯甲基丙烯酸二十酯或甲基丙烯酸二十二酯，所述的丙烯酸高碳醇酯为丙烯酸十二酯、丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸二十酯或丙烯酸二十二酯。

步骤(2)中，所述甲基丙烯酸高碳醇酯/丙烯酸高碳醇酯为甲基丙烯酸十八酯。

步骤(2)中，所述的引发剂为过氧化苯甲酰、过硫酸铵、过硫酸钾或偶氮二异丁腈。

上述任一所述的方法制得的纳米SiO₂复合材料稠油降粘剂，以纳米SiO₂为基体，具有疏水亲油性和降粘性。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：