Область техники
Группа изобретений относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована для обезвоживания и обессоливания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения с использованием биоразлагаемого графт-сополимера ксантана с полиакриламидом. Группа изобретений также может быть использована для удаления воды и неорганических солей из нефти в нефтяном пласту горных пород, при промысловом разделении смеси нефти и подтоварной воды на установках нефтеподготовки и нефтеперерабатывающих заводах.
Уровень техники
В промышленности для удаления воды из нефти на этапах добычи и переработки используют определённые марки синтетического полиакриламида, а также биополимеры ксантанового ряда. Полиакриламид обладает высокой водопоглощающей способностью, устойчив в широком диапазоне температур, имеет относительно низкую стоимость, но не биодеградирует, а также содержит остатки токсичных мономеров, которые при попадании в почву разрушают благоприятную биосферу. Природные биополимеры ксантанового ряда обладают умеренной водопоглощающей способностью и термостабильностью, устойчивы в средах с повышенным содержанием солей. Однако по сравнению с полиакриламидом, биодеградируют в аэробных условиях естественной среды.
Данные типы полимеров используют в качестве индивидуальных компонентов на разных этапах нефтедобычи и нефтепереработки. При необходимости совместного использования полиакриламида и ксантана существенно увеличиваются себестоимость добычи нефти и получения углеводородсодержащих материалов. Графт-сополимер ксантана и акриламида совмещает в себе положительные свойства природного и синтетического полимера, способен к биодеградации в окружающей среде, а его применение значимо снижает издержки нефтедобычи.
Для удаления воды из нефтянного сырья используют различные способы, наиболее распространённым из которых является введение в водонефтяную эмульсию содержащих деэмульгаторы многокомпонентных составов, включающих поверхностно-активные вещества, жидкое стекло, моно- и полиэфиры высших жирных кислот, оксиэтилированные алкилендиамины и др. (SU 727666, опублик. 15.04.1980, SU 368293 опублик. 26.01.1973).
Недостатком содержащих деэмульгаторы составов является многокомпонентность, возможность применения только на этапах нефтеподготовки и нефтепереработки. Применение для вытеснения пластовых вод на нефтяном месторождении маловероятно.
Известен способ обезвоживания водонефтянных эмульсий воздействием на них электромагнитным полем заданной частоты (RU 2400523, МПК C10G 33/02, опубл. 27.09.10). После отслоения определенного количества воды подбирают другую частоту воздействия. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа обезвоживания эмульсий нефти, который учитывает изменение электрофизических свойств эмульсий в процессе их обезвоживания.
Недостатком данного способа является сложность наведения нужного электромагнитного поля, постоянные расчёты и корректировка частоты электромагнитного поля.
Описан способ увеличения объёмов нефтедобычи за счёт снижения проницаемости водопроводящих каналов пласта и увеличения охвата пласта заводнением (RU 2365746, МПК E21B 43/22, опубл. 10.01.09). Способ вытеснения нефти заводнением включает закачку водного раствора реагента РИТИН-10 и биополимера ксантанового при их соотношении, равном 1:0.5-2. Технический результат - повышение эффективности вытеснения нефти за счёт улучшения реологических свойств композиционного состава в минерализованной воде.
Недостатком данного способа является его неприменимость к обезвоживанию водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения.
Известен способ обезвоживания водонефтяной эмульсии с использованием сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии (RU 2536583 C2, МПК C10G 33/02, опубл. 27.12.11). Она подаётся через волновод, выполненный в виде металлической трубы, и системы коалесценторов. Помимо СВЧ энергии в диапазоне от 100 МГц до 3000 МГц и с плотностью потока мощности от 50 до 200 Вт/см2 в волноводы подают ультразвуковую (УЗ) энергию интенсивностью от 1 до 10 Вт/см2 и с частотой от 300 кГц до 2000 кГц, а в коалесценторах используют УЗ энергию интенсивностью от 0.8 до 1.2 Вт/см2 и частотой от 18 до 40 кГц. Технический результат - эффективное удаление из нефти воды и твёрдых примесей в потоке при минимальных затратах энергии.
Недостатком данного способа является использование сложного и дорогостоящего оборудования, требующего установку, тонкую настройку и постоянный контроль. Использование СВЧ и УЗ энергий могут нанести вред окружающей экосистеме.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема заключается в обезвоживании водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения, включая концентрированные по нефти водонефтяные эмульсии.
Технический результат заключается в расширении арсенала сорбентов для обезвоживания водонефтяных эмульсий, в обеспечении материалом степени сорбции воды из чистой водной среды не менее 7,9 г/г, из 20%-го водного раствора NaCl не менее 4,5 г/г, из водонефтяной эмульсии не менее 1,1 г/г, степени извлечения катионного красителя не менее 21,7%
Технический результат достигается тем, что графт-сополимер для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения включает ксантан с молекулярной массой 1000-1900 кДа, полиакриламид и N,N-метиленбисакриламид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
или
или
Технический результат достигается также тем, что способ получения графт-сополимера для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения включает его синтез методом привитой радикальной полимеризации при микроволновом воздействии в течение 2-3 мин с использованием в качестве инициатора персульфата аммония, при этом в качестве исходных реагентов выбирают ксантан с молекулярной массой 1000-1900 кДа, акриламид, и сшивающий агент N,N-метиленбисакриламид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
или
или
причем сшивающий агент вводят до полимеризации (А) или во время полимеризации (В) или после полимеризации (С), продукт осаждают этанолом, промывают водно-этанольной смесью, механически измельчают, высушивают до воздушно-сухого состояния.
Осуществление изобретения
Способ получения состава для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения.
Водонабухающий биодеградируемый графт-сополимер ксантана с полиакриламидом синтезируют методом привитой радикальной полимеризации при микроволновом воздействии в течение 2-3 минут с использованием биополимера ксантана (КС), мономеров акриламида (АА), инициатора персульфата аммония и сшивающего агента (СА) N,N-метиленбисакриламида, варьируя концентрацию исходных реагентов в диапазоне 3,5-12,0 мас.% ксантана, 79,0-94,0 мас.% акриламида, 2,5-9,0 мас.% N,N-метиленбисакриламида, мольное соотношение исходных реагентов в диапазоне 0,05-0,20 ммоль и этапы введения сшивающего агента: до полимеризации (А), во время полимеризации (В), после полимеризации (С). Продукт осаждают этанолом, промывают водно-этанольной смесью, механически измельчают, высушивают в термошкафу при 70-80°С.
Состав для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения.
Состав для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения, включающий графт-сополимер ксантана с полиакриламидом, полученный радикальной полимеризацией биополимера ксантана и мономеров акриламида с использованием персульфата аммония в качестве инициатора и N,N-метиленбисакриламида в качестве сшивающего агента содержит 3,5-12,0 мас.% биополимера ксантана, 79,0-94,0 мас.% полиакриламида (ПАА), 2,5-9,0 мас.% N,N-метиленбисакриламида.
Используют ксантан с молекулярной массой ММ = 1000-1900 кДа, акриламид в виде 40%-ного водного раствора, персульфат аммония химически чистый, N,N'-метиленбисакриламид с массовой долей основного вещества 97%. Микроволновое воздействие проводят на микроволновом реакторе при 600 Вт.
Степень сорбции графт-сополимером воды в чистой водной среде (W, г/г), в 20%-ом водном растворе NaCl (WNaCl, г/г) и концентрированной по нефти водонефтяной эмульсии, (WH2O, г/г, соотношение нефть:вода = 70:30) проводят иммерсионным методом при 22±2°С в течение 28-43 часов. Массу графт-сополимера до и после сорбции измеряют на аналитических весах Ohaus Adventurer AR1530 (КНР), точность взвешивания ±0,002 г. Степень сорбции рассчитывают как отношение массы поглощённой воды к массе исходного графт-сополимера и выражают в грамм воды на грамм графт-сополимера (г/г).
Оценку сорбции графт-сополимером нефти (Wнефти, г/г) проводят иммерсионным методом как описано выше. Используют лёгкую фракцию нефти плотностью 0,843 г/см3, с содержанием воды 0,81 мас.% и концентрацией хлоридов 1210 мг/л; тяжёлую фракцию нефти плотностью 0,917 г/см3, с содержанием воды 18,6 мас.% и концентрацией хлоридов 12570 мг/л, поставщик ООО «ПЭК». Подтверждением сорбции воды из водонефтяной эмульсии является значимое различие между значениями степени сорбции графт-сополимером водонефтяной эмульсии (WH2O) и чистой нефти (Wнефти).
Исследование сорбции графт-сополимером модельного загрязнителя проводят спектрофотометрическим методом на спектрофотометре B-1100 VEK 2109010 «Shanghai Mapada Instruments Co., Ltd» на примере метиленового синего. Степень извлечения красителя рассчитывают как отношение концентрации загрязнителя после сорбции к исходной концентрации загрязнителя и выражают в процентах (R, %).
Физико-химические свойства испытуемых графт-сополимеров приведены в таблице.
Таблица.
R, %
W, г/г
WNaCl, г/г
WH2O, г/г
Wнефти, г/г
Пример 1. Для синтеза графт-сополимера навески ксантана с молекулярной массой ММ = 1900 кДа массой 12 г, акриламида 80 г и инициатора персульфата аммония 3 г помещают в реакционную ёмкость, тщательно перемешивают и добавляют 9 г сшивающего агента N,N-метиленбисакриламида (этап А). Реакционную смесь подвергают микроволновой обработке в течение 3 минут. Продукт осаждают этиловым спиртом, промывают водно-этанольной смесью, механически измельчают и высушивают до воздушно-сухого состояния. Массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: степень сорбции воды из чистой водной среды W = 10,8 г/г, степень сорбции воды из 20%-го водного раствора NaCl WNaCl = 14,2 г/г, степень извлечения воды из водонефтяной эмульсии WH2O = 0.4 г/г, степень извлечения нефти Wнефти = 0,3-0,4 г/г, степень извлечения красителя R = 42,4%.
Пример 2. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 1. Отличие заключается в том, что массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера составляет, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 7,9 г/г, WNaCl = 10,2 г/г, WH2O = 9,1 г/г, Wнефти = 0,1 г/г, R = 46,6%.
Пример 3. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 1. Отличие заключается в том, что массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера составляет, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 13,4 г/г, WNaCl = 11,2 г/г, WH2O = 1,2 г/г, Wнефти = 0,3 г/г, R = 37,2 %.
Пример 4. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 1. Отличие заключается в том, что используют ксантан с ММ = 1700 кДа, реакционную смесь подвергают микроволновой обработке в течение 2 минут, сшивающий агент вводится во время полимеризации (этап B). Массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 10,9 г/г, WNaCl = 16,8 г/г, WH2O = 6,1-6,3 г/г, Wнефти = 0,3-0,5 г/г, R = 50,9%.
Пример 5. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 4. Отличие заключается в том, что массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера составляет, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 9,9 г/г, WNaCl = 11,1 г/г, WH2O = 7,7-17,0 г/г, Wнефти = 0,1-0,3 г/г, R = 49,2%.
Пример 6. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 4. Отличие заключается в том, что массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера составляет, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 13,4 г/г, WNaCl = 17,2 г/г, R = 39,4%.
Пример 7. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 1. Отличие заключается в том, что используют ксантан с ММ = 1000 кДа, реакционную смесь подвергают микроволновой обработке в течение 2 минут, сшивающий агент вводится после полимеризации (этап C). Массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 12,6 г/г, WNaCl = 20,0 г/г, WH2O = 0,1-0,5 г/г, Wнефти = 0,1 г/г, R = 18,6%.
Пример 8. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 7. Отличие заключается в том, что массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера составляет, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 11,0 г/г, WNaCl = 4,5 г/г, WH2O = 5,0 г/г, Wнефти = 0,1 г/г, R = 25,0%.
Пример 9. Все этапы синтеза графт-сополимера аналогичны примеру 7. Отличие заключается в том, что массовое соотношение компонентов в составе графт-сополимера составляет, мас.%:
Характеристика графт-сополимера: W = 16,8 г/г, WNaCl = 12,4 г/г, WH2O = 6,3 г/г, Wнефти = 0,1 г/г, R = 21,7%.
Графт-сополимер ксантана с полиакриламидом устойчив в концентрированных водно-солевых средах, проявляет высокую водопоглощающую способность индивидуальной водной среды и воды в концентрированных по нефти воднонефтяных эмульсиях. Поскольку основной макроцепью графт-сополимера является макроцепь биодеградируемого полисахарида ксантана, отработанные материалы на основе графт-сополимера ксантана с полиакриламидом можно утилизировать путем компостирования в окружающей среде без нанесения вреда экологической обстановки.
Настоящее изобретение относится к графт-сополимеру для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения, включающему ксантан с молекулярной массой 1000-1900 кДа, полиакриламид и N,N-метиленбисакриламид, при следующем соотношении компонентов, мас.%: ксантан 12,0, полиакриламид 79,0, N,N-метиленбисакриламид 9,0, или ксантан 6,6, полиакриламид 88,4, N,N-метиленбисакриламид 5,0, или ксантан 3,5, полиакриламид 94,0, N,N-метиленбисакриламид 2,5. Также описан способ получения графт-сополимера для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения, включающий его синтез методом привитой радикальной полимеризации при микроволновом воздействии в течение 2-3 мин с использованием в качестве инициатора персульфата аммония, при этом в качестве исходных реагентов выбирают ксантан с молекулярной массой 1000-1900 кДа, акриламид и сшивающий агент N,N-метиленбисакриламид, при следующем соотношении компонентов, мас.%: ксантан 12,0, акриламид 79,0, N,N-метиленбисакриламид 9,0, или ксантан 6,6, акриламид 88,4, N,N-метиленбисакриламид 5,0, или ксантан 3,5, акриламид 94,0, N,N-метиленбисакриламид 2,5, причем сшивающий агент вводят до полимеризации (А), или во время полимеризации (В), или после полимеризации (С), продукт осаждают этанолом, промывают водно-этанольной смесью, механически измельчают, высушивают до воздушно-сухого состояния. Технический результат - расширение арсенала сорбентов для обезвоживания водонефтяных эмульсий, в обеспечении материалом степени сорбции воды из чистой водной среды не менее 7,9 г/г, из 20%-го водного раствора NaCl не менее 4,5 г/г, из водонефтяной эмульсии не менее 1,1 г/г, степени извлечения катионного красителя не менее 21,7%. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 9 пр.
1. Графт-сополимер для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения, включающий ксантан с молекулярной массой 1000-1900 кДа, полиакриламид и N,N-метиленбисакриламид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
или
или
2. Способ получения графт-сополимера для обезвоживания водонефтяных эмульсий природного и технического происхождения, включающий его синтез методом привитой радикальной полимеризации при микроволновом воздействии в течение 2-3 мин с использованием в качестве инициатора персульфата аммония, при этом в качестве исходных реагентов выбирают ксантан с молекулярной массой 1000-1900 кДа, акриламид, и сшивающий агент N,N-метиленбисакриламид, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
или
или
причем сшивающий агент вводят до полимеризации (А) или во время полимеризации (В) или после полимеризации (С), продукт осаждают этанолом, промывают водно-этанольной смесью, механически измельчают, высушивают до воздушно-сухого состояния.
| US 20220010201 A1,13.01.2022 | |||
| US 9914797 B2, 13.03.2018 | |||
| А.К | |||
| Смирнов и др | |||
| "Синтез и свойства привитых сополимеров ксантана и глюкоманнана с акриловыми мономерами" Известия Саратовского университета | |||
| Новая серия | |||
| Серия:Химия | |||
| Биология | |||
| Экология | |||
| Электромагнитный прерыватель | 1924 |
|
SU2023A1 |
| Rajeev Jindal "Rapid Synthesis of Acrylamide onto xanthan gum Based | |||
