ЭМУЛЬГАТОР ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ Российский патент 2003 года по МПК B01F17/22 B01F17/16 C09K7/06 

Изобретение относится к эмульгаторам, способным образовывать инвертные эмульсии. Эмульсии этого типа находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности, в частности в современных технологиях интенсификации добычи нефти.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является эмульгатор инвертных эмульсий НЕФТЕНОЛ НЗТ [патент Российской Федерации 2140815, кл. В 01 F 17/16, 1998 - прототип], представляющий собой раствор маслорастворимого поверхностно-активного вещества - солей алкилполиаминов общей формулы R-[NH₂ ⁺(CH₂)₃]_nNH₃ ⁺[R₁COO]_n ^-,
где R, R₁ - углеводородные радикалы жирных кислот из ряда С₈-С₂₄, n=2...3, смеси углеводородного и полярного растворителей. Данный эмульгатор имеет низкую температуру застывания, хорошую эмульгирующую способность, относительно высокую термостабильность.

Однако НЕФТЕНОЛ НЗТ имеет и ряд недостатков: сырье для его получения - алкилполиамины - в настоящее время в России не производится, а поставка из-за рубежа значительно повышает стоимость конечного продукта; кроме того, как сами алкилполиамины, так и их соли обладают выраженной канцерогенностью и кожно-резорбтивным воздействием, что отрицательно влияет на контактирующих с продуктом людей и окружающую среду.

Целью изобретения является создание эмульгатора для приготовления инвертных эмульсий, обладающего низкой температурой застывания, высокой термостабильностью и эмульгирующей способностью, низкой ценой, не имеющего в своем составе канцерогенных веществ и не обладающего кожно-резорбтивным воздействием.

Данная цель достигается тем, что для приготовления инвертных эмульсий предлагается эмульгатор, включающий маслорастворимое поверхностно-активное вещество, углеводородный и полярный растворитель, отличающийся тем, что в качестве маслорастворимого поверхностно-активного вещества он содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С₈-С₂₄ при мольном соотношении борная кислота:диэтаноламин:жирные кислоты как 1:3:1-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вышеуказанное маслорастворимое поверхностно-активное вещество - 10-30
Углеводородный растворитель - До 100
Предложенный эмульгатор может содержать и следующие компоненты, мас.%:
Вышеуказанное маслорастворимое поверхностно-активное вещество - 10-30
Глицерин - 0,5-2,5
Углеводородный растворитель - До 100
Активная основа эмульгатора - продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот - представляет собой вязкую жидкость от желтого до коричневого цвета. Плотность про 20^oС 920-960 кг/м³. В качестве источника жирных кислот для получения продукта можно использовать растительное масло (подсолнечное, кокосовое, льняное и т.д.), дистиллированное талловое масло и соответствующие фракции синтетических жирных кислот.

Глицерин, присутствующий в составе эмульгатора, образуется в результате расщепления триглицеридов жирных кислот растительного масла при реакции получения маслорастворимого ПАВ. В случае использования в качестве сырья таллового масла или СЖК глицерин в составе эмульгатора отсутствует.

В качестве углеводородного растворителя используют низкозастывающие фракции углеводородов, в том числе нефрас, арктическое дизельное топливо, авиационный керосин марки ТС-1 или РТ по ГОСТ 10227-86.

При получении активной основы эмульгатора первоначально образуется триборат диэтаноламина, который затем реагирует с жирными кислотами с образованием соответствующих моно-, диаминоамидов или триамидов. При этом в случае использования в качестве сырья растительных масел триборат диэтаноламина является одновременно и катализатором расщепления триглицеридов жирных кислот.

Готовый эмульгатор получают растворением полученной ранее активной основы в углеводородном растворителе.

Примеры 1-4 описывают технологию получения активной основы предлагаемого эмульгатора и готовой товарной формы.

Пример 1. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 115 г (0,123 моль или 0,37 моль по кислотам) технического подсолнечного масла и 77,6 г (0,74 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100^oС. Затем добавляли 15,3 г (0,246 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180^oС в течение 2 ч. При температуре 130^oС начиналась отгонка воды. По достижении 180^oС реакционную смесь выдерживали еще 2 ч, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 13,4 см³ воды. Получили активную основу эмульгатора с соотношением борная кислота:диэтаноламин:смесь жирных кислот как 1:3:1,5. Продукт содержал 94,2% аминоамидов и 5,8% глицерина. Плотность продукта 935 кг/м³, температура застывания 8^oС. Товарную форму эмульгатора получали, растворяя 31,8 г активной основы в 68,2 г керосина ТС-1. При этом ее плотность составила 842 кг/м³ и температура застывания - минус 44^oС (образец 8).

Пример 2. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 113 г (0,39 моль) дистиллированного таллового масла с кислотным числом 193 мг КОН/г и 82 г (0,78 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100^oС. Затем добавляли 16,1 г (0,26 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180^oС в течение 2 ч. При температуре 120^oС начиналась отгонка воды. По достижении 180^oС реакционную смесь выдерживали еще 2 ч, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 14,2 см³ воды. Получили активную основу эмульгатора с соотношением борная кислота:диэтаноламин: смесь жирных кислот как 1:3:1,5. Плотность продукта 960 кг/м³, температура застывания 10^oС. Товарную форму эмульгатора получали, растворяя 20 г активной основы в 80 г керосина ТС-1. При этом ее плотность составила 832 кг/м³ и температура застывания - минус 46^oС (образец 22).

Пример 3. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 100 г (0,127 моль или 0,38 моль по кислотам) технического кокосового масла и 60 г (0,57 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100^oС. Затем добавляли 11,8 г (0,19 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180^oС в течение 2 ч. При температуре 135^oС начиналась отгонка воды. По достижении 180^oС реакционную смесь выдерживали еще 2 ч, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 10,3 см³ воды. Получили активную основу эмульгатора с соотношением борная кислота:диэтаноламин:смесь жирных кислот как 1:3:2. Продукт содержал 92,8% аминоамидов и 7,2% глицерина. Плотность продукта 927 кг/м³, температура застывания 6^oС. Товарную форму эмульгатора получали, растворяя 21,6 г активной основы в 78,4 г арктического дизельного топлива. При этом ее плотность составила 851 кг/м³ и температура застывания - минус 49^oС (образец 27).

Пример 4. В трехгорлый реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка с обратным холодильником и термометром, загружали 66 г (0,3 моль) синтетических жирных кислот фракции С₁₀-С₁₄ (М.м.=220 у.е.) и 63 г (0,6 моль) диэтаноламина. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 90-100^oС. Затем добавляли 12,4 г (0,2 моль) борной кислоты и поднимали температуру реакционной смеси со 100 до 180^oС в течение 2 ч. При температуре 120^oС начиналась отгонка воды. По достижении 180^oС реакционную смесь выдерживали еще 2 ч, а затем охлаждали. За время реакции отогналось 11 см³ воды. Получили активную основу эмульгатора с соотношением борная кислота:диэтаноламин:смесь жирных кислот как 1:3:1,5. Плотность продукта 955 кг/м³, температура застывания 12^oС. Товарную форму эмульгатора получали, растворяя 30 г активной основы в 70 г керосина ТС-1. При этом ее плотность составила 847 кг/м³ и температура застывания - минус 45^oС (образец 33).

Для оценки эксплуатационных свойств предлагаемого эмульгатора были проведены испытания термостабильности инвертных эмульсий, приготовленных на его основе.

Инвертные эмульсии готовили следующим образом. В расчетное количество раствора эмульгатора в нефти вводили расчетное количество водной фазы. В результате получали устойчивую высокодисперсную эмульсию типа "вода в масле". В экспериментах использовали природную нефть Муравленковского месторождения плотностью 860 кг/м³.

Пример 5. Получение инвертной эмульсии и определение ее термостабильности.

В стеклянном стакане на 400 см³ растворяли 4 см³ эмульгатора (пример 1) в 20 см³ нефти. В стакан с раствором эмульгатора в нефти при энергичном встряхивании приливали 76 см³ водной фазы. Водную фазу готовили растворением 3 см³ 30%-го хлористого кальция в 73 см³ минерализованной воды (6 г/л NaCl и 2 г/л CaCl₂). По окончании ввода водной фазы стакан с эмульсией ставили на магнитную мешалку и перемешивали дополнительно 10 мин, устанавливая скорость перемешивания 1500 об/мин.

Готовую эмульсию в количестве 15 см³ заливали в пробирку емкостью 20 см³, закрывали притертой пробкой и ставили на испытание в суховоздушный термостат при температуре 80^oС. Временем стабильности эмульсии считали время от начала испытаний до выделения из эмульсии крупных капель воды. При испытаниях допускалось отслоение углеводородной фазы в количестве не более 1-2 об.%. Эмульсия указанного состава была стабильной при 80^oС в течение 13 суток (образец 8).

Аналогичным образом готовили и испытывали эмульсии на эмульгаторах другого состава. Данные проведенных испытаний различных составов эмульгаторов представлены в таблице.

Приведенные в таблице данные показывают, что увеличение в составе эмульгатора маслорастворимого ПАВ выше 30% не приводит к значительному увеличению термостабильности получаемых эмульсий, в некоторых случаях (образцы 10 и 20) наблюдается даже небольшое снижение термостабильности. Уменьшение концентрации маслорастворимого ПАВ в эмульгаторе ниже 10% ведет к значительному снижению термостабильности получаемых эмульсий (образцы 4, 9, 14, 19, 24, 29).

Предлагаемый эмульгатор по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами.

Во-первых, получаемые на его основе инвертные эмульсии более термостабильны при прочих равных условиях.

Во-вторых, на фоне высокой эмульгирующей способности предлагаемый эмульгатор (например, образец 8) в 1,5-2 раза дешевле. Дешевизна предлагаемого эмульгатора обусловлена невысокой стоимостью исходных компонентов, производимых на территории России, и простотой технологического процесса изготовления эмульгатора.

В-третьих, по сравнению с прототипом, содержащим в своем составе алкилполиамины, обладающие канцерогенными свойствами и кожно-резорбтивным действием, предлагаемый эмульгатор не содержит канцерогенных веществ и не обладает кожно-резорбтивным действием. Так, один из эмульгаторов предлагаемого состава, приготовленный на техническом подсолнечном масле под торговой маркой "СИНОЛ-ЭМИ" (ТУ 2484-007-52412574-01), прошел сертификацию в органах санитарно-эпидемиологического надзора РФ и отнесен к веществам 4 класса опасности (Санитарно-эпидемиологическое заключение 77.01.03.248.П.22600.07.1 от 23.07.01).

Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемый эмульгатор обладает более высокой термостабильностью, меньшей стоимостью и лучшими гигиеническими свойствами по сравнению с прототипом при сохранении высокой эмульгирующей способности и низкой температуры застывания.

Прототип. В качестве прототипа был использован эмульгатор следующего состава: маслорастворимое ПАВ - соль дистиллированного таллового масла с кислотным числом 193 мг КОН/г и "Тетрамина Т" (талоутрипропилентетрамин) фирмы "AKZO NOBEL" при соотношении 3:1 общей формулы R-[NH₂ ⁺(CH₂)_3 nNH₃ ⁺[R₁COO] _n ^-, R= R₁= T, n=3; полярный растворитель - кубовые остатки производства бутиловых спиртов по ТУ 38-10717-77; углеводородный растворитель - авиационное топливо ТС-1 по ГОСТ 10227-86.

Изобретение относится к эмульгаторам, способным образовывать инвертные эмульсии, которые используют для интенсификации добычи нефти. Эмульгатор включает в себя маслорастворимое поверхностно-активное вещество в виде продукта взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С₈-С₂₄ при мольном соотношении борная кислота:диэтаноламин:жирные кислоты, равном 1:3: 1-3. Соотношение компонентов в эмульгаторе, мас.%: маслорастворимое поверхностно-активное вещество 10-30, углеводородный растворитель - до 100. В частном случае эмульгатор дополнительно включает глицерин при следующем соотношении компонентов, мас. %: маслорастворимое поверхностно-активное вещество 10-30, глицерин 0,5-2,5, углеводородный растворитель - до 100. Технический результат - эмульгатор обладает низкой температурой застывания, высокой термостабильностью и эмульгирующей способностью. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Эмульгатор для приготовления инвертных эмульсий, включающий маслорастворимое поверхностно-активное вещество и углеводородный растворитель, отличающийся тем, что в качестве маслорастворимого поверхностно-активного вещества он содержит продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C₈-C₂₄ при мольном соотношении борная кислота : диэтаноламин : жирные кислоты как 1 : 3 : 1-3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вышеуказанное маслорастворимое поверхностно-активное вещество - 10-30
Углеводородный растворитель - До 100
2. Эмульгатор по п.1, отличающийся тем, что содержит следующие компоненты, мас.%:
Вышеуказанное маслорастворимое поверхностно-активное вещество - 10-30
Глицерин - 0,5-2,5
Углеводородный растворитель - До 100ю