СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЬ НЕФТИ И НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 2000 года по МПК C10L7/02 C10L7/00 

Область техники. Изобретение относится к технологии перевода нефти, топлив, нефтепродуктов, токсичных и горючих жидкостей, сжиженных газов в нетекучее (гелеобразное) состояние с целью предотвращения и уменьшения их потерь при хранении, транспортировании и, главным образом, при авариях.

Изобретение может также найти применение в технологиях селективной или временной изоляции проницаемости пластов в призабойной зоне скважин, выравнивания фронта фильтрации пластов и гидравличевского разрыва малопроницаемых пластов с целью ремонта нефтедобывающих скважин и увеличения добычи нефти.

Изобретение может найти применение в производстве новых гелеобразных моторных топлив на основе сжиженных газов. Изобретение может быть использовано в технологии поглощения (адсорбции) углеводородных газов.

Уровень техники.

Современные составы структурообразователей и способы приготовления структурированных углеводородных композиций основаны на методах образования комплексов (солей, стереокомплексов) при взаимодействии мономерных или полимерных соединений в среде углеводородов, нефтепродуктов.

Известен способ приготовления гелеобразующей композиции (патент US 4622155, E 21 B 43) следующего состава, мас.%:
Алкиловый эфир фосфорной кислоты - 3-24
Алюминат натрия - 0,18-3,6
Углеводородная жидкость - Остальное
Модифицированная композиция (патент GB 2177711, C 08 L 1/26), мас.%:
Гидроксиэтилцеллюлоза - 45
Эфир фосфорной кислоты - 0,1-4,6
Алюминат натрия - 0,05-0,5
Дизельное топливо - 51,0-54,1
содержит в своем составе меньше эфира фосфорной кислоты, в сравнении с композицией (патент US 4622155), только лишь за счет добавления к ней очень большого количества гидроксиэтилцеллюлозы (45 мас. %). Недостатками этих композиций является необходимость приготовления их при повышенной температуре (55^o-60^o), применения слишком больших концентраций компонентов и в конечном итоге получение структурированных жидкостей с низкими реологическими характеристиками.

Известны желирующие (гелеобразующие) составы для углеводородов на основе: алюминий- и фосфорсодержащих полимеров (патенты US: 4635727, E 21 B 43/26; 4069236, C 11 C 1/100; 3505374 C 07 F 15/02; 3328296, C 09 K 7/06), полиуретанов (патент US: 3460921, C 10 L 7/00), полиэтилена и полипропилена атактической структуры (патенты US: 3847081, C 10 L 7/02; 3437464, C 10 L 7/00, 3437463, C 10 L 7/02).

Способы желирования жидких углеводородов (патенты US 3615285, 3775069, C 10 L 7/00; патент GB 1352539, C 10 L 7/02) основаны на взаимодействии индивидуального алкоксида металла IIIA группы общей формулы M'(OR)₃ с индивидуальным алкоголятом щелочного металла формулы MOR', где M'-B или Al; M-Li; или Na; R или R'-алкильные радикалы с числом углеродных атомов от C₁ до C₁₆. В этих способах желатинизации углеводородов используют два индивидуальных соединения - одно соединение из класса M'(OR)₃, второе соединение из класса MOR'.

Недостатком известных способов является очень малое увеличение вязкости нефти, нефтепродуктов в результате внесения в них двух алкоксидов металлов. Например, для перевода жидкой нефти в нетекучее состояние по этим способам требуется большой расход гелеобразующих компонентов, до 25 мас.%.

С целью увеличения вязкости (гелеобразования) нефтепродуктов в качестве компонентов структурообразователя предложены смесь триалкилборатов B(OR)₃, где R=C₄-C₁₄, и смесь алкоголятов лития LOR, где R=C₃-C₁₂ при массовом соотношении B(OR)₃: LIOR от 4:1 до 1:4 (патент RU 20649667, C 10 L 7/02).

Эффект гелеобразования в нефти и нефтепродуктах дополнительно увеличивается при добавлении к смесям триалкилборатов и алкоголятов лития гидроксильного соединения из классов карбонатов, оксидов или алкоксидов щелочноземельного металла (патент RU 2064968, C 10 L 7/02).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявленному изобретению является структурообразователь нефтепродуктов на основе смесей триалкилборатов и смесей алкоголятов лития (патент RU 2064967). Улучшение вязкоупругих свойств нефтепродуктов по этому патенту достигнуто благодаря синергетическому эффекту, полученному в результате применения смесевых компонентов структурообразователя.

Однако ассортимент структурообразователей для углеводородных жидкостей (нефтепродуктов), сжиженных газов и токсичных жидкостей недостаточный. К тому же широкое использование углеводородных структурообразователей в решении разных технических проблем определяется известным экономическим принципом: "высокий гелеобразующий эффект при малом расходе желирующего материала".

В связи с этим задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение гидрофобности и средства структурообразователя к углеводородам и нефтепродуктам.

Технический результат достигается тем, что структурообразователь нефти и нефтепродуктов жидкостей содержит в качестве соединений бора и лития триалкилбор формулы BR₃ и алкиллитий формулы LiR, которые берут предпочтительно в стехиометрическом соотношении, или их комплекс тетраалкилбор лития LiBR₄, где R= C₃H₇-C₂₅H₅₁ нормального и изомерного строения. Компоненты структурообразователя BR₃ и LiR могут быть выбраны соответственно из ряда триалкилборных соединений и из ряда алкиллитиевых соединений в виде моногомологов и в виде полигомологических смесей (BR₃)_n и (LiR)_n. Комплексы в качестве однокомпонентного структурообразователя могут быть также выбраны в виде моногомологов LiBR₄ в виде полигомологических смесей (LiBR)_n любого состава.

Принципиальными и существенными отличиями предлагаемых составов является применение в качестве компонентов структурообразователя триалкилбора BR₃ и алкилития LiR, а также их комплексов тетраалкилбор лития LiBR₄ как моногомологов, так и в виде полигомологических смесей любого состава и соотношения компонентов в соответствующем гомологическом ряду от R=C₃H₇ до R=C₂₅H₅₁. Химическое средство компонентов BR₃ и LiR или LiBR₄ нового структурообразователя к углеводородам, нефтепродуктам увеличивается за счет отсутствия в их составе (структуре) атома кислорода, который в компонентах B(OR)₃ и LiOR известного структурообразователя (патент RU 2064967) является балластом.

Положительный эффект предлагаемого структурообразователя подтверждается реологическими характеристиками углеводородных гелей, полученных с применением BR₃ и LiR или LiBR₄. Методики испытания структурообразователя в получении углеводородных гелей приведены в примерах.

Пример 1. В 98,77 г бензина или гептана растворяют 0,91 г (0,91%) трибутилбора (C₄H₉)₃B, к раствору добавляют 0,32 г (0,32%) бутиллития C₄H₉Li. После легкого встряхивания или перемешивания в течение 10-15 с бензиновый раствор переходит в гель с вязкостью 136 Па•с. Соотношение компонентов структурообразователя эквимольное, их общая концентрация равна 1,23%.

Пример 2. 2,73 г (2,73%) трибутилбора растворяют в 96,31 г бензина, в раствор вносят 0,96 г (0,96%) бутиллития. После 10 с бензиновый раствор переходит в монолитный упругий гель с динамической вязкостью 1297 Па•с. Концентрация компонентов равна 3,69%.

Пример 3. В 195 г дизельного топлива растворяют 3,64 г (1,82%) трибутилбора, к раствору добавляют 1,28 г (0,64) бутиллития. После 10-15 с встряхивания жидкий раствор переходит в упругое гелеобразное состояние с динамической вязкостью 875 Па•с при общей концентрации компонентов 2,46%.

Пример 4. К 190 г нефти при перемешивании добавляют 7,28 г (3,64%) трибутилбора и 2,56 г (1,28%) бутиллития. Спустя 35 с нефть застудневает до вязкости 56 Па•с. Концентрация компонентов равна 4,92%.

Пример 5. К 293 г керосина при перемешивании добавляют 5,28 г (1,76%) триоктилбора (C₈H₁₇)₃B и 1,65 г (0,55%) октиллития C₈H₁₇Li. После 10-15 с встряхивания (перемешивания) жидкий раствор переходит в упругое гелеобразное состояние с динамической вязкостью 773 Па•с при общей концентрации компонентов 2,31%.

Пример 6. В 298,4 г бензина растворяют 1,44 г (0,48%) триундецилбора (C₁₁H₂₃)₃B, к раствору добавляют 0,15 г (0,05%) пропиллития C₃H₇Li. После 10-15 с перемешивания жидкий бензиновый раствор переходит в студнеобразное состояние с динамической вязкостью 91 Па•с при концентрации компонентов 0,53%.

Пример 7. В 196,5 г дизельного топлива растворяют 2,88 г (1,44%) триундецилбора, к раствору добавляют 0,66 г (0,33%) октиллития. После 15-20 с перемешивания жидкий раствор дизельного топлива переходит в упругий гель с динамической вязкостью 693 Па•с при концентрации компонентов структурообразователя 1,77%.

Пример 8. К 89,12 г нефти при перемешивании добавляют 7,29 г (7,29%) тригептадецилбора (C₁₇H₃₅)₃B и 3,59 г (3,59%) алкиллития общей формулы C₂₅H₅₁Li. После 10-15 с нефть превращается (переходит) в монолитный гель (каучукообразное состояние) с динамической вязкостью 748 Па•с при концентрации компонентов структурообразователя 10,88%.

Пример 9. К 400,0 г нефти при перемешивании добавляют 4,55 г (0,91%) трибутилбора, 5,6 г (1,12%) триамилбора, 6,65 г (1,33%) тригексилбора, 7,7 г (1,54%) тригептилбора, 1,75 г (0,35%) триоктилбора, 2,4 г (0,48%) триундецилбора и 3,65 г (0,73%) тригептадецилбора. В отдельной емкости смешивают 58,5 г нефти, 1,6 г (0,32%) бутиллития, 2,0 г (0,4%) амиллития, 2,35 г (0,47%) гексиллития, 0,55 г (0,11%) гептиллития, 0,6 г (0,12%) октиллития, 0,80 г (0,16%) ундециллития, 1,35 г (0,27%) гептадециллития. Смесь алкиллитиевых соединений добавляют при перемешивании к нефтяному раствору смеси алкилборных соединений. После смешения смесей образуется монолитный упругий гель каучукоподобного состояния с динамической вязкостью 1152 Па•с при суммарной концентрации смесей структурирующих компонентов в нефти 8,31%.

Пример 10. В 180,2 г бензина растворяют 0,36 г (0,18%) трибутилбора, 0,45 г (0,22%) триамилбора, 0,54 г (0,27%) тригексилбора, 0,62 г (0,31%) тригептилбора, 0,7 г (0,35%) триоктилбора. В отдельной емкости в 18 г бензина растворяют 0,13 г (0,064%) бутиллития, 0,16 г (0,08%) амиллития, 0,19 г (0,094%) гексиллития, 0,22 г (0,11%) гептилития и 0,24 г (0,12%) октиллития. Приготовленную смесь алкиллитиевых соединений (компонентов) вносят при перемешивании в смесь алкилборных компонентов. После смешения смесей образуется монолитный упругий гель каучукоподобного состояния с динамической вязкостью 1370 Па•с при суммарной концентрации структурирующих компонентов в бензине 1,8%.

Пример 11. 3,7 г (3,7%) комплекса тетрабутилборлития LiB(C₄H₉)₄ помещают в мерный цилиндр с притертой пробкой, добавляют 96,3 г гептана и оставляют стоять при комнатной температуре. Со временем комплекс набухает, поглощая гептан. После полного набухания комплекса образуется прозрачный упругий гель с динамической вязкости 2450 Па•с.

Результаты, приведенные в примерах, показывают, что применение алкилбора и алкиллития или их комплексов, а также гомологических смесей алкилбора и алкиллития в качестве компонентов структурообразователя для нефти и нефтепродуктов увеличивает вязкость углеводородных гелей в 3-3,5 раза в сравнении со структурообразователями на основе алкоксидов бора и лития. Увеличение гелеобразующей способности компонентов в углеводородной среде позволяет уменьшить расход структурообразователя, а увеличение химического сродства структурообразователя к углеводородам увеличивает стабильность гелей при их использовании и хранении.

Область применения: нефтедобывающая промышленность, транспортирование, переработка и хранение нефтепродуктов, производство гелеобразных топлив. Сущность изобретения: структурообразователь в качестве компонентов содержит триалкил BR₃ и алкилитий LiR или их комплекс тетраалкилборлития LiBR₄, где R= C₃H₇-C₂₅H₅₁, нормального и изомерного строения полигомологических смесей любого состава и массового соотношения гомологов в соответствующем гомологическом ряду. Структурообразователь увеличивает вязкость в 3 - 3,5 раза, что позволяет снизить расход и увеличить стабильность гелей. 2 з.п. ф-лы.

1. Структурообразователь нефти и нефтепродуктов, содержащий соединение бора и соединение лития, отличающийся тем, что в качестве соединений бора и лития содержит триалкилбор BR₃ и алкиллитий LiR или их комплекс тетраалкилбор лития LiBR₄, где R = C₃H₇ - C₂₅H₅₁ нормального или изомерного строения. 2. Структурообразователь нефти и нефтепродуктов по п.1, отличающийся тем, что триалкилбор и алкиллитий или их комплекс тетраалкилбор лития используют в виде моногомологов или в виде полигомологических смесей. 3. Структурообразователь нефти и нефтепродуктов по п.1, отличающийся тем, что триалкилбор и алкиллитий берут предпочтительно в стехиометрическом соотношении.