СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОЙ ОСНОВЫ ЭМУЛЬГАТОРА ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ЭМУЛЬГАТОР ИНВЕРТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ Российский патент 2007 года по МПК B01F17/22 C09K8/35 

Изобретение относится к эмульгаторам, способным образовывать инвертные эмульсии, и может быть использовано при получении однородной смеси двух несмешивающихся жидкостей, таких, как нефть и вода, масло и вода и т.д., применяемых в современных технологиях интенсификации добычи нефти.

Известен способ получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий путем взаимодействия кислот таллового масла и кубового остатка производства алкилэтаноламинов при нагревании, содержащего 85-95 мас.% оксиэтилированных алкиламинов, при массовом соотношении кислоты: кубовый остаток 1,5:1; 1:5, а также известен эмульгатор инвертных эмульсий, включающий вышеуказанный продукт взаимодействия и углеводородный растворитель (патент РФ №2062142, В01F 17/34, 1996 г.).

Однако известный способ получения имеет ряд недостатков:

- использование в качестве исходного сырья таллового масла, являющегося продуктом лесохимической промышленности, неоднородного и непостоянного по составу, что отрицательно сказывается на эксплуатационных характеристиках эмульгатора и свойствах инвертных эмульсий на его основе;

- высокая температура проведения процесса, необходимость отгонки воды.

Известен способ получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий путем взаимодействия алкилполиаминов с талловым маслом или олеиновой кислотой при нагревании с последующим добавлением этилового спирта, а также известен эмульгатор инвертных эмульсий, включающий вышеупомянутую активную основу эмульгатора и растворитель, например, керосин ТС-1 (патент РФ №2140815, В01F 17/16, 18, 1999 г.).

Недостатком способа является высокая себестоимость продукта, так как используется импортное сырье, обладающее к тому же канцерогенностьюи кожно-резорбтивным воздействием.

Наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий, включающий последовательное взаимодействие диэтаноламина, смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C₈-C₂₄ и борной кислоты при нагревании 90-180°С, при мольном соотношении борная кислота: диэтаноламин: жирные кислоты 1:3:1-3, причем в процессе взаимодействия при Т=130°С осуществляют отгонку образующейся в процессе реакции воды (патент РФ №2203130, В01F 17/22, 16, 2003 г.).

К недостаткам известного способа можно отнести его многостадийность, высокую температуру проведения процесса, необходимость отгонки воды.

Известен эмульгатор для инвертных эмульсий, включающий активную основу - продукт взаимодействия диэтаноламина, смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C₈-C₂₄ и борной кислоты при исходном соотношении диэтаноламин: жирные кислоты: борная кислота как 3:1-3:1 и углеводородный растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вышеуказанный продукт взаимодействия - 10-30

Углеводородный растворитель - остальное.

(патент РФ №2203130, В01F 17/22, 16, 2003 г.).

Однако при хорошей эмульгирующей способности инвертных эмульсий на основе известного эмульгатора она недостаточна термостабильна и имеет низкие фильтрационные характеристики.

Основой настоящего изобретения является задача создания менее сложного технологичного способа получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий, а также создание эффективного эмульгатора инвертных эмульсий с более высокой термостабильностью и фильтрационными характеристиками эмульсии.

Поставленная задача решается так, что в способе получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий, включающей взаимодействие алканоламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным растворителем С₈-С₂₄ при нагревании, в качестве алканоламина берут моноэтаноламин или диэтаноламин или триэтаноламин при их мольном соотношении 1-4:1 соответственно, причем процесс ведут при температуре 120-150°С. А также задача решается так, что эмульгатор инвертных эмульсий, включающий маслорастворимое поверхностно-активное вещество и углеводородный растворитель, в качестве маслорастворимого поверхностно-активного вещества он содержит активную основу эмульгатора по п.1 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Активная основа по п.1- 5-30Углеводородный растворитель- остальное

Активную основу эмульгатора получают путем нагревания и перемешивания при атмосферном давлении алканоламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С₈-С₂₄ при мольном соотношении алканоламин: жирные кислоты, равном 1-4:1, при температуре 120-150°С в течение 4-6 ч. Эмульгатор получают растворением полученной активной основы в углеводородном растворителе.

В качестве алканоламина используют моноэтаноламин (ТУ6-02-915-84) или диэтаноламин (ТУ 6-09-2652-91) или триэтаноламин марки В (ТУ 6-02-916-79).

В качестве жирных кислот для получения активной основы используют, например, талловое масло, растительное масло (соевое, пальмовое, рапсовое, кокосовое, льняное, касторовое, хлопковое), а также смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С₈-С₂₄.

В качестве углеводородного растворителя используют, например, низкозастывающие фракции или товарные среднедистиллятные топлива: например, топливо для реактивных двигателей марок ТС-1, РТ по ГОСТ 10227-86, топливо дизельное по ГОСТ 305-82, нефрас-С4-155/200 по ГОСТ 3134-78, нефрас-А-130/150 по ГОСТ 10214-78.

Активная основа эмульгатора - продукт взаимодействия моноэтаноламина и смеси жирных кислот - представляет собой мазеобразное вещество от коричневого до темно-коричневого цвета с температурой плавления 40-60°С.

Активная основа эмульгатора - продукт взаимодействия диэтаноламина (триэтаноламин) и смеси жирных кислот - представляет собой вязкую жидкость от темно-желтого до коричневого цвета. Плотность при 20°С - 930-960 кг/м³.

Прототип. Берут эмульгатор - продукт взаимодействия борной кислоты, диэтаноламина и дистиллированного таллового масла с кислотным числом 193 мг КОН/г при мольном соотношении борная кислота: диэтаноламин: дистиллированное талловое масло как 1:3:1,5 и углеводородный растворитель при следующим соотношении компонентов, мас. %:

Вышеуказанное маслорастворимое ПАВ- 10Углеводородный растворитель - топливо для реактивных двигателей ТС-1 по ГОСТ 10227-86- 90.

Примеры 1-3 описывают заявленную технологию получения активной основы.

Пример 1. В реактор емкостью 2000 л, оснащенный мешалкой и сливным устройством на дне, загружают 700 кг (0,79 моль) нерафинированного рапсового масла с содержанием свободных жирных кислот 2,35% и при перемешивании подают 174,5 кг (2,86 моль) моноэтаноламина (1:3,6). Температуру в реакторе доводят до 130°С и перемешивают при заданной температуре в течение 5 часов. После чего реакционную массу охлаждают до 25±5°С. Степень конверсии по свободным аминам составляет 96% (образец 1, табл.1).

Пример 2. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 50 г (0,15 моль) таллового масла с кислотным числом 168,1 мг КОН/г и 13 г (0,21 моль) моноэтаноламина (1:1,4). Реакционную массу нагревают при перемешивании до 150°С и ведут процесс в течение 4 часов. Затем полученный продукт охлаждают до 25±5°С. Степень конверсии равна 74% (образец 2, табл.1).

Пример 3. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 50 г (0,17 моль) смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда фракций С₁₆-С₂₂ с кислотным числом 180,6 мг КОН/г и при перемешивании добавляют 14 г (0,23 моль) моноэтаноламина (1:1,4). Реакционную массу нагревают до 120°С и выдерживают в течение 6 часов. По окончании процесса реакционную массу охлаждают до 25±5°С. Степень конверсии составляет 97% (образец 3, табл.1).

Примеры 4-9. В качестве алканоламина используют диэтаноламин или триэтаноламин. Технологические параметры получения активной основы и мольные соотношения реагентов представлены в таблице 1. Полученную по примерам 1-9 активную основу растворяют в углеводородном растворителе при массовом соотношении 5-30:70-95 соответственно. Готовят 27 образцов (см. табл.2).

Инвертные эмульсии на основе полученных эмульгаторов готовят путем энергичного встряхивания в герметичной емкости расчетных количеств эмульгатора и водного раствора хлорида кальция. Получают инвертные эмульсии различной плотности (в пределах 1,1-1,3 г/см³). Для оценки эксплуатационных свойств предлагаемых эмульгаторов проводят испытания термостабильности и фильтрации инвертных эмульсий. Термостабильность определяют по методике, приведенной в патенте №2203130. Показатель фильтрации ПФ₃₀ (см³/30 мин) на приборе ВМ-6. Приводим конкретный пример приготовления инвертной эмульсии:

В емкость на 200 см³ помещают 12,5 г эмульгатора 1 и 87,5 г 29%-ного водного раствора хлорида кальция (Образец 1, табл.3). Смесь энергично встряхивают до образования однородной эмульсии. Полученная инвертная эмульсия имеет следующие характеристики:

- плотность- 1,1 г/см³;

- термостабильность - 14 суток;

- показатель фильтрации ПФ₃₀ - 24 см³/30 мин.

Готовят 27 образцов инвертных эмульсий. Технологические свойства инвертных эмульсий на основе предлагаемых эмульгаторов представлены в таблице 3.

Из приведенных в таблице 3 данных видно, что инвертные эмульсии, приготовленные с использованием активной основы и эмульгатора на ее основе, полученных заявленными способами, во всем диапазоне условий имеют высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с прототипом.

Предлагаемые объекты по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:

- способ получения активной основы эмульгатора одностадиен, не требует отгонки воды, более технологичен;

- получаемые на основе заявленных эмульгаторов инвертные эмульсии различной плотности (в пределах 1,1-1,3 г/см³) более термостабильны при прочих равных условиях и имеют высокие фильтрационные характеристики.

Таблица 1№ образцаИсходное сырьеМольное соотношениеТемпература, °СДлительность, чСтепень конверсии, %1Рапсовое масло0,79130596 Моноэтаноламин2,86   2Талловое масло0,15150474 Моноэтаноламин0,21   3Смесь жирных кислот фракции 120697 C₁₆-C₂₂0,17    Моноэтаноламин0,23   4Рапсовое масло1130579 Диэтаноламин3,6   5Талловое масло1150499 Диэтаноламин1,4   6Смесь жирных кислот фракции 120689 C₁₆-C₂₂1    Диэтаноламин1,4   7Рапсовое масло1130577 Триэтаноламин4   8Талловое масло1150480 Триэтаноламин2   9Смесь жирных кислот фракции 120691 C₁₆-C₂₂1    Триэтаноламин1   

Таблица 2№ образцаАктивная основа из табл.1Углеводородный растворительСоотношение активной основы и углеводородного растворителя, мас. %Плотность при 20°С, г/см³1234511Топливо для реактивных двигателей ТС-15:950,79022Топливо для реактивных двигателей РТ-//-0,80033Нефрас-А-130/150-//-0,86744Топливо для реактивных двигателей ТС-1-//-0,79455Нефрас-С4-155/200-//-0,80166Топливо для реактивных двигателей РТ-//-0,78677Нефрас-А-130/150-//-0,86988Топливо дизельное-//-0,85099Нефрас-С4-155/200-//-0,805101Топливо для реактивных двигателей РТ10:900,815112Нефрас-А-130/150-//-0,803123Топливо для реактивных двигателей ТС-1-//-0,810134Нефрас-С4-155/200-//-0,821145Топливо для реактивных двигателей ТС-1-//-0,818156Топливо для реактивных двигателей ТС-1-//-0,817167Нефрас-С4-155/200-//-0,811178Топливо для реактивных двигателей РТ-//-0,807189Топливо для реактивных двигателей ТС-1-//-0,819191Топливо дизельное30:700,870202Нефрас-А-130/150-//-0,866213Нефрас-С4-155/200-//-0,843224Топливо для реактивных двигателей РТ-//-0,831235Топливо для реактивных двигателей ТС-1-//-0,840246Нефрас-С4-155/200-//-0,837257Топливо дизельное-//-0,869268Нефрас-А-130/150-//-0,880279Топливо для реактивных двигателей РТ-//-0,828

Таблица 3   Показатели эмульсии№ образцаСостав эмульсии% мас.Плотность при 20°С, г/см³Термостабильность, суток при 80°СПФ₃₀, см³/30 мин1234561Эмульгатор 112,51,11424 29%-ный раствор CaCl₂87,5   2Эмульгатор 1111,21028 42%-ный раствор CaCl₂89   3Эмульгатор 191,3830 52 %-ный раствор CaCl₂91   4Эмульгатор 1012,51,11723 29%-ный раствор CaCl₂87,5   5Эмульгатор 10111,22021 42%-ный раствор CaCl₂89   6Эмульгатор 1091,32018 52%-ный раствор CaCl₂91   7Эмульгатор 1112,51,1834 29%-ный раствор CaCl₂87,5   8Эмульгатор 11111,2833 42%-ный раствор CaCl₂89   9Эмульгатор 1191,3830 52%-ный раствор CaCl₂91   10Эмульгатор 1212,51,1930 29%-ный раствор CaCl₂87,5   11Эмульгатор 12111,2834 42%-ный раствор CaCl₂89   12Эмульгатор 1291,3831 52%-ный раствор CaCl₂91   13Эмульгатор 1312,51,11630 29%-ный раствор CaCl₂87,5   14Эмульгатор 13111,21723 42%-ный раствор CaCl₂89   15Эмульгатор 1391,32020 52%-ный раствор CaCl₂91   16Эмульгатор 1412,51,11240 29%-ный раствор CaCl₂87,5   17Эмульгатор 14111,21038 42%-ный раствор CaCl₂89   18Эмульгатор 1491,31633 52%-ный раствор CaCl₂91   19Эмульгатор 1512,51,11224 29%-ный раствор CaCl₂87,5   20Эмульгатор 15111,21723 42%-ный раствор CaCl₂89   21Эмульгатор 1591,31723 52%-ный раствор CaCl₂91   22Эмульгатор 8111,2627 42%-ный раствор CaCl₂89   23Эмульгатор 17111,21024 42%-ный раствор CaCl₂89   24Эмульгатор 26111,21420 42%-ный раствор CaCl₂89   25Прототип12,51,1338 29 %-ный раствор CaCl₂87,5   26Прототип111,23>40 42%-ный раствор CaCl₂89   27Прототип91,31>40 52%-ный раствор CaCl₂91   

Изобретение относится к эмульгаторам, способным образовывать инвертные эмульсии, и может быть использовано при получении однородной смеси двух несмешивающихся жидкостей, таких, как нефть и вода, масло и вода, применяемых в современных технологиях интенсификации добычи нефти. Для получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий, осуществляют взаимодействие алканоламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным растворителем C₈-C₂₄ при нагревании. В качестве алканоламина берут моноэтаноламин или диэтаноламин или триэтаноламин при их мольном соотношении 1-4:1 соответственно. Процесс ведут при температуре 120-150°С. Эмульгатор инвертных эмульсий включает маслорастворимое поверхностно-активное вещество и углеводородный растворитель. В качестве маслорастворимого поверхностно-активного вещества он содержит активную основу эмульгатора, полученную как сказано выше, при следующем соотношении компонентов, мас.%: активная основа - 5-30, углеводородный растворитель - остальное. Технический результат - упрощение способа получения активной основы эмульгатора и повышение эксплуатационных характеристик эмульгатора инвертных эмульсий с включением эффективной основы. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий, включающий взаимодействие алканоламина и смеси жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом C₈-C₂₄ при нагревании, отличающийся тем, что в качестве алканоламина берут моноэтаноламин или диэтаноламин или триэтаноламин при их мольном соотношении с жирными кислотами как 1-4:1 соответственно, причем процесс ведут при температуре 120-150°С.2. Эмульгатор инвертных эмульсий, включающий маслорастворимое поверхностно-активное вещество и углеводородный растворитель, отличающийся тем, что в качестве маслорастворимого поверхностно-активного вещества он содержит активную основу по п.1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Активная основа по п.15,0-30,0Углеводородный растворительОстальное