[技术讨论]减阻剂的历史、减阻机理及发展方向 [复制链接]

减阻的机理说法很多，尚无定论。如伪塑说、湍流脉动抑制说、粘弹说、有效滑移说、湍流抑制说等等。

油相减阻剂从其结构看，多数是流状链或长直链少侧链的高分子聚合物，如CDR102是高分子聚-σ烯烃，分子量为106～107。这种高分子聚合物纯剂为橡胶状固体，作为商品，一般是溶在烃类(煤油)的溶液中。10%的减阻剂溶液呈非常粘稠的粘弹性体，较难流动，可拔成很长的丝。高聚物减阻剂能溶于原­油或油品中，但不溶于水，遇水发生分子长链卷曲。减阻剂溶液呈强牛顿特性，低剪切率下粘度高达3000Pa·S，120℃以下不会分解，比较稳定。

减阻作用是一种特殊的湍流现象，减阻效应是减阻影响湍流场的宏观表现，它是一个纯物理作用。减阻剂分子与油品的分子不发生作用，也不影响油品的化学性质，只是与其流动特性密切相关。在湍流中，流体质点的运动速度随机变化着，形成大大小小的旋涡，大尺度旋涡从流体中吸收能量发生变形、破碎，向小尺度旋涡转化。小尺度旋涡又称耗散性旋涡，在粘滞力作用下被减弱、平息。它所携带的部分能量转化为热能而耗散。在近管壁边层内，由于管壁剪切应力和粘滞力的作用，这种转化更为严重

在减阻剂加入到管道以后，减阻剂呈连续相分散在流体中，靠本身特有的粘弹性，分子长链顺流向自然À­伸呈流状，其微元直接影响流体微元的运动。来自流体微元的径向作用力作用在减阻剂微元上，使其发生扭曲，旋转变形。减阻剂分子间的引力抵抗上述作用力反作用于流体微元，改变流体微元的作用方向和大小，使一部分径向力被转化为顺流向的轴向力，从而减少了无用功的消耗，宏观上得到了减少摩擦阻力损失的效果。

在层流中，流体受粘滞力作用，没有像湍流那样的旋涡耗散，因此，加入减阻剂也是徒劳的。随着雷诺数增大进入湍流，减阻剂就显露出减阻作用。雷诺数越大减阻效果越明显。当雷诺数相当大，流体剪切应力足以破坏减阻剂分子链结构时，减阻剂降解，减阻效果反而下降，甚至完全失去减阻作用。减阻剂的添加浓度影响它在管道内形成弹性底层的厚度，浓度越大，弹性底层越厚，减阻效果越好。理论上，当弹性底层达到管轴心时，减阻达到极限，即最大减阻。减阻效果还与油品粘度、管道直径、含水、清管等因素有关。

    流体的摩擦阻力限制了流体在管道中的流动，造成管道输量降低和能量消耗增加，而高聚物减阻法是在流体中注入少量的高分子聚合物，使之在紊流状态下降低流动的阻力。
    减阻的概念早在20世纪40年代就已经­提出。20世纪初美国纽约的消防队员曾使用水溶性聚合物增加排水系统的流量。1948年Toms在第一届国际流变学会议上发表了第一篇有关减阻的论文，文章指出，以少量的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶于氯苯中，摩阻可降低约50%，因此，高聚物减阻又称为Toms效应。20世纪60年代末，美国Conoco公司研制成CDR-101型减阻剂，1972年取得专利，1977～1979年间首次商业化应用于横贯阿À­斯加的原­油管道的越站输送及提高输量方面，并取得巨大成功。1981年又研制成功CDR-102型减阻剂，比CDR-101型的性能成数倍地提高。20世纪80年代初，开展了成品油管道的减阻试验，用于汽油、煤油、柴油和NGL、LPG的减阻，到1984年正式在成品油管道上应用。70年代中期，美国Shellco公司和加拿大Shell Inc公司提出申请减阻剂专利。1983年，美国Atlantic Richfield co公司研制出Arcoflo减阻剂产品，加入5ppm即可达到20%的减阻效果。

将高浓度减阻聚合物微粒封装在由某些惰性物质组成的外壳内，便制成了微囊减阻剂(microencapsulated drag reducing agent)，又称MDRA。微囊减阻剂的研制成功是减阻剂发展的一个新动向。生产微囊减阻剂的方法有很多种，主要包括静态挤压法、离心挤压法、振动喷嘴法、旋转盘法、界面聚合、多元凝聚、悬浮聚合等。生产微囊减阻剂的静态挤压喷嘴和微囊的形成过程见图1。

使用这种装置生产微囊减阻剂，是将聚合反应单体、催化剂和外壳材料分别从中心孔和外环套中加入，并以一定的速度从装置下端挤出，形成微囊减阻剂颗粒。挤出速度非常重要，当挤出速度慢时，形成的微囊颗粒外观规整、尺寸均匀；相反，如果挤出速度较快，将会使微囊颗粒发生粘连，造成微囊颗粒形状异常、大小不一。在生产过程中保持一定频率的振动，将有利于控制微囊颗粒的粒度。

由于单体是在封闭的小微囊内进行本体聚合反应，对于单个微囊，反应规模极小，因此，反应条件可以得到很好地控制，特别是反应热能够被及时散发掉。如果单体是σ-烯烃，通常使用齐格勒-纳塔体系催化剂，并在微囊形成之前加入。由于齐格勒-纳塔体系催化剂遇到氧气会迅速失效，因此反应体系内不能有氧气存在。某些单体可以使用紫外线引发聚合，但紫外线必须能够穿透微囊外壳。

微囊外壳是微囊减阻剂的重要组成部分，外壳材料与微囊内芯的反应物不能相互反应或混溶。如果微囊内芯是σ-烯烃聚合反应体系，为避免催化剂失效，微囊外壳中就不能有氧气存在，但少量的羟基和羧基对聚合反应影响不大。比较合适的外壳材料有聚丁烯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、蜡、硬脂酸等。若微囊外壳本身是聚合物，其聚合反应可以在生产微囊减阻剂的过程中进行，但是不能制约形成微囊系统的其它技术需求。另外要求微囊外壳在运输和储存过程中性能稳定，其破碎或溶解残渣对原­油或石油产品的物化性质以及油品加工过程没有影响。微囊外壳可以通过溶解在注入介质或管输流体中、机械破碎、融化、光化学破碎、生物降解、化合等方法去除。

由于微囊减阻剂以固体颗粒的形式储存和运输，因此节省了运输溶剂、浆料或其它载体的费用。注入输油管道时，如果需要使用溶剂或其它载体(即注入介质)，则可以在当地低价采购，现场配液，而不再需要复杂的后处理工序。

见图1?
在哪呢?看看啊
麻烦补充

除了减阻剂外
还有什么其他方式达到减阻呢?

减阻剂的主要成分和经典产品是什么？可否详细给出？

谢谢楼主分享