Полиэфиры, содержащие как сложноэфирные, так и простые эфирные группы, имеющие анионную функциональность - RU2361893C2

Описание

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится в общем к сложнополиэфирным композициям. Более конкретно, настоящее изобретение относится к полиэфирам, содержащим как сложноэфирные, так и простые эфирные группы с анионной функциональностью, и к способам их получения и применения.

При получении нефти из нефтяных скважин переработанные жидкости часто включают воду в виде свободной воды или эмульсии. В общем случае необходимо снизить водосодержание для того, чтобы получить нефть, пригодную для передачи по трубопроводу. Например, в переработанных жидкостях обычно требуется водосодержание менее 1,0%.

Ряд механических, электрических и химических способов являются известными и используются для дегидратации переработанных жидкостей нефтяных скважин и/или их очищенных или переработанных частей. Что касается химических применений, могут использоваться деэмульгаторы. Вообще, деэмульгатором считается одно вещество или смесь поверхностно-активных веществ в подходящей системе растворителей, которая составляется для обработки конкретной эмульсии на основе оптимальной стоимости/ характеристики.

Деэмульгатор действует с разделением масла и воды, и, таким образом, переработанная жидкость может быть легко дегидратирована до определенных уровней. Это делает переработанную жидкость нефтяной скважины более подходящей для транспортирования по трубопроводу, как рассмотрено ранее. Кроме того, содержание соли может быть снижено при нефтеочистке повторным образованием эмульсии со свежей водой и деэмульгированием перед дистилляцией. В этом отношении содержание соли в сырой нефти, которое является слишком высоким, может быть проблематичным. Например, это может вызвать проблематичные уровни коррозии в процессе очистки.

Известен ряд деэмульгаторов. Обычно деэмульгаторы являются в общем случае производными спиртов, жирных кислот, жирных аминов, гликолей и продуктов конденсации алкилфенола и форм-альдегида.

Поэтому существует необходимость создания улучшенных композиций, которые способны обрабатывать сырую нефть с облегчением ее получения и очистки, такие как расслаивающие эмульсии в сырой нефти для того, чтобы облегчить ее дегидратацию.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится в общем к сложнополиэфирным композициям. В частности, настоящее изобретение относится к сложным полиэфирам, которые состоят из простых полиэфиров и анионной функциональности. Композиции настоящего изобретения могут эффективно использоваться в различных областях, в частности, применительно к переработке сырой нефти.

В общем случае сложнополиэфирные композиции настоящего изобретения, по меньшей мере, включают простой полиэфир и анионный мономер дикарбоновой кислоты. В этом отношении композиции настоящего изобретения являются в общем случае водорастворимыми или вододиспергируемыми. Это делает композиции особенно подходящими для использования в качестве деэмульгаторов, агентов, снижающих вязкость, и/или модификаторов эмульсии в процессе получения и/или очистки сырой нефти.

Простой полиэфир и анионный мономер дикарбоновой кислоты могут включать ряд подходящих и различных материалов. В варианте воплощения изобретения простой полиэфир включает политетрагидрофуран, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, полибутиленгликоль, их сополимеры, включая их блок-сополимеры и т.п., и их комбинации. Анионный мономер дикарбоновой кислоты и его сложнодиэфирные мономеры могут включать, например, диметил-5-сульфоизофталат, сульфоянтарную кислоту, 4-сульфофталевую кислоту, сульфонафталевую кислоту и т.п., их соли, включая щелочные соли, их ангидриды и их комбинации.

В варианте настоящего изобретения предусматривается нефтеобрабатывающий агент. Нефтеобрабатывающий агент включает сложнополиэфирное соединение, состоящее из простого полиэфира и анионного мономера дикарбоновой кислоты.

В другом варианте настоящее изобретение предусматривает способ получения сложнополиэфирной композиции, способной обрабатывать нефть. Способ включает переработку ряда ингредиентов, включая простой полиэфир и анионный мономер дикарбоновой кислоты, с образованием в результате сложнополиэфирной композиции.

В еще одном варианте настоящее изобретение предусматривает способ обработки нефти. Способ включает обеспечение обрабатывающего агента, который включает сложный полиэфир, состоящий из простого полиэфира и анионного мономера дикарбоновой кислоты; и введение эффективного количества обрабатывающего агента в нефть.

Преимуществом настоящего изобретения является создание улучшенных сложнополиэфирных композиций.

Другим преимуществом настоящего изобретения является создание способов получения и применения улучшенных сложнополиэфирных композиций.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является создание улучшенных полиэфиров, содержащих как сложноэфирные, так и простые эфирные группы, имеющих анионную функциональность, которые могут эффективно использоваться для обработки нефти.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является создание улучшенных полимерных композиций, которые могут эффективно использоваться для дегидратации сырой нефти в процессе получения и очистки.

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения описаны и будут видны из последующего подробного описания изобретения.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится вообще к полимерным композициям. Более конкретно, настоящее изобретение относится к сложнополиэфирным композициям, которые имеют анионную функциональность. Необходимо отметить, что композиции настоящего изобретения могут эффективно использоваться в различных областях, в частности, применительно к переработке сырой нефти.

В варианте сложнополиэфирные композиции настоящего изобретения, по меньшей мере, включают простой полиэфир и анионный мономер дикарбоновой кислоты. В общем случае композиции являются водорастворимыми или вододиспергируемыми. Это делает композиции особенно подходящими для использования в качестве деэмульгаторов, агентов, снижающих вязкость, и/или модификаторов эмульсии в процессе получения и/или очистки сырой нефти.

Сложнополиэфирная композиция данного изобретения является эффективной для разложения широкого ряда углеводородных эмульсий, встречающихся в получении, очистке и химической переработке сырой нефти. Типичные углеводороды включают сырую нефть, очищенную нефть, битум, конденсат, остаток после дистилляции, дистилляты, топлива и их смеси. Сложнополиэфирная композиция также используется для разложения эмульсий в обрабатываемых потоках бутадиена, стирола, акриловой кислоты и других углеводородных мономеров.

Сложнополиэфирная композиция данного изобретения является особенно эффективной при изменении состояния видов сырой нефти. Например, сложнополиэфирная композиция является эффективной при быстром значительном деэмульгировании нефти и получении сухой остаточной нефти. Кроме того, предполагается, что сложнополиэфирная композиция настоящего изобретения может давать увеличенное биоразложение по сравнению с существующими деэмульгаторами и т.п. Водорастворимый характер настоящего изобретения позволяет использовать воду в качестве растворителя и жидкости носителя. Это может обеспечить значительную экономию стоимости и экологическую пользу при снижении использования органических растворителей.

Простой полиэфир и анионный мономер дикарбоновой кислоты могут включать ряд подходящих и различных материалов. В варианте простой полиэфир включает политетрагидрофуран, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, полибутиленгликоль, их сополимеры, включая их блок-сополимеры, такие как полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль, полиэтиленгликоль-политетрагидрофуран-полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль-политетрагидрофуран-полипропиленгликоль и поли(этилен-стат-пропиленгликоль) и т.п. и их комбинации.

Анионный мономер дикарбоновой кислоты содержит арильную группу, такую как фенил, нафтил и т.п., замещенную двумя карбоксилатными группами и, по меньшей мере, одной дополнительной анионной функциональной группой. Типичные карбоксилатные группы включают карбоновые кислоты, эфиры карбоновых кислот, ангидриды карбоновых кислот и т.п. и их смеси.

Анионная функциональная группа может включать любую функциональную группу, которая обладает отрицательным зарядом при определенном рН. Типичные анионные функциональные группы включают карбоксилат, сульфонат, сульфат, фосфонат, фосфат, фосфит и т.п. или органический алифатический или ароматический остаток, замещенный, по меньшей мере, одним из вышеуказанного.

В варианте анионный мономер дикарбоновой кислоты может включать, например, диметил-5-сульфоизофталат, сульфоянтарную кислоту, 4-сульфофталевую кислоту, сульфонафталевую кислоту и т.п., их соли, включая щелочные соли, их ангидриды и их комбинации.

В варианте сложнополиэфирная композиция настоящего изобретения имеет следующую формулу

(A)_x(B)_y,

где А представляет собой анионный мономер дикарбоновой кислоты, В представляет собой простой полиэфир, и х и y представляют собой независимо целые числа от 1 до примерно 250. Предпочтительно, анионный мономер дикарбоновой кислоты или его сложный диэфирный мономер имеет следующую формулу

В варианте компонент (B)_y может включать один простой полиэфир или любую комбинацию простых полиэфиров, как представлено следующими формулами

где z находится в интервале от 1 до примерно 100, предпочтительно, от 2 до примерно 40;

где n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от примерно 6 до примерно 35;

где n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от примерно 5 до примерно 40;

где m находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50, и где n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50;

где m находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50, и где n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50;

где R представляет собой алкил, -Н, -СН₃ или подобное, и где n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от примерно 5 до примерно 40;

где m находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50, и где n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 33; и

где m находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50, и где n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 33.

В предпочтительном варианте сложнополиэфирная композиция имеет следующую формулу

где R представляет собой анионную функциональную группу; m находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50; n находится в интервале от 1 до примерно 150, предпочтительно, от 2 до примерно 50; х и y независимо находятся в интервале от 0 до примерно 250, при условии, что х и y оба не равны 0; и z находится в интервале от 1 до примерно 100, предпочтительно, от 2 до примерно 40.

В другом предпочтительном варианте R выбран из карбоксилата, сульфоната, сульфата, фосфоната, фосфата, фосфита и органического алифатического или ароматического остатка, замещенного, по меньшей мере, одной из карбоксилатной, сульфонатной, сульфатной, фосфонатной, фосфатной или фосфитной группы.

В другом предпочтительном варианте R представляет собой сульфонат.

Сложнополиэфирные композиции можно характеризовать по разному. В частности среднечисленная молекулярная масса находится в интервале от примерно 500 до примерно 20000, предпочтительно, от примерно 500 до примерно 8000, так как от примерно 574 до примерно 6300.

Сложнополиэфирные композиции настоящего изобретения могут быть получены рядом подходящих способов. Вообще полимерные композиции получают переработкой ряда различных ингредиентов, или реагентов, по меньшей мере, включая простой полиэфир и анионный мономер дикарбоновой кислоты или его сложный диэфир. Реагенты могут быть переработаны при помощи любой подходящей реакции и в любых подходящих условиях переработки, что касается, например, температуры, давления и/или подобного.

Как рассмотрено ранее, сложнополиэфирные композиции настоящего изобретения могут эффективно использоваться в ряде различных применений, в частности, в процессе получения и очистки сырой нефти. Вообще, сложнополиэфирная композиция может быть введена в сырую нефть или другую обрабатываемую жидкость в любом подходящем количестве и любым подходящим способом.

В варианте сложнополиэфирная композиция предусматривается в подходящем носителе, таком как вода, алифатических растворителях, таких как керосин, и ароматических растворителях, таких как тяжелая ароматическая нафта, в любой подходящей концентрации. Предпочтительным носителем-растворителем является вода. В варианте концентрация сложнополиэфирной композиции в носителе-растворителе находится в интервале от примерно 1 мас.% до примерно 60 мас.%, предпочтительно, от примерно 30 мас.% до примерно 50 мас.%.

Сложнополиэфирная композиция может быть введена в сырую нефть или подобное любым подходящим способом, как указано ранее. Предпочтительно, сложнополиэфирную композицию растворяют в носителе-растворителе, как указано выше, и затем вводят в сырую нефть. В варианте сложнополиэфирная композиция в жидкой форме может быть разбавлена подходящим растворителем, предпочтительно, водой, в любом подходящем объемном соотношении перед введением сложнополиэфирной композиции в сырую нефть. В варианте объемное отношение растворителя разбавления (т.е. воды) к сложнополиэфирной композиции в жидкой форме составляет не менее от примерно 5 до примерно 1.

Необходимо отметить, что сложнополиэфирная композиция настоящего изобретения может быть приспособлена любым подходящим способом для целей обработки. Например, сложнополиэфирная композиция может быть растворена в носителе-растворителе и затем введена непосредственно в сырую нефть или подобное без дополнительного разбавления. Кроме того, сложнополиэфирная композиция может вводиться в сырую нефть в сухом виде.

Сложнополиэфирная композиция может использоваться в отдельности или в комбинации с любым из ряда дополнительных деэмульгаторов, известных в технике, включая спирты, жирные кислоты, жирные амины, гликоли и продукты конденсации алкилфенола и формальдегида. Сложнополиэфирная композиция может также использоваться в комбинации с ингибиторами коррозии, агентами, снижающими вязкость, и другими химическими агентами, используемыми в получении сырой нефти, очистке и химической обработке.

Путем примера, но без ограничения следующие примеры показывают, как могут быть получены сложнополиэфирные композиции согласно варианту настоящего изобретения.

Пример 1

4,30 г политетрагидрофурана загружают в подходящий реактор и выдерживают при температуре выше 70°С. Среднечисленная молекулярная масса политетрагидрофурана составляет около 1400. Затем в реактор загружают 4,54 г блок-сополимера полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль. Блок-сополимер имеет молекулярную массу примерно 2900 при содержании 40 мас.% этиленоксида (("ЕО"(ЭО)). Затем в реактор загружают 1,16 г диметил-5-сульфоизофталата. Затем в реактор загружают 0,008 г ацетата натрия. Затем в реактор при интенсивном перемешивании загружают 0,015 г бутилата титана. Реактор продувают газообразным азотом при нагревании до примерно 200°С. Температуру поддерживают при примерно 200°С в течение примерно 5 ч. Полученный сложнополиэфирный продукт охлаждают и выгружают из реактора.

Пример 2

4,28 г политетрагидрофурана с молекулярной массой приблизительно 1000 загружают в реактор при температуре выше 70°С. Затем в реактор загружают 4,12 г блок-сополимера полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль с молекулярной массой, равной 1900, при содержании 50 мас.% ЭО. Затем в реактор загружают 1,60 г диметил-5-сульфоизофталата с последующей загрузкой 0,008 г ацетата натрия. Затем в реактор при интенсивном перемешивании загружают 0,015 г бутилата титана. Затем реактор продувают газообразным азотом и нагревают до примерно 200°С. Реактор поддерживают при данной температуре в течение примерно 5 ч. Полученный сложнополиэфирный продукт охлаждают и выгружают из реактора.

Пример 3

5,10 г политетрагидрофурана с молекулярной массой, приблизительно равной 1400, загружают в реактор, в котором температуру поддерживают выше 70°С. Затем в реактор загружают 5,35 г блок-сополимера полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль с молекулярной массой приблизительно 1900 при содержании 50 мас.% ЭО. Затем в реактор загружают 1,38 г диметил-5-сульфоизофталата с последующей загрузкой 0,008 г ацетата натрия. Затем в реактор при интенсивном перемешивании загружают 0,015 г бутилата титана. Реактор продувают газообразным азотом и нагревают до примерно 200°С. Температуру поддерживают при примерно 200°С в течение примерно 5 ч. Полученный продукт охлаждают и выгружают из реактора.

Пример 4

148,32 г политетрагидрофурана с молекулярной массой приблизительно 2000 загружают в реактор и поддерживают при температуре выше 70°С. Затем в реактор загружают 68,04 г блок-сополимера полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль с приблизительной молекулярной массой 1900 при содержании 50 мас.% ЭО. Затем в реактор загружают 26,52 г диметил-5-сульфоизофталата. Затем в реактор загружают 0,18 г ацетата натрия. Затем в реактор при интенсивном перемешивании вводят загрузку 0,36 г бутилата титана. Реактор продувают газообразным азотом и нагревают до примерно 200°С. Температуру поддерживают при примерно 200°С в течение примерно 5 ч. Полученный продукт охлаждают и выгружают.

Пример 5

Загрузку 6,88 г политетрагидрофурана с молекулярной массой, приблизительно равной 2900, вводят в реактор и поддерживают при температуре выше 70°С. Затем в реактор загружают 2,24 г блок-сополимера полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль с молекулярной массой, приблизительно равной 1900, при содержании 50 мас.% ЭО. Затем в реактор вводят загрузку 0,87 г диметил-5-сульфоизофталата. Затем в реактор загружают 0,008 г ацетата натрия с последующей загрузкой при интенсивном перемешивании 0,015 г бутилата титана. Реактор продувают газообразным азотом и нагревают до примерно 200°С. Данную температуру поддерживают при примерно 200°С в течение примерно 5 ч. Полученный продукт охлаждают и выгружают из реактора.

Пример 6

5,17 г политетрагидрофурана с молекулярной массой, приблизительно равной 1000, загружают в реактор и поддерживают при температуре выше 70°С. Загрузку 2,88 г блок-сополимера полиэтиленгликоль-полипропиленгликоль-полиэтиленгликоль с молекулярной массой, приблизительно равной 1100, при содержании 10 мас.% ЭО вводят в реактор. Затем в реактор загружают 1,94 г диметил-5-сульфоизофталата с последующей загрузкой 0,008 г ацетата натрия. Затем в реактор загружают при интенсивном перемешивании 0,015 г бутилата титана. Реактор продувают газообразным азотом и нагревают до примерно 200°С. Температуру поддерживают при примерно 200°С в течение примерно 5 ч. Полученный продукт охлаждают и выгружают из реактора.

Проводят испытания сложнополиэфирных композиций, полученных в соответствии с вариантом настоящего изобретения. В частности, испытание в бутыли, ПЭО (PED)-испытание и испытание на снижение вязкости проводят для показа положительных результатов настоящего изобретения, как описано более подробно ниже.

Испытание в бутыли

Образцы эмульсии сырой нефти (100 мл; API-плотность = 18) помещают в заранее проградуированные бутыли и нагревают до 180°F на водяной бане. Нагретые образцы обрабатывают с помощью 500 ч./млн по массе сложнополиэфирной композиции, полученной в соответствии с каждым из примеров 1-6, как рассмотрено выше. Обработанные образцы сырой нефти затем встряхивают в течение 10 мин для смешения добавки (т.е. сложнополиэфирной композиции) с сырой нефтью. Образцы затем возвращают на водяную баню при 180°F. Через 15 мин образцы удаляют с водяной бани. Затем регистрируют любую свободную воду, которая была отделена от эмульсии сырой нефти. Образец затем возвращают на горячую водяную баню. Значения свободной воды повторно получают через 30, 45, 60, 90 и 120 мин.

Через 120 мин 5 мл образец сырой нефти отбирают в точке приблизительно на 15 мл выше уровня свободной воды. Образец сырой нефти разбавляют 5 мл углеводородного растворителя в градуированной центрифугируемой ампуле и интенсивно встряхивают. Разбавленный образец помещают в центрифугу при высокой скорости на 10 мин. Центрифугированный образец удаляют и затем регистрируют уровни свободной воды (W) и остальной эмульсии (BS). Затем образцы обрабатывают укрупняющим соединением для слияния всей оставшейся воды в образце. Обработанные образцы интенсивно встряхивают и центрифугируют. Центрифугированный образец удаляют и регистрируют общую свободную воду (Slug). Результаты испытания в бутыли указаны ниже в таблице (I).

Как показано в таблице I, сложнополиэфирная композиция, полученная в соответствии с вариантом настоящего изобретения, показывает эффективные деэмульгирующие свойства на основе испытания в бутыли. В этом отношении образцы 1-6 сырой нефти были обработаны сложнополиэфирной композицией, полученной в примерах 1-6 соответственно. Испытание в бутыли было также проведено на контрольном образце и сравнительном образце сырой нефти, обработанном коммерчески доступным деэмульгатором.

ПЭО-испытание

ПЭО-испытание (испытание в портативном электрообессоливателе) является статическим испытанием для сравнения относительной эффективности рецептур расслаивателей эмульсий. Эмульсию вода-в-нефти получают в контролируемых условиях в смесителе. Эмульсию выливают в стеклянные пробирки. Пробирки помещают в ПЭО-установку, где эмульсия разлагается с помощью нагревания и электрического поля. Разложение эмульсии фиксируют по объему воды, отделившейся в течение периода времени испытания. Объем воды и скорость, с которой она отделяется, используют для сравнения эффективности экспериментальных рецептур, которые включают продукты A-D, каждый из которых обработан с помощью 6 ч./млн коммерчески доступного деэмульгатора, и образец 4, обработанный с помощью 6 ч./млн сложнополиэфирной композиции, полученной в соответствии с примером 4, рассмотренным выше. Два уровня мощности используют в процессе испытания по отношению к API-плотности сырой нефти (38,5° API при 72°F).

В процессе проводимых испытаний время смешения составляет 10 с. Через примерно 7-8 мин нагревания прикладывают напряжение 3000 В в течение 1 мин. При испытании дополнительное напряжение 500 В прикладывают в интервале времени примерно 17-18 мин. Период времени испытания составляет 30 мин. Температуру испытания поддерживают примерно при 205°F. Максимальное отделение воды составляет 3,75 мл для 5% концентрации промывной воды при рН 5,5. Результаты испытаний указаны ниже в таблице II.

Испытание на снижение вязкости

Образцы эмульсии сырой нефти нагревают на водяной бане при 180°F. Каждый образец сырой нефти (образцы 1-5 и сравнительный образец) обрабатывают с использованием 300 ч./млн по массе добавки. Образцы 1-5 обрабатывают сложнополиэфирными композициями, полученными в соответствии с примерами 1-5 соответственно, как рассмотрено выше. Сравнительный образец обрабатывают коммерчески доступным деэмульгатором. Также проводят контрольный опыт. Добавку, снижающую вязкость, тщательно смешивают с сырой нефтью. Обработанную сырую нефть помещают в термостатированный вискозиметр при 180°F. Данные по вязкости получают во времени, как показано ниже в таблице III.

Необходимо понимать, что различные изменения и модификации представленных предпочтительных вариантов, описанных здесь, будут очевидными для специалистов в данной области техники. Такие изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от сути и объема настоящего изобретения и без уменьшения его предопределенных преимуществ. Поэтому предопределено, что такие изменения и модификации охватываются прилагаемой формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к сложнополиэфирным композициям в качестве деэмульгаторов в процессе получения и/или очистки сырой нефти. Описывается агент для обработки нефти, включающий сложный полиэфир, полученный взаимодействием анионного мономера дикарбоновой кислоты или ее ангидрида с политетрагидрофураном и поли(этиленгликоль)-блок-поли(пропиленгликоль)-блок-поли(этиленгликолем). Описывается также способ обработки нефти с использованием эффективного количества указанного сложного полиэфира. Изобретение обеспечивает повышенную степень дегидратации нефти по сравнению с известным уровнем: отделение воды за период 20-30 мин составляет 3,75 мл против 2,5-2,7 мл. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 табл.

Формула

3. Сложный полиэфир по п.1, отличающийся тем, что поли (этиленгликоль)-блок-поли (пропиленгликоль)-блок-поли(этиленгликоль) имеет формулу

где m находится в интервале от 1 до примерно 150, и n находится в интервале от 1 до примерно 150.