Способ получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий и эмульгатор инвертных эмульсий

Способ получения активной основы эмульгатора инвертных эмульсий и эмульгатор инвертных эмульсий

Реферат

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	- 5-30
Углеводородный 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	- 10
Углеводородный 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
№ образца	Исходное сырье	Мольное соотношение	Температура, °С	Длительность, ч	Степень конверсии, %
1	Рапсовое масло	0,79	130	5	96
	Моноэтаноламин	2,86
2	Талловое масло	0,15	150	4	74
	Моноэтаноламин	0,21
3	Смесь жирных кислот фракции		120	6	97
	C16-C22	0,17
	Моноэтаноламин	0,23
4	Рапсовое масло	1	130	5	79
	Диэтаноламин	3,6
5	Талловое масло	1	150	4	99
	Диэтаноламин	1,4
6	Смесь жирных кислот фракции		120	6	89
	C16-C22	1
	Диэтаноламин	1,4
7	Рапсовое масло	1	130	5	77
	Триэтаноламин	4
8	Талловое масло	1	150	4	80
	Триэтаноламин	2
9	Смесь жирных кислот фракции		120	6	91
	C16-C22	1
	Триэтаноламин	1

Таблица 2
№ образца	Активная основа из табл.1	Углеводородный растворитель	Соотношение активной основы и углеводородного растворителя, мас. %	Плотность при 20°С, г/см3
1	2	3	4	5
1	1	Топливо для реактивных двигателей ТС-1	5:95	0,790
2	2	Топливо для реактивных двигателей РТ	-//-	0,800
3	3	Нефрас-А-130/150	-//-	0,867
4	4	Топливо для реактивных двигателей ТС-1	-//-	0,794
5	5	Нефрас-С4-155/200	-//-	0,801
6	6	Топливо для реактивных двигателей РТ	-//-	0,786
7	7	Нефрас-А-130/150	-//-	0,869
8	8	Топливо дизельное	-//-	0,850
9	9	Нефрас-С4-155/200	-//-	0,805
10	1	Топливо для реактивных двигателей РТ	10:90	0,815
11	2	Нефрас-А-130/150	-//-	0,803
12	3	Топливо для реактивных двигателей ТС-1	-//-	0,810
13	4	Нефрас-С4-155/200	-//-	0,821
14	5	Топливо для реактивных двигателей ТС-1	-//-	0,818
15	6	Топливо для реактивных двигателей ТС-1	-//-	0,817
16	7	Нефрас-С4-155/200	-//-	0,811
17	8	Топливо для реактивных двигателей РТ	-//-	0,807
18	9	Топливо для реактивных двигателей ТС-1	-//-	0,819
19	1	Топливо дизельное	30:70	0,870
20	2	Нефрас-А-130/150	-//-	0,866
21	3	Нефрас-С4-155/200	-//-	0,843
22	4	Топливо для реактивных двигателей РТ	-//-	0,831
23	5	Топливо для реактивных двигателей ТС-1	-//-	0,840
24	6	Нефрас-С4-155/200	-//-	0,837
25	7	Топливо дизельное	-//-	0,869
26	8	Нефрас-А-130/150	-//-	0,880
27	9	Топливо для реактивных двигателей РТ	-//-	0,828

Таблица 3
			Показатели эмульсии
№ образца	Состав эмульсии	% мас.	Плотность при 20°С, г/см3	Термостабильность, суток при 80°С	ПФ30, см3/30 мин
1	2	3	4	5	6
1	Эмульгатор 1	12,5	1,1	14	24
	29%-ный раствор CaCl2	87,5
2	Эмульгатор 1	11	1,2	10	28
	42%-ный раствор CaCl2	89
3	Эмульгатор 1	9	1,3	8	30
	52 %-ный раствор CaCl2	91
4	Эмульгатор 10	12,5	1,1	17	23
	29%-ный раствор CaCl2	87,5
5	Эмульгатор 10	11	1,2	20	21
	42%-ный раствор CaCl2	89
6	Эмульгатор 10	9	1,3	20	18
	52%-ный раствор CaCl2	91
7	Эмульгатор 11	12,5	1,1	8	34
	29%-ный раствор CaCl2	87,5
8	Эмульгатор 11	11	1,2	8	33
	42%-ный раствор CaCl2	89
9	Эмульгатор 11	9	1,3	8	30
	52%-ный раствор CaCl2	91
10	Эмульгатор 12	12,5	1,1	9	30
	29%-ный раствор CaCl2	87,5
11	Эмульгатор 12	11	1,2	8	34
	42%-ный раствор CaCl2	89
12	Эмульгатор 12	9	1,3	8	31
	52%-ный раствор CaCl2	91
13	Эмульгатор 13	12,5	1,1	16	30
	29%-ный раствор CaCl2	87,5
14	Эмульгатор 13	11	1,2	17	23
	42%-ный раствор CaCl2	89
15	Эмульгатор 13	9	1,3	20	20
	52%-ный раствор CaCl2	91
16	Эмульгатор 14	12,5	1,1	12	40
	29%-ный раствор CaCl2	87,5
17	Эмульгатор 14	11	1,2	10	38
	42%-ный раствор CaCl2	89
18	Эмульгатор 14	9	1,3	16	33
	52%-ный раствор CaCl2	91
19	Эмульгатор 15	12,5	1,1	12	24
	29%-ный раствор CaCl2	87,5
20	Эмульгатор 15	11	1,2	17	23
	42%-ный раствор CaCl2	89
21	Эмульгатор 15	9	1,3	17	23
	52%-ный раствор CaCl2	91
22	Эмульгатор 8	11	1,2	6	27
	42%-ный раствор CaCl2	89
23	Эмульгатор 17	11	1,2	10	24
	42%-ный раствор CaCl2	89
24	Эмульгатор 26	11	1,2	14	20
	42%-ный раствор CaCl2	89
25	Прототип	12,5	1,1	3	38
	29 %-ный раствор CaCl2	87,5
26	Прототип	11	1,2	3	>40
	42%-ный раствор CaCl2	89
27	Прототип	9	1,3	1	>40
	52%-ный раствор CaCl2	91

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.1	5,0-30,0
Углеводородный растворитель	Остальное