Способ получения пероксосольвата фторида аммония Российский патент 2024 года по МПК C09K8/74 F26B5/04 

[01] Область техники

[02] Изобретение относится к получению химических веществ, в частности твердых производных перекиси водорода, используемых в нефтегазодобывающей промышленности для обработки скважины различными составами в качестве основного действующего вещества.

[03] Уровень техники

[04] Широко изучены способы получения пероксосольвата фторида калия, используемого как в составах деконтаминирующих и дезинфицирующих средств, так и в составах для обработки скважины в нефтегазодобывающей промышленности. Однако известные способы получения пероксосольвата фторида калия не обеспечивают получение иного производного перекиси водорода, а именно пероксосольвата фторида аммония, обладающего характеристиками, наиболее эффективными при обработке нефтедобывающих скважин, в частности, при проведении процессов обработки призабойной зоны пласта, удаления фильтрационной корки скважины, операции гидроразрыва пласта и других известных из уровня техники процессов, обеспечивающих интенсификацию притока нефти в указанных скважинах.

[05] Наиболее близким аналогом изобретения является способ получения пероксосольвата фторида аммония, описанный в патенте РФ на изобретение RU 2777039, 01.08.2022 г. Способ включает смешивание фторида аммония в количестве от 30,8 до 62,5 мас. % с пероксидом водорода в количестве от 22,5 до 61 мас. %, вакуумную сушку полученного раствора, перед или во время которой вводят комплекс поверхностно-активных веществ в количестве от 3 до 15 мас. %.

[06] Недостатком указанного выше способа является получение конечного продукта (пероксосольвата фторида аммония), который содержит пероксид водорода с низкой стабильностью во времени, что является причиной короткого срока хранения пероксосольвата фторида аммония в товарной форме (не более 6-ти месяцев с даты производства).

[07] Раскрытие сущности изобретения

[08] Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является отсутствие способа получения пероксосольвата фторида аммония,

обладающего высокими рабочими характеристиками, требуемыми для эффективного использования в нефтегазодобывающей промышленности.

[09] Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении стабильности во времени пероксида водорода высокой концентрации в получаемом пероксосольвате фторида аммония.

[010] Под стабильностью во времени пероксида водорода в получаемом пероксосольвате фторида аммония следует понимать способность пероксида водорода сохранять активный кислород в составе в ходе длительного промежутка времени, что обеспечивает снижение (потери) концентрации пероксида водорода через 12 месяцев от даты получения ПФА не более чем на 5% от начальной концентрации пероксида водорода в только что полученном пероксосольвате фторида аммония.

[011] Дополнительным техническим результатом в частном случае реализации изобретения является сокращение времени, затраченного на процесс производства пероксосольвата фторида аммония.

[012] Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что способ получения пероксосольвата фторида аммония включает смешение водного раствора пероксида водорода с концентрацией 37 - 50 мас. % и фторида аммония в эквимолярном соотношении указанных компонентов с получением маточного раствора, вакуумную сушку полученного маточного раствора, при этом в маточный раствор добавляют органическую кислоту в качестве стабилизатора пероксида водорода в количестве 0,5 - 3,0 мас. %, а вакуумную сушку маточного раствора осуществляют при давлении не более 5 мБар при температуре от 20 до 30°C.

[013] В частном случае реализации указанного способа:

[014] в качестве органической кислоты использована по меньшей мере одна кислота из ряда: салициловая, щавелевая, янтарная;

[015] вакуумную сушку маточного раствора осуществляют при температуре от 24 до 27°C;

[016] содержание пероксида водорода в пероксосольвате фторида аммония на выходе составляет не менее 45 мас. %.

[017] Достижение указанного технического результата обусловлено следующим.

[018] По сравнению с ближайшим аналогом наличие в маточном растворе органической кислоты, предпочтительно, салициловой, янтарной или щавелевой, в концентрации 0,5-3,0 мас. %, которая выступает в качестве стабилизатора пероксида водорода, обеспечивает сохранение высоких концентраций пероксида водорода в количестве не менее 45,0% в готовом пероксосольвате фторида аммония, полученном заявленным способом. В способе получения пероксосольвата фторида аммония в соответствии с ближайшим аналогом, помимо основных компонентов в виде фторида аммония и пероксида водорода, присутствует комплекс поверхностно-активных веществ, однако наличие указанного вещества направлено на реализацию назначения состава, в котором используют пероксосольват фторида аммония согласно ближайшему аналогу, при этом указанный комплекс поверхностно-активных веществ оказывает низкое стабилизирующее действие по отношению к пероксиду водорода, что увеличивает скорость падения пероксида водорода во времени.

[019] Использование водного раствора пероксида водорода с концентрацией пероксида водорода в количестве 37,0-50,0 мас. % обеспечивает высокую скорость получения пероксосольвата фторида аммония, поскольку указанная концентрация приводят к отгонке меньшего количества воды при вакуумной сушке полученного в результате смешения исходных веществ маточного (исходного) раствора.

[020] При концентрации органической кислоты более 3,0 мас. % не обеспечивается необходимый уровень влагосодержания в товарной форме полученного пероксосольвата фторида аммония, а именно в виде однородного кристаллического порошка, а концентрации менее 0,5 мас. % недостаточно для стабилизации пероксида водорода.

[021] Также для обеспечения высокого содержания стабилизированного пероксида водорода в конечном продукте в количестве не менее 45,0 мас. % температура, при которой осуществляют процесс вакуумной сушки маточного раствора, должна находится в интервале от 20 до 30°С, а наиболее предпочтительно, в интервале от 24 до 27°С. Установлено, что указанные температурные границы позволяют предотвратить нежелательную реакцию, разрушающую исходные компоненты (фторид аммония и пероксид водорода):

[022]

[023] Также, в частном случае реализации изобретения, давление в системе вакуумной сушки маточного раствора не должно превышать 5 мБар, что способствует высокой скорости отгонки воды. При давлении выше 5 мБар скорость отгонки воды из системы будет крайне малой. Также на повышение скорости отгонки воды в процессе вакуумной сушки влияет высокая концентрация раствора пероксида водорода как исходного компонента, поскольку требуется отгонка меньшего количества воды в процессе сушки маточного раствора. Перечисленное в совокупности обеспечивает повышенную скорость производства пероксосольвата фторида аммония.

[024] Краткое описание чертежей

[025] Изобретение поясняется чертежами.

[026] На фиг.1 представлена диаграмма, отображающая результаты исследований содержания пероксида водорода в пероксосольвате фторида аммония в течение 12-ти месяцев с момента его получения в соответствии с заявленным изобретением и ближайшем аналогом.

[027] Осуществление изобретения

[028] Способ получения пероксосольвата фторида аммония в соответствии с заявленным изобретением включает две основные стадии: смешение исходных компонентов в виде водного раствора пероксида водорода с концентрацией 37,0-50,0 мас. %, фторида аммония в их эквимолярном соотношении, а также органической кислоты, выступающей в качестве стабилизатора пероксида водорода, в концентрации 0,5-3,0 мас. % с получением маточного (исходного) раствора, вакуумную сушку полученного маточного раствора, которую осуществляют при температуре от 20 до 30°С, предпочтительно, от 24 до 27°С.

[029] Для стабилизации пероксида водорода используют органическую кислоту, предпочтительно, из ряда: салициловая, щавелевая, янтарная.

[030] Вакуумную сушку маточного раствора осуществляют, преимущественно, с помощью роторного вакуумного испарителя.

[031] Для эффективного проведения процесса отгонки воды из маточного раствора в процессе вакуумной сушки при указанной выше температуре, предпочтительно, использовать давление не более 5 мБар.

[032] С целью доказательства соответствия предлагаемого изобретения заявленным свойствам и критерию «промышленная применимость» приведены примеры осуществления заявленного способа в лабораторных условиях и его основные технические характеристики.

[033] Пример 1. Для получения 200 г пероксосольвата фторида аммония (далее ПФА) в водный раствор 182,8 г пероксида водорода с концентрацией 50,0 мас. % добавляют 108,8 г фторида аммония и 1,6 г салициловой кислоты, что соответствует содержанию в маточном растворе компонентов в соотношении: пероксид водорода (Н₂О₂) - 31,1 мас. %, фторид аммония (NH₄F) - 37,1 мас. %, салициловая кислота (С₇Н₆О₃) - 0,55 мас. %, далее компоненты смешивают до однородного состояния, далее полученную смесь подают на отгонку в вакуумный роторный испаритель при температуре 24°С и давлении 5 мБар. Раствор сушат до получения однородного кристаллического порошка. Данные характеристики заявленного способа обеспечивают содержание стабилизированного пероксида водорода в конечном продукте 45,2 мас. %.

[034] Пример 2. Для получения 200 г ПФА в водный раствор 187,67 г пероксида водорода с концентрацией 43,5 мас. % добавляют 103,76 г фторида аммония и 4,5 г янтарной кислоты, что соответствует содержанию в маточном растворе компонентов в соотношении: пероксид водорода (Н₂О₂) - 31,7 мас. %, фторид аммония (NH4F) - 35,0 мас. %, янтарная кислота (С₄Н₆О₄) - 1,5 мас. %, далее компоненты смешивают до однородного состояния, далее полученную смесь подают на отгонку в вакуумный роторный испаритель при температуре 26°С и давлении 3 мБар. Раствор сушат до получения однородного кристаллического порошка. Данные характеристики заявленного способа обеспечивают содержание стабилизированного пероксида водорода в конечном продукте 46,9 мас. %.

[035] Пример 3. Для получения 200 г ПФА в водный раствор 248,12 г. пероксида водорода с концентрацией 37,0 мас. % добавляют 101,45 г фторида аммония и 10,86 г щавелевой кислоты, что соответствует содержанию в маточном растворе компонентов в соотношении: пероксид водорода (Н₂О₂) - 25,5 мас. %, фторид аммония (NH₄F) - 28,1 мас. %, щавелевая кислота (С₂Н₂О₄) - 3,0 мас. %, далее компоненты смешивают до однородного состояния, далее полученную смесь подают на отгонку в вакуумный роторный испаритель при температуре 30°С и давлении 4 мБар. Раствор сушат до получения однородного кристаллического порошка. Данные характеристики заявленного способа обеспечивают содержание стабилизированного пероксида водорода в конечном продукте 47,07 мас. %.

[036] Представленные выше примеры демонстрируют осуществление изобретения, но не ограничивают его.

[037] Также для сравнения заявленного способа получения пероксосольвата фторида аммония и способа получения пероксосольвата фторида аммония в соответствии с ближайшим аналогом был получен ПФА в соответствии с ближайшим аналогом при аналогичных условиях приведенного выше примера 3.

[038] Пример 4. Для получения 200 г ПФА по ближайшему аналогу в водный раствор 250,1 г пероксида водорода с концентрацией 37,0 мас. % добавляют 101,7 г фторида аммония и 8 г ПАВ в виде смеси Полинор MP 4202 и Бетанор марки А, в соотношении 1:2 соответственно, что соответствует содержанию в маточном растворе компонентов в соотношении: пероксид водорода (Н₂О₂) - 25,7 мас. %, фторид аммония (NH₄F) - 28,3 мас. %, ПАВ - 2,22 мас. %, компоненты смешивают до однородного состояния, далее полученную смесь подают на отгонку в вакуумный роторный испаритель при температуре 30°С и давлении 4 мБар. Раствор сушат до получения однородного кристаллического порошка. Данные характеристики заявленного способа обеспечивают содержание стабилизированного пероксида водорода в конечном продукте 44,56 мас. %.

[039] В таблице 1 представлены сводные данные и характеристики способа получения ПФА в соответствии с описанными выше примерами.

[040]

[041] Как видно из представленных выше примеров №1-3 осуществления способа получения пероксосольвата фторида аммония в соответствии с заявленным изобретением конечный продукт содержит высокое количество пероксида водорода (не менее 45 мас. %).

[042] Для подтверждения стабильности пероксида водорода во времени в полученном заявленным способом пероксосольвате фторида аммония были проведены измерения содержания пероксида водорода в пероксосольвате фторида аммония в течение 12-ти месяцев с интервалом в 2 месяца. Одновременно проводились измерения содержания пероксида водорода в пероксосольвата фторида аммония, полученного в соответствии со способом по ближайшему аналогу. Результаты данных измерений приведены в таблице 2.

[043]

[044] Как видно из данных, представленных в таблице 2, пероксосольват фторида аммония, полученный заявленным способом, содержит стабилизированный пероксид водорода, потери которого через 12 месяцев хранения пероксосольвата фторида аммония не превышают 5% от начального содержания пероксида водорода, в то время как потери пероксида водорода в пероксосольвате фторида аммония, полученного в соответствии с ближайшим аналогом, составили более 20%. На фиг.1 представлены результаты данных измерений в графическом виде.

[045] Таким образом, заявленный способ получения пероксосольвата фторида аммония обеспечивает получение пероксосольвата фторида аммония с высоким содержанием пероксида водорода, стабильного во времени в отличие от пероксосольвата фторида аммония, полученного в соответствии с ближайшим аналогом. Высокое содержание пероксида водорода в конечном продукте обеспечивает эффективную обработку нефтедобывающих скважин различными способами с использованием составов, содержащих такой пероксосольвата фторида аммония в качестве основного действующего вещества, а также обеспечивают длительный срок хранения указанного продукта.

Изобретение относится к получению химических веществ, в частности твердых производных перекиси водорода, используемых в нефтегазодобывающей промышленности для обработки скважины различными составами в качестве основного действующего вещества. Технический результат - повышение стабильности во времени пероксида водорода высокой концентрации в получаемом пероксосольвате фторида аммония. В способе получения пероксосольвата фторида аммония, включающем смешение водного раствора пероксида водорода с концентрацией 37,0-50,0 мас.% и фторида аммония в эквимолярном соотношении указанных компонентов с получением маточного раствора, вакуумную сушку полученного маточного раствора, в маточный раствор добавляют органическую кислоту в качестве стабилизатора пероксида водорода в количестве 0,5-3,0 мас.%, а вакуумную сушку маточного раствора осуществляют при давлении не более 5,0 мБар при температуре от 20 до 30°С. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 4 пр.

1. Способ получения пероксосольвата фторида аммония, включающий смешение водного раствора пероксида водорода с концентрацией 37,0-50,0 мас.% и фторида аммония в эквимолярном соотношении указанных компонентов с получением маточного раствора, вакуумную сушку полученного маточного раствора, отличающийся тем, что в маточный раствор добавляют органическую кислоту в качестве стабилизатора пероксида водорода в количестве 0,5-3,0 мас.%, а вакуумную сушку маточного раствора осуществляют при давлении не более 5,0 мБар при температуре от 20 до 30°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве органической кислоты использована по меньшей мере одна кислота из ряда: салициловая, щавелевая, янтарная.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вакуумную сушку маточного раствора осуществляют при температуре от 24 до 27°С.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание пероксида водорода в пероксосольвате фторида аммония на выходе составляет не менее 45,0 мас.%.