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EP2947134A1 - Procede de reduction de friction dans le transport de l'ethanol - Google Patents

Procede de reduction de friction dans le transport de l'ethanol Download PDF

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Publication number
EP2947134A1
EP2947134A1 EP15168058.4A EP15168058A EP2947134A1 EP 2947134 A1 EP2947134 A1 EP 2947134A1 EP 15168058 A EP15168058 A EP 15168058A EP 2947134 A1 EP2947134 A1 EP 2947134A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substituted
acrylate
polymer
methacrylate
ethanol
Prior art date
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Granted
Application number
EP15168058.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2947134B1 (fr
Inventor
Cédrick FAVERO
Olivier Braun
Pïerrick Cheucle
Bernard Quillien
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SPCM SA
Original Assignee
SPCM SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SPCM SA filed Critical SPCM SA
Publication of EP2947134A1 publication Critical patent/EP2947134A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2947134B1 publication Critical patent/EP2947134B1/fr
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • C10M151/00—Lubricating compositions characterised by the additive being a macromolecular compound containing sulfur, selenium or tellurium
    • C10M151/02—Macromolecular compounds obtained by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
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    • C10L1/195—Macromolecular compounds obtained by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10L1/196—Macromolecular compounds obtained by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds derived from monomers containing a carbon-to-carbon unsaturated bond and a carboxyl group or salts, anhydrides or esters thereof homo- or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals each having one carbon bond to carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical or of salts, anhydrides or esters thereof
    • C10L1/1963—Macromolecular compounds obtained by reactions involving only carbon-to-carbon unsaturated bonds derived from monomers containing a carbon-to-carbon unsaturated bond and a carboxyl group or salts, anhydrides or esters thereof homo- or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals each having one carbon bond to carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical or of salts, anhydrides or esters thereof mono-carboxylic
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    • C10L2250/04—Additive or component is a polymer

Definitions

  • the present invention relates to the field of ethanol transport.
  • the invention relates to the use of a specific polymer as a friction reducer for the transport of ethanol.
  • water-soluble polymers of high molecular weight can act as friction reducers of aqueous solutions.
  • the stretching of the polymeric chains in solution makes it possible to delay the turbulent regime established during the transport of the fluid at high speed. The consequence is a reduction in the energy required to transport the aqueous solution.
  • the state of the art relating to biofuels concerns the development of specific polymers for biodiesels (mixtures of fatty acid esters) making it possible to reduce their viscosity, especially at low temperature, to improve their transport by pipeline.
  • biodiesels mixtures of fatty acid esters
  • the polymers described are mainly hydrophobic polymers belonging to the categories of polyalkyl (meth) acrylates, polyalkyl (meth) acrylamide, polyesters, and polyolefins.
  • bioethanol does not have a problem of viscosity to be transported but it is subject to friction.
  • the polymers conventionally used to reduce friction during the transport of aqueous solutions can not be used for lack of solubility in bioethanol.
  • the document BR PI0 900 355 mentions that polymers of the polyethylene glycol (PEG) type are effective in reducing friction during the transport of bioethanol.
  • a polymer will be all the more effective in reducing friction phenomena as its molecular weight is important.
  • PEGs are not known to have very large molecular masses because of their synthetic processes.
  • the polymers with the largest masses are the polyacrylamide derivatives but the existing products are not soluble in ethanol. Indeed, ethanol is commonly used as a counter-solvent for precipitating polyacrylamides.
  • the problem to be solved by the invention is therefore to develop a polymer to reduce friction and thus improve the transport of ethanol.
  • the subject of the present invention is a process for reducing the friction of ethanol during its transportation in a pipe consisting in putting the ethanol in contact with a polymer-based composition, characterized in that the polymer is obtained at from at least one monomer selected from the group consisting of N-substituted acrylamide, N-substituted methacrylamide, N, N-substituted acrylamide, N, N-substituted methacrylamide, substituted acrylate, and substituted methacrylate.
  • the polymer is contacted with ethanol during transport.
  • it is advantageously introduced into the pipe which transports the ethanol.
  • the contacting of the ethanol with the polymer or a polymer-based composition may in particular be carried out by introducing or injecting the polymer or a composition based on said polymer into a pipe allowing the transport of a fluid (ethanol). .
  • the contacting between the polymer and the ethanol can be carried out before the introduction of ethanol into the transport pipe. It can be carried out in a storage tank for example.
  • ethanol and fluids whose transport is improved designate ethanol, especially bioethanol, and also fluids composed essentially of ethanol, said fluids containing at least 50%, preferably at least 80% by weight ethanol.
  • Ethanol is advantageously bioethanol. It is preferably derived from biomass.
  • the polymer used in the transport of ethanol is obtained from at least 50 mol% of at least one monomer chosen from the group comprising the (meth) acrylamide N monomers. -substituted or N, N-substituted, and substituted (meth) acrylate monomers.
  • N-substituted or N, N-substituted (meth) acrylamide monomers and / or substituted (meth) acrylate monomers makes it possible to obtain not only soluble polymers in high concentration both in and in ethanol, but also made it possible to obtain polymers with friction reducing performance in the transport of ethanol-based fluids.
  • These monomers are advantageously nonionic.
  • the polymer used to reduce friction in the process which is the subject of the invention has a molecular weight preferably of between 0.5 and 25 million g / mol, more preferably greater than 2 million g / mol, and even more preferentially greater than 5 million g / mol.
  • the polymer used to reduce friction in the process which is the subject of the invention comprises at least 80 mol% of monomers N-substituted or N, N-substituted (meth) acrylamide and / or substituted (meth) acrylate monomers, preferably at least 90 mol%.
  • the polymer may especially be a homopolymer of N-substituted or N, N-substituted (meth) acrylamide monomers or substituted (meth) acrylate monomers.
  • the N-substituted or N, N-substituted (meth) acrylamide monomers are preferably chosen from N-ethylacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-tert-butylacrylamide, diacetoneacrylamide, N-hydroxyethylacrylamide, N- hydroxymethylacrylamide, N-alkyl acrylamide (C 3 -C 22 alkyl), N- [tris (hydroxymethyl) methyl] acrylamide, N-acryloylmorpholine, N, N-dimethylacrylamide, N, N-diethylacrylamide, N, N-dialkylacrylamide (alkyl: C3 to C22).
  • the substituted (meth) acrylate monomers are preferably chosen from methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, (meth) acrylate and the like.
  • the carbon chain of the substituted part of the monomers mentioned above allows good solubility of the polymer in water and in alcohol.
  • the substituted chains of the N-substituted or N, N-substituted (meth) acrylamide monomers and / or substituted (meth) acrylate monomers preferably contain less than 30 carbon atoms, more preferably less than 10 carbon atoms, and still more preferably less than 5 carbon atoms.
  • the friction reducing polymer according to the invention may further comprise at least one ionic monomer in an amount of less than 40 mol%, preferably less than 20 mol%, very preferably less than 10 mol%.
  • the ionic monomer is preferably an anionic monomer.
  • This anionic monomer is preferably chosen from acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, maleic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulphonic acid (ATBS), vinylsulphonic acid, and acid. vinylphosphonic, said anionic monomer being uns-salified, partially or totally salified, and salts of 3-sulfopropyl methacrylate.
  • the ionic monomer may be a cationic monomer.
  • This cationic monomer is preferably chosen from diallyl dimethyl ammonium chloride (DADMAC) dialkylaminoethyl acrylate (ADAME) and dialkylaminoethyl methacrylate (MADAME), acrylamido dialkylamino propyl, meth acrylamido dialkylamino propyl, and their acidified or quaternized salts.
  • DADMAC diallyl dimethyl ammonium chloride
  • ADAME dialkylaminoethyl acrylate
  • MADAME dialkylaminoethyl methacrylate
  • the polymer used in the process which is the subject of the invention is a homopolymer of N-substituted or N-substituted (meth) acrylamide, a substituted (meth) acrylate homopolymer, a copolymer of (meth) acrylate and acrylic acid, or a copolymer of N, N-di (m) ethylacrylamide and 2-acrylamido-2-methylpropanesulphonic acid (ATBS).
  • the polymer is a polymer chosen from the group comprising the homopolymer of N, N-dimethylacrylamide, the homopolymer of N, N-diethylacrylamide, the copolymer of N, N-dimethylacrylamide and acrylic acid. , the copolymer of N, N-diethylacrylamide and of acrylic acid, the copolymer of N, N-dimethylacrylamide and of 2-acrylamido-2-methylpropanesulphonic acid, and the copolymer of N, N-diethylacrylamide and of acid 2 -acrylamido-2-methylpropanesulphonic acid.
  • the polymer used in the friction reduction method according to the invention may further comprise at least one nonionic monomer such as acrylamide.
  • the polymer used does not require development of a particular polymerization process. Indeed, it can be obtained by any of the polymerization techniques well known to those skilled in the art, that is to say by solution polymerization, suspension polymerization, gel or bulk polymerization, precipitation polymerization, emulsion polymerization. (Aqueous or inverse) followed or not by a step of spray drying, micellar polymerization followed or not by a precipitation step, post-hydrolysis polymerization or co-hydrolysis, polymerization called "template", radical, or radical controlled.
  • the polymer may be in liquid or solid form when its preparation includes a drying step such as spray drying, drum drying or microwave drying.
  • the polymer is preferably obtained according to a method of synthesis in the gel route which makes it possible to obtain polymers of very high molecular weight in an economical and ecological manner (because without solvent).
  • the method of synthesis in the gel process consists in polymerizing monomers in aqueous solution in order to obtain a gel which is then ground and dried to obtain a powder.
  • the method which is the subject of the present invention comprises a step of contacting the ethanol to be transported with at least one friction-reducing polymer obtained from N-substituted or N, N-substituted (meth) acrylamide monomers. and / or substituted (meth) acrylate monomers.
  • the process according to the invention is particularly advantageous when large volumes of ethanol are transported over long distances. More particularly, the process according to the invention relates to the transport of ethanol over a distance greater than 1 km, preferably greater than 5 km, and possibly exceeding 20 to 50 km.
  • the flow rate is generally high and greater than 10 liters per second, preferably greater than 100 liters per second.
  • the polymer is used in a composition comprising water or ethanol or a mixture of both.
  • the polymer for reducing friction during the transport of ethanol in a pipe can be implemented in a solution or a concentrated dispersion (of the order of 1,000 to 20,000 ppm). This solution may be diluted beforehand or not before it comes into contact with ethanol. This dilution is advantageously carried out in ethanol, or in an ethanol-based fluid as described above. The only concentration limit of this solution or Concentrated dispersion corresponds to the manipulability limit due to the increase in viscosity as the polymer concentration increases.
  • the polymer is generally introduced into an ethanol-carrying conduit by any means known to those skilled in the art allowing a polymer or a solution / composition to come into contact with the fluid (ethanol), preferably in a pipe carrying the fluid (ethanol).
  • the systems for injecting a fluid into a pipe are quite appropriate.
  • the composition comprises water and / or ethanol.
  • the amount of polymer used in the process according to the invention is between 5 and 5,000 ppm by weight relative to ethanol, preferably less than 1,000 ppm and very preferably between 10 and 500 ppm by weight relative to ethanol.
  • the introduction of the polymer can be made throughout the transport, in one or more additions.
  • the process according to the invention offers undeniable advantages in the transport of ethanol (in particular bioethanol).
  • ethanol in particular bioethanol.
  • the polymers described above effectively reduce friction during the transportation of ethanol and thus facilitate the transport of large quantities over long distances. The energy required for the transport of ethanol is thus significantly reduced.
  • An aqueous phase is prepared by mixing 520 g of N, N-dimethylacrylamide (DMA) and 978.2 g of deionized water. The pH is adjusted to 5 by adding 1.8 g of acetic acid. Several additives are added to the aqueous phase: 0.04 g of a solution of 40% sodium diethylenetriaminepentaacetate, 0.01 g of sodium hypophosphite and 1.5 g of azobis-isobutyronitrile. The polymerization is conducted under adiabatic conditions by adding an oxido-reducing pair (typically sodium persulfate / iron salt II). The temperature rises 70 ° C in 4h. The finished product is a gel which is chopped, dried and milled to yield the desired product in powder form.
  • DMA N, N-dimethylacrylamide
  • Example 1 The protocol used for Example 1 was repeated but the composition of the aqueous phase was modified: 494 g of N, N-dimethylacrylamide (DMA), 120.25 g of a 50% solution of the sodium salt of the acrylamidomethylpropylsulfonic acid (ATBSNa), 2.25 g of acetic acid to reach a pH of 4 and 883.5 g of deionized water.
  • DMA N, N-dimethylacrylamide
  • ATBSNa acrylamidomethylpropylsulfonic acid
  • acetic acid to reach a pH of 4 and 883.5 g of deionized water.
  • Example 1 The protocol used for Example 1 was repeated but the composition of the aqueous phase was modified: 493.75 g of N, N-dimethylacrylamide (DMA), 63.55 g of a solution containing 80% of acryloylethyltrimethylammonium (ADAMQUAT), 9.125 g of acetic acid to reach a pH of 4.2 and 933.575 g of deionized water.
  • DMA N, N-dimethylacrylamide
  • ADAMQUAT a solution containing 80% of acryloylethyltrimethylammonium
  • acetic acid 9.125 g of acetic acid to reach a pH of 4.2 and 933.575 g of deionized water.
  • the friction reduction evaluation was evaluated in turbulent ethanol using a flow loop.
  • a 3 meter tube with a diameter of 1/8 "(1/8") is used At 20 ° C and at a rate of 60 l / h, the Reynolds number applied is 12,000.
  • the monitoring of the friction reducing effect is obtained by measuring the pressure drop in the tube.
  • the tested polymers were first dissolved in ethanol at 10,000 ppm (stock solution). This makes it possible to verify that all the polymers prepared have a good solubility in ethanol.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé pour réduire la friction de l'éthanol pendant son transport dans une canalisation. Ce procédé consiste à mettre l'éthanol en contact avec une composition à base de polymère, caractérisé en ce que le polymère est obtenu à partir d'au moins 50 mol% d'au moins un monomère choisi dans le groupe comprenant les acrylamide N-substitués, les méthacrylamide N-substitués, les acrylamide N,N-substitués, les méthacrylamide N,N-substitués, les acrylate substitués, et les méthacrylate substitués.

Description

  • La présente invention concerne le domaine du transport de l'éthanol. L'invention se rapporte à l'utilisation d'un polymère spécifique comme réducteur de friction pour le transport de l'éthanol.
  • Le transport de l'éthanol, et particulièrement le bioéthanol, est un sujet d'importance dans un contexte de transition énergétique où les énergies fossiles sont progressivement remplacées par des technologies alternatives. L'éthanol (bioéthanol) produit à partir de la biomasse connait un fort développement et la question de son transport efficace sur de longues distances se pose.
  • En 1949 (Proceedings of the International Congress on Rheology, North-Holland), Tom découvre que l'ajout de faible quantité de polymères dans un fluide turbulent permet d'améliorer son transport grâce à la réduction des frictions.
  • Il est connu que les polymères hydrosolubles de forte poids moléculaire peuvent jouer le rôle de réducteur de friction de solutions aqueuses. L'étirement des chaînes polymériques en solution permet de retarder le régime turbulent s'établissant lors du transport du fluide à grande vitesse. La conséquence est une réduction de l'énergie nécessaire au transport de la solution aqueuse.
  • Le transport à grande vitesse d'autres fluides que l'eau est également sujet à ces problématiques de friction. La difficulté réside cependant dans le fait que les polymères développés pour le transport des solutions aqueuses ne peuvent pas être utilisés du fait de leur piètre solubilité dans ces fluides.
  • Par autres fluides, on entend des solvants organiques, des huiles ou des biocombustibles.
  • L'état de l'art relatif aux biocombustibles concerne le développement de polymères spécifiques pour les biodiesels (mélanges d'esters d'acide gras) permettant de réduire leur viscosité, surtout à basse température, pour améliorer leur transport par pipeline. Nous pouvons notamment citer les documents WO2013/160228 (Evonik Oil additives), WO2013/123288 (Baker Hughes), WO2013/171319 (Dupont), et EP2383327 (NOF). Les polymères décrits sont principalement des polymères hydrophobes appartenant aux catégories des polyalkyl(méth)acrylates, polyalkyl(méth)acrylamide, polyesters, et polyoléfines.
  • Parmi les biocombustibles, nous pouvons citer le bioéthanol. Ce dernier ne présente pas de problème de viscosité pour être transporté mais il est soumis aux frictions. Les polymères classiquement utilisés pour réduire les frictions lors du transport de solutions aqueuses (dérivés de polyacrylamide) ne peuvent être utilisés par manque de solubilité dans le bioéthanol. En revanche, le document BR PI0 900 355 (Universidade Estadual De Campinas) mentionne que des polymères de type polyéthylèneglycol (PEG) sont efficaces pour réduire la friction lors du transport du bioéthanol.
  • Un polymère sera d'autant plus efficace pour réduire les phénomènes de friction que son poids moléculaire est important. Or les PEG ne sont pas connus pour présenter de très grandes masses moléculaires du fait de leurs procédés de synthèse.
  • Les polymères possédant les plus grandes masses sont les dérivés de polyacrylamide mais les produits existant ne sont pas solubles dans l'éthanol. En effet, l'éthanol est couramment utilisé en tant que contre-solvant pour précipiter des polyacrylamides.
  • La préparation d'un polymère apte à réduire les frictions dans le transport de l'éthanol nécessite de synthétiser un polymère de très haute poids moléculaire soluble dans l'éthanol.
  • Le problème que se propose de résoudre l'invention est donc de développer un polymère permettant de réduire les frictions et ainsi améliorer le transport de l'éthanol.
  • De manière tout à fait surprenante, la Demanderesse a découvert que l'utilisation de polymères obtenus à partir de monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués et/ou de monomères (méth)acrylate substitués permet de résoudre ce problème.
  • Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour réduire la friction de l'éthanol pendant son transport dans une canalisation consistant à mettre l'éthanol en contact avec une composition à base de polymère, caractérisé en ce que le polymère est obtenu à partir d'au moins un monomère choisi dans le groupe comprenant les acrylamide N-substitués, les méthacrylamide N-substitués, les acrylamide N,N-substitués, les méthacrylamide N,N-substitués, les acrylate substitués, et les méthacrylate substitués.
  • De manière avantageuse, le polymère est mis en contact avec l'éthanol pendant le transport. En d'autres termes, il est avantageusement introduit dans la canalisation qui transporte l'éthanol.
  • La mise en contact de l'éthanol avec le polymère ou une composition à base de polymère peut notamment être réalisée par introduction ou injection du polymère ou d'une composition à base dudit polymère dans une canalisation permettant le transport d'un fluide (éthanol).
  • Selon un mode de réalisation particulier, la mise en contact entre le polymère et l'éthanol peut être réalisée avant l'introduction de l'éthanol dans la canalisation de transport. Elle peut être réalisée dans une cuve de stockage par exemple.
  • Dans la présente invention, l'éthanol et les fluides dont le transport est amélioré désignent l'éthanol, notamment le bioéthanol, et également des fluides composés essentiellement d'éthanol, lesdits fluides contenant au moins 50%, préférentiellement au moins 80% en poids d'éthanol.
  • L'éthanol est avantageusement du bioéthanol. Il est préférentiellement issu de la biomasse.
  • Selon un premier aspect de l'invention, le polymère mis en oeuvre dans le transport de l'éthanol est obtenu à partir d'au moins 50 mol% d'au moins un monomère choisi dans le groupe comprenant les monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués, et les monomères (méth)acrylate substitués.
  • La Demanderesse a découvert que l'utilisation de monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués et/ou de monomères (méth)acrylate substitués, permettait d'obtenir non seulement des polymères solubles en forte concentration à la fois dans l'eau et dans l'éthanol, mais permettait également d'obtenir des polymères ayant des performances de réduction des frictions dans le transport de fluides à base d'éthanol. Ces monomères sont avantageusement non-ioniques.
  • Comme déjà évoqué, les polymères de haut poids moléculaire sont particulièrement efficaces. Le polymère mis en oeuvre pour réduire les frictions dans le procédé objet de l'invention a un poids moléculaire préférentiellement compris entre 0.5 et 25 millions de g/mol, plus préférentiellement supérieur à 2 millions de g/mol, et encore plus préférentiellement supérieur à 5 millions de g/mol.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le polymère mis en oeuvre pour réduire les frictions dans le procédé objet de l'invention comprend au moins 80 mol% de monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués et/ou de monomères (méth)acrylate substitués, préférentiellement au moins 90 mol%.
  • Le polymère peut notamment être un homopolymère de monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués ou de monomères (méth)acrylate substitués.
  • Selon un autre mode de réalisation avantageux, les monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués sont préférentiellement choisis parmi le N-éthylacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-ter-butylacrylamide, diacetoneacrylamide, N-hydroxyéthylacrylamide, N-hydroxyméthylacrylamide, N-alkyl acrylamide (alkyl: C3 à C22), N-[tris(hydroxyméthyl)méthyl]acrylamide, N-acryloylmorpholine, le N,N-diméthylacrylamide, N,N-diéthylacrylamide, N,N-dialkylacrylamide (alkyl: C3 à C22).
  • Selon un autre mode de réalisation avantageux, les monomères (méth)acrylate substitués sont préférentiellement choisis parmi le (méth)acrylate de méthyle, le (méth)acrylate d'éthyle, le (méth)acrylate de propyle, le (méth)acrylate de butyle, le (méth)acrylate d'alkyle (C5 à C22), le (méth)acrylate d'isobornyle et (méth)acrylate de 2-éthylhexyle, le (méth)acrylate d'hydroxyéthyle et (méth)acrylate d'hydroxypropyle, le (méth)acrylate de furfuryle et (méth)acrylate de tétrahydrofurfuryle, le (méth)acrylate de glycéryle, le (méth)acrylate de glycidyle.
  • Dans un mode préféré de l'invention, la chaîne carbonée de la partie substituée des monomères mentionnés ci-dessus permet une bonne solubilité du polymère dans l'eau et dans l'alcool. Ainsi, les chaînes substituées des monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués et/ou de monomères (méth)acrylate substitués contiennent de préférence moins de 30 atomes de carbone, plus préférentiellement moins de 10 atomes de carbone, et encore plus préférentiellement moins de 5 atomes de carbone.
  • Il est connu que l'introduction de charges sur le squelette de polymère (i.e. polyélectrolyte) est largement défavorable à la solubilité du polymère dans l'éthanol (qui est généralement un solvant de précipitation du polymère). Pourtant les chaînes de polyélectrolyte, du fait des répulsions électrostatiques s'établissant, sont très étirées et rajoute à l'efficacité du polymère.
  • La Demanderesse a ainsi découvert de manière surprenante qu'il était possible d'incorporer un certain pourcentage de charges dans le polymère mis en oeuvre dans le procédé objet de l'invention sans pour autant affecter la solubilité du polymère.
  • Dans un mode particulier, le polymère réducteur de friction selon l'invention peut comprendre en outre au moins un monomère ionique dans une quantité inférieure à 40 mol%, préférentiellement inférieure à 20 mol%, très préférentiellement inférieure à 10 mol%.
  • Le monomère ionique est préférentiellement un monomère anionique. Ce monomère anionique est préférentiellement choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide maléique, l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS), l'acide vinylsulphonique, l'acide vinylphosphonic, ledit monomère anionique étant non salifié, partiellement ou totalement salifié, et les sels du méthacrylate de 3-sulfopropyle.
  • Selon un autre mode de réalisation, le monomère ionique peut être un monomère cationique. Ce monomère cationique est préférentiellement choisi parmi le chlorure de diallyl diméthyl ammonium (DADMAC) l'acrylate de dialkylaminoéthyle (ADAME) et le méthacrylate de dialkylaminoéthyle (MADAME), l'acrylamido dialkyl amino propyle, le méth acrylamido dialkyl amino propyle, ainsi que leurs sels acidifiés ou quaternisés.
  • Dans un mode de réalisation préféré, le polymère mis en oeuvre dans le procédé objet de l'invention est un homopolymère de (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués, un homopolymère de (méth)acrylate substitués, un copolymère de (méth)acrylate substitués et d'acide acrylique, ou un copolymère de N,N-di(m)éthylacrylamide et d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS).
  • Selon un mode de réalisation particulier, le polymère est un polymère choisi dans le groupe comprenant l'homopolymère de N,N-diméthylacrylamide, l'homopolymère de N,N-diéthylacrylamide, le copolymère de N,N-diméthylacrylamide et d'acide acrylique, le copolymère de N,N-diéthylacrylamide et d'acide acrylique, le copolymère de N,N-diméthylacrylamide et d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, et le copolymère de N,N-diéthylacrylamide et d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
  • D'autre part, le polymère mis en oeuvre dans le procédé de réduction de friction selon l'invention peut comprendre en outre au moins un monomère non ionique comme l'acrylamide.
  • De manière générale, le polymère mis en oeuvre ne nécessite pas de développement de procédé de polymérisation particulier. En effet, il peut être obtenu par toutes les techniques de polymérisation bien connues par l'homme du métier, c'est à dire par polymérisation en solution, polymérisation en suspension, polymérisation en gel ou en masse, polymérisation par précipitation, polymérisation en émulsion (aqueuse ou inverse) suivie ou non d'une étape de spray drying, polymérisation micellaire suivie ou non d'une étape de précipitation, polymérisation post-hydrolyse ou co-hydrolyse, polymérisation dite « template », radicalaire, ou encore radicalaire contrôlée.
  • Le polymère peut se présenter sous forme liquide ou solide lorsque sa préparation inclut une étape de séchage tel que le spray drying, le séchage sur tambour ou encore le séchage micro-ondes.
  • Le polymère est préférentiellement obtenu selon un procédé de synthèse en voie gel ce qui permet d'obtenir des polymères de très haut poids moléculaire d'une manière économique et écologique (car sans solvant). Le procédé de synthèse en voie gel consiste à polymériser des monomères en solution aqueuse afin d'obtenir un gel qui est ensuite broyé et séché pour obtenir une poudre.
  • Comme déjà indiqué, le procédé objet de la présente invention comprend une étape de mise en contact de l'éthanol à transporter avec au moins un polymère réducteur de friction obtenu à partir de monomères (méth)acrylamide N-substitués ou N,N-substitués et/ou de monomères (méth)acrylate substitués.
  • Généralement, le procédé selon l'invention est particulièrement intéressant lorsque des volumes important d'éthanol sont transportés sur de longues distances. Plus particulièrement le procédé selon l'invention concerne le transport d'éthanol sur une distance supérieure à 1 km, préférentiellement supérieure à 5 km, et pouvant excéder 20 à 50 km. Le débit est généralement élevé et supérieur à 10 litres par seconde, préférentiellement supérieur à 100 litres par seconde.
  • Généralement, le polymère est mis en oeuvre dans une composition comprenant de l'eau ou de l'éthanol ou un mélange des deux. Le polymère permettant de réduire les frictions lors du transport de l'éthanol dans une canalisation peut être mis en oeuvre dans une solution ou une dispersion concentrée (de l'ordre de 1.000 à 20.000 ppm). Cette solution peut être préalablement diluée ou pas avant sa mise en contact avec l'éthanol. Cette dilution est avantageusement réalisée dans de l'éthanol, ou dans un fluide à base d'éthanol tel que décrit ci-dessus. La seule limite de concentration de cette solution ou dispersion concentrée correspond à la limite de manipulabilité due à l'augmentation de viscosité lorsque la concentration en polymère augmente.
  • Le polymère est généralement introduit dans un conduit transportant l'éthanol par tout moyen connu de l'homme de l'art permettant la mise en contact d'un polymère ou d'une solution/composition avec le fluide (éthanol), de préférence dans une canalisation transportant le fluide (éthanol). Parmi ces moyens, les systèmes d'injection d'un fluide dans une canalisation sont tout à fait appropriés.
  • Le procédé pour transporter de l'éthanol peut ainsi comprendre les étapes suivantes :
    • Préparation d'une composition comprenant au moins un polymère apte à réduire les frictions, obtenu à partir d'au moins un monomère N-alkylacrylamide ou N,N-dialkylacrylamide,
    • Mise en contact de cette composition avec l'éthanol, de préférence, par introduction de la composition dans un conduit transportant de l'éthanol.
  • Dans un mode préféré, la composition comprend de l'eau et/ou de l'éthanol.
  • La quantité de polymère utilisée dans le procédé selon l'invention est comprise entre 5 et 5.000 ppm en poids par rapport à l'éthanol, préférentiellement inférieure 1.000 ppm et très préférentiellement comprise entre 10 et 500 ppm en poids par rapport à l'éthanol.
  • L'introduction du polymère peut être faite tout au long du transport, en un ou plusieurs ajouts.
  • Le procédé selon l'invention offre des avantages indéniables dans le transport de l'éthanol (notamment le bioéthanol). Les polymères décrits ci-dessus réduisent efficacement les frictions lors du transport de l'éthanol et permettent ainsi de faciliter le transport de grandes quantités sur de longues distances. L'énergie nécessaire pour le transport de l'éthanol est ainsi réduite de manière significative.
  • Les modes spécifiques ou préférés décrits dans la présente invention peuvent être combinés entre eux pour donner un mode particulier préféré sauf si il est clairement indiqué que cette combinaison n'est pas souhaité.
  • L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront bien des exemples de réalisation suivants qui n'ont pas un caractère limitatif.
    • EXEMPLES Exemple 1 : Homopolymère de DMA
  • Une phase aqueuse est préparée en mélangeant 520 g de N,N-diméthylacrylamide (DMA) et 978,2 g d'eau permutée. Le pH est ajusté à 5 en ajoutant 1,8 g d'acide acétique. Plusieurs additifs sont ajoutés à la phase aqueuse : 0,04 g d'une solution de diéthylenetriaminepentaacetate de sodium à 40%, 0,01 g d'hypophosphite de sodium et 1,5 g d'azo-bis-isobutyronitrile. La polymérisation est conduite dans des conditions adiabatiques en ajoutant un couple oxydo-réducteur (typiquement persulfate de sodium / sel de fer II). La température s'élève de 70°C en 4h. Le produit fini est un gel qui est haché, séché et broyé pour conduire au produit recherché sous forme de poudre.
    • Exemple 2 : Copolymère de DMA/ATBSNa 95/5 (mol%)
  • Le protocole utilisé pour l'exemple 1 a été répété mais la composition de la phase aqueuse a été modifiée : 494 g de N,N-diméthylacrylamide (DMA), 120.25g d'une solution à 50% du sel de sodium de l'acide acrylamidométhylpropylsulfonique (ATBSNa), 2,25g d'acide acétique pour atteindre un pH de 4 et 883,5g d'eau permutée.
    • Exemple 3 : Copolymère DMA/ADAMQUAT 95/5 (mol%)
  • Le protocole utilisé pour l'exemple 1 a été répété mais la composition de la phase aqueuse a été modifiée : 493,75 g de N,N-diméthylacrylamide (DMA), 63,55 g d'une solution à 80% du chlorure de l'acryloyléthyltriméthylammonium (ADAMQUAT), 9,125g d'acide acétique pour atteindre un pH de 4,2 et 933,575 g d'eau permutée.
    • Exemple 4. Evaluation de la réduction de friction
  • L'évaluation de la réduction de friction a été évaluée dans l'éthanol en régime turbulent en utilisant une flow loop. Un tube de 3 mètres avec un diamètre de 1/8 de pouce (1/8") est utilisé. A 20°C et à un débit de 60l/h, le nombre Reynolds appliqué est de 12 000.
  • Le suivi de l'effet réducteur de friction est obtenu en mesurant la perte de charge dans le tube.
  • Les polymères testés ont été au préalable dissous dans l'éthanol à 10 000 ppm (solution mère). Cela permet de vérifier que tous les polymères préparés présentent une bonne solubilité dans l'éthanol.
  • Les résultats sont rassemblés dans le tableau 1 ci-après. Tableau 1 : Evaluation de la réduction de friction
    Nature du polymère Concentration en polymère Pression Réduction de pression Réduction de friction
    Aucun / 11,8 bar / /
    Homopolymère N,N-DMA (exemple 1) 100 ppm 7,8 bar 4 bar 34%
    Copolymère N,N-DMA / ATBSNa (95/5 mol%) (exemple 2) 50 ppm 8,4 bar 3,4 bar 29%
    Copolymère N,N-DMA / ATBSNa (95/5 mol%) (exemple 2) 100 ppm 7,8 bar 4 bar 34%
    Homopolymère ATBS (contre-exemple) 100 ppm 9,8 bar 2 bar 17%
    Copolymère ATBS / AcM (60/40 mol%) (contre-exemple) 100 ppm 9 bar 2,8 bar 24%
    AcM = acrylate de méthyle
  • Les résultats des expériences montrent que les polymères selon l'invention (exemples 1 et 2) permettent de réduire efficacement les frictions lors du transport d'éthanol.
  • Quand bien même les polymères comprenant de l'ATBS (contre-exemples du tableau 1) peuvent également réduire les frictions, l'amélioration est nettement inférieure à celle résultant de la présence de polymères selon l'invention.
  • Une nouvelle série d'expériences a été reproduite en étudiant la stabilité du polymère en fonction du temps. A titre de comparaison un PEG (polyéthylèneglycol) de masse moléculaire 900 000, réputé efficace comme réducteur de friction de l'éthanol ( BR PI0 900 355 ), a été étudié. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 : Evaluation de la réduction de friction en fonction du temps
    Nature du polymère Concentration en polymère Pression Réduction de pression Réduction de friction
    Aucun / 13,3 bar / /
    PEG (Mw=900 000) 100 ppm 7,6 bar (après 10s) 5,7 bar 43%
    11,4 bar (après 5 min) 1,9 bar 14%
    Copolymère N,N-DMA / ADAMQUAT (95/5 mol%) (exemple 3) 100 ppm 7,9 bar (après 10s) 5,4 bar 41%
    7 bar (après 5 min) 6,3 bar 47%
    6,5 bar (après 10 min) 6,8 bar 51%
  • Il apparait que le polymère selon l'invention (exemple 3) reste stable en fonction du temps, son pouvoir réducteur de friction n'est pas affecté après 10 minutes. La référence PEG ne présente pas ce type de stabilité. Après seulement 5 minutes, son efficacité est réduite d'un facteur 3.
  • Les résultats des expériences montrent que les polymères selon l'invention (exemples 1 à 3) permettent de réduire efficacement les frictions lors du transport d'éthanol.

Claims (13)

  1. Procédé pour réduire la friction de l'éthanol pendant son transport dans une canalisation consistant à mettre l'éthanol en contact avec une composition à base de polymère, caractérisé en ce que le polymère est obtenu à partir d'au moins 50 mol% d'au moins un monomère choisi dans le groupe comprenant les acrylamide N-substitués, les méthacrylamide N-substitués, les acrylamide N,N-substitués, les méthacrylamide N,N-substitués, les acrylate substitués, et les méthacrylate substitués.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère a un poids moléculaire compris entre 0.5 et 25 millions g/mol.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les monomères du polymère présentent des chaînes substituées contenant moins de 30 atomes de carbone.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les monomères acrylamide N-substitués, méthacrylamide N-substitués, acrylamide N,N-substitués, et méthacrylamide N,N-substitués sont choisis dans le groupe comprenant le N-éthylacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-ter-butylacrylamide, diacetoneacrylamide, N-hydroxyéthylacrylamide, N-hydroxyméthylacrylamide, N-alkyl acrylamide, N-[Tris(hydroxyméthyl)méthyl]acrylamide, N-acryloylmorpholine, N,N-diméthylacrylamide, N,N-diéthylacrylamide, et N,N-dialkylacrylamide ; alkyl désignant un groupe alkyle comprenant 3 à 22 atomes de carbone.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les monomères acrylate substitués, méthacrylate substitués sont choisis dans le groupe comprenant l'acrylate de méthyle, l'acrylate d'éthyle, l'acrylate de propyle, l'acrylate de butyle, l'acrylate d'alkyle, le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate d'éthyle, le méthacrylate de propyle, le méthacrylate de butyle le méthacrylate d'alkyle, l'acrylate d'isobornyle, le méthacrylate d'isobornyle, l'acrylate de 2-éthylhexyle, le méthacrylate de 2-éthylhexyle, l'acrylate d'hydroxyéthyle, le méthacrylate d'hydroxyéthyle, l'acrylate d'hydroxypropyle, le méthacrylate d'hydroxypropyle, l'acrylate de furfuryle, le méthacrylate de furfuryle, l'acrylate de tetrahydrofurfuryle, le méthacrylate de tetrahydrofurfuryle, l'acrylate de glyceryle, le méthacrylate de glyceryle, l'acrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycidyle ; alkyle désignant un groupe alkyle comprenant 5 à 22 atomes de carbone.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le polymère comprend en outre moins de 40 mol% d'au moins un monomère ionique.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le monomère ionique est un monomère anionique choisi dans le groupe comprenant l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide maléique, l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS), ledit monomère anionique étant sous sa forme acide, partiellement salifié ou totalement salifié.
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le polymère comprend au moins 80 mol% d'au moins un monomère choisi dans le groupe comprenant les acrylamide N-substitués, les méthacrylamide N-substitués, les acrylamide N,N-substitués, les méthacrylamide N,N-substitués, les acrylate substitués, et les méthacrylate substitués.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le polymère est un polymère choisi dans le groupe comprenant l'homopolymère de N,N-diméthylacrylamide, l'homopolymère de N,N-diéthylacrylamide, le copolymère de N,N-diméthylacrylamide et d'acide acrylique, le copolymère de N,N-diéthylacrylamide et d'acide acrylique, le copolymère de N,N-diméthylacrylamide et d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, et le copolymère de N,N-diéthylacrylamide et d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
  10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le polymère est obtenu selon un procédé de synthèse en voie gel.
  11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la composition comprend en outre de l'eau et/ou de l'éthanol.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la quantité de polymère mis en contact avec l'éthanol est comprise entre 5 et 5.000 ppm en poids par rapport au poids de l'éthanol.
  13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'éthanol est le bioéthanol.
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