Патент на изобретение №2288944
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ УГЛЕВОДОРОДОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области химии, в частности к структурирующим композициям для углеводородных топлив. Структурообразователь содержит композицию из алкоголята лития общей формулы LiOR1, где R1 – углеводородный радикал нормального или изостроения С3-С6, и из соединения на основе алкоксида бора в виде сложного полиэфира формулы Bn(OR2)m(О2R3)n-1, где при n=2, m=4, при n=3, m=5, при n=4, m=6, R2 – углеводородный радикал нормального строения C4-C16, R3-углеводородный радикал нормального или изостроения С4-С20 или углеводородный радикал С4-С20, содержащий в цепи по меньшей мере один гетероатом кислорода или азота. Мольное соотношение указанного соединения на основе алкоксида бора к алкоголяту лития в композиции составляет как 1:(1-4) соответственно. Технический результат заключается в увеличении эффективности структурирующих свойств структурообразователя за счет повышения механической прочности геля и уменьшения времени структурообразования. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области химии, в частности к структурирующим композициям для трансформации углеводородов (природного и синтетического происхождения) в вязкое и твердое состояние, и может быть использовано в нефтедобывающей и в нефтехимической промышленности при транспортировании, переработке и хранении нефтепродуктов, а также синтетических материалов углеводородной основы с целью исключения экологического загрязнения, уменьшения потерь углеводородов при их транспортировании и при аварийных ситуациях. Изобретение также может найти применение при выполнении ремонтных работ в нефтедобывающих скважинах в технологиях селективной изоляции пластов, при изменении фильтрационных характеристик пластов и при работах по гидравлическому разрыву пласта. В настоящее время известно большое количество химических соединений и композиций на их основе, с помощью которых возможно повысить вязкость жидких углеводородов и тем самым перевести их в нетекучее состояние. Структурообразователи, используемые на практике, должны отвечать определенным условиям, а именно обеспечивать резкое повышение вязкости углеводородов за короткий промежуток времени, высокую стойкость образующегося геля к внешним факторам, в частности к температуре и давлению, а также простоту технологической обработки по удалению геля из зоны обработки и его деструкцию. Известен структурообразователь нефти и нефтепродуктов на основе смеси соединений лития и бора, а именно триалкилбора формулы BR3 и алкиллития формулы LiR, которые берут предпочтительно в стехиометрическом соотношении, или их комплексе тетраалкилбор лития LiBR4, где R – углеводородный радикал С3-С25 нормального или изостроения [1]. Однако входящие в состав известного структурообразователя соединения: триалкилбор и алкиллитий, являются малодоступными соединениями. Например, производство триалкилбора в промышленных масштабах в России отсутствует, его синтез многостадиен и технологически сравнительно сложен. Производство алкиллития также трудоемко и ограничено. Оба вышеуказанные соединения высокореакционноспособны и недостаточно стабильны, легко разрушаются в результате гидролиза, и поэтому их применение в целях гелеобразования связано с большими техническими и технологическими трудностями. Известен структурообразователь для углеводородов, представляющий собой смесь индивидуального алкоксида металла IIIA группы общей формулы М1(OR)3 в сочетании с индивидуальным алкоголятом щелочного металла формулы MOR1, где М1 – бор или алюминий; М – литий или натрий; R и R1 – алкильные радикалы с числом углеродных атомов C1-C16 [2]. Образование геля с использованием известного структурообразователя протекает легко, предпочтительно при температуре 20-30°С. Время гелеобразования составляет от 30 секунд до 30 минут. Механизм структурирования углеводорода указанным известным структурообразователем заключается в образовании координационного комплекса тетраалкилбората лития, который спонтанно полиассоциирует с образование цепочек, звенья которых состоят из аниона тетраалкилбората и катиона лития. Эти цепочки, образуя объемные макроструктуры, пронизывают весь объем углеводорода и переводят его в гелеобразное состояние. Недостатком известного структурообразователя является невысокий гелеобразующий эффект, т.е. небольшое увеличение вязкости и сравнительно невысокая скорость гелеобразования (структурирования) углеводородов. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков является структурообразователь для углеводородов, содержащий композицию из смеси алкоголятов лития LiOR, где R=С3-С12 и из смеси триалкилборатов В(OR)3, где R=C4-C14 [3]. Указанный известный структурообразователь обеспечивает у образующегося геля несколько лучшие реологические характеристики по сравнению с аналогами и позволяет проводить процесс гелирования в широком интервале температур. Время гелирования составляет 10-30 секунд. К недостатком указанного известного структурообразователя следует отнести отсутствие возможности к образованию твердого геля (даже при использования высокой концентрации соединений, входящих в известный структурообразователь), способного сохранять свои геометрические размеры длительное время и обладающего минимальной ползучестью. Этот недостаток, вероятно, связан с ограниченной прочностью полиассоциированных цепочек аниона тетраалкилбората и катиона лития. Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в увеличении эффективности структурирующих свойств структурообразователя за счет повышения механической прочности геля и уменьшения времени структурообразования. Указанный технический результат достигается предлагаемым структурообразователем для углеводородов, содержащим композицию из алкоголята лития общей формулы LiOR1, где R1 – углеводородный радикал нормального или изостроения С3-С6, и из соединения на основе алкоксида бора, при этом в качестве соединения на основе алкоксида бора структурообразователь содержит сложный полиэфир на основе алкоксида бора формулы Bn(OR2)m(O2R3)n-1, где при n=2, m=4, при n=3, m=5, при n=4, m=6, R2 – углеводородный радикал нормального строения С4-C16, R3 – углеводородный радикал нормального или изостроения С4-С20 или углеводородный радикал С4-C20, содержащий в цепи по меньшей мере один гетероатом кислорода или азота, при этом мольное соотношение указанного соединения на основе алкоксида бора к алкоголяту лития в композиции составляет как 1:(1-4) соответственно. Алкоголят лития и указанное соединение на основе алкоксида бора используют в предлагаемом структурообразователе в виде моногомологов или в виде полигомологических смесей. Предпочтительное количество структурообразователя, вводимое в углеводороды для получения геля, составляет 5-40 мас.%. В этих пределах реология геля меняется от вязкой жидкости до твердого стеклообразного состояния. Указанный технический результат обеспечивается за счет следующего. Благодаря использованию в качестве соединения на основе алкоксида бора сложного полиэфира формулы Bn(OR2)m(O2R3)n-1 (т.е. предварительно «сшитого» бората), структурная формула которого (например, для n=2, m=4) приведена ниже: обеспечивается образование при полиассоциации цепочки аниона тетраалкилбората и катиона лития, дополнительно жестко связанных между собой посредством алкильного радикала R3 нормального или изостроения с числом атомов С4-С20, что приводит к образованию геля с высокой механической прочностью и значительно уменьшает время гелеобразования. Соотношение компонентов в предложенном структурообразователе (указанное соединение на основе алкоксида бора и алкоголят лития) подобрано экспериментально. При использовании в структурообразователе алкоголята лития менее 1 моля на моль указанного соединения на основе алкоксида бора (далее – «сшитый» борат) не достигается высокая стабильность геля. Введение алкоголята лития в количестве более 4 молей на 1 моль указанного «сшитого» бората экономически нецелесообразно, т.к. не приводит к значительному повышению свойств. Предлагаемый структурообразователь был испытан в лабораторных условиях. Для его приготовления использовались следующие вещества: – алкоголят лития LiOR1, где R1 – углеводородный радикал нормального или изостроения С3-С6, получают путем синтеза по нижеприведенной методике: в колбу, оборудованную мешалкой и обратным холодильником, загружают 1 моль (74 г) третбутилового спирта и 920 г углеводорода (дизельное топливо, нефрас, керосин и т.д.). Затем по порциям загружают металлический литий 1,1 моля (7,634 г). Выделяющийся водород по специальной газоотводной трубке направляется в атмосферу. Реакцию продолжают до окончания выделения водорода, подогревая в конце процесса реакционную массу до 50-60°С. После окончания газовыделения при помощи металлического сита отделяют (фильтрованием) непрореагировавший металлический литий. Полученный раствор алкоголята лития (концентрация 8%) может использоваться без дополнительной очистки. При необходимости получения геля с высокой концентрацией структурирующих компонентов из раствора алкоголята лития отгоняют инертный разбавитель и получают 100% алкоголят лития; – «сшитый» борат – сложный полиэфир на основе алкоксида бора формулы Bn(OR2)m(O2R3)n-1, где при n=2, m=4, при n=3, m=5, при n=4, m=6, R2 – углеводородный радикал нормального строения C4-C16, R3 – углеводородный радикал нормального или изостроения С4-С20 или углеводородный радикал C4-С20, содержащий в цепи по меньшей мере один гетероатом кислорода или азота, получают путем синтеза по нижеприведенной методике (на примере «сшитого» бората при n=2, m=4, R2 – октил, R3 – С6Н12O2): в колбу, оборудованную насадкой Дина-Старка, загружают 1 моль (62 г) борной кислоты, 2,1 моля (273 г) октилового спирта, 1 моль (150 г) триэтиленгликоля и 450 мл толуола. Кипятят при перемешивании (температура 85-90°С) до прекращения выделения воды. После отгонки воды отгоняют толуол и непрореагировавший спирт, постепенно поднимая температуру до +180-200°С. Полученный продукт – «сшитый борат» используют без дополнительной очистки. Таким же образом может быть получено не только индивидуальное соединение «сшитого» бората, но и его полигомологическая смесь. В этом случае вместо индивидуальных соединений (спиртов) используют их смесевые композиции. Ниже приведен пример получения геля углеводородов с использованием предлагаемого структурообразователя. Пример 1. В стеклянную колбу вводят 14,7 г углеводородной жидкости (дизельного топлива), затем добавляют 2,0 г (2,5 ммоля) третбутилата лития, далее в полученный раствор вводят 4,3 г (1 ммоль) «сшитого» бората формулы B2(OC4H9)4(O2C4H8). Получают твердый гель. Общая концентрация структурообразователя в углеводороде составляет 30 мас.%. Мольное соотношение «сшитый» борат:алкоголят лития = 1:2,5 (пример 1 таблицы). Составы с другим содержанием компонентов готовят аналогичным образом. Данные о составе предлагаемого структурообразователя и показателях свойств получаемых гелей приведены в таблице. Для сравнения в указанной таблице приведены результаты испытаний гелей, полученных с использованием известного по прототипу структурообразователя. В ходе лабораторных испытаний определялись следующие показатели: – время образования твердого геля; – механическая прочность геля. Указанные показатели определяли следующим образом. Время образования твердого геля: в стеклянной колбочке объемом 50 мл готовился раствор алкоголята лития в углеводороде 25 мл, затем к раствору быстро добавляли расчетное количество «сшитого» бората и колбочку сильно встряхивали 3-4 раза. Секундомером засекали время потери текучести геля, которое характеризует время образования геля. Механическая прочность геля испытывалась с использованием вертикальной металлической трубки с внутренним диаметром 27 мм, оборудованной нижней заглушкой. Гель в трубке готовился путем последовательного перемешивания углеводорода, алкоголята лития и «сшитого» бората в заданных пропорциях. Высота образовавшейся пробки из геля составляла 35 мм. После приготовления геля заглушку удаляли и сверху на поверхность геля насыпали 30 г металлической дроби. Засекали время, через которое дробь, выдавливая гель, высыпалась. Результаты испытаний приведены в таблице. Данные, приведенные в таблице, показывают, что при использовании предлагаемого структурообразователя образуется гель, имеющий следующие преимущества перед гелем, полученным с помощью структурообразователя, известного по прототипу: – время гелеобразования сокращается в 2-3 раза; – механическая прочность геля возрастает в 10-100 раз. Указанные преимущества позволяют обеспечить гарантированный быстрый перевод углеводородных жидкостей, например нефтепродуктов, в нетекучее твердое состояние, что особенно важно при проведении ремонтных и профилактических работ и ликвидации аварий на нефте- и продуктотрубопроводах. Также это позволит обеспечить экологическую безопасность окружающей среды. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Патент РФ №2148614, Кл. С 10 L 7/02, от 1999 г. 2. Патент США №3615285, Кл. С 10 L 7/00, от 1971 г. 3. Патент РФ №2064967, Кл. С 10 L 7/02, от 1993 г.
Формула изобретения
1. Структурообразователь для углеводородов, содержащий композицию из алкоголята лития общей формулы LiOR1, где R1 – углеводородный радикал нормального или изостроения С3-С6, и из соединения на основе алкоксида бора, отличающийся тем, что в качестве соединения на основе алкоксида бора структурообразователь содержит сложный полиэфир на основе алкоксида бора формулы Bn(OR2)m(O2R3)n-1, где при n=2, m=4, при n=3, m=5, при n=4, m=6, R2 – углеводородный радикал нормального строения C4-C16, R3 – углеводородный радикал нормального или изостроения C4-C20 или углеводородный радикал C4-C20, содержащий в цепи по меньшей мере один гетероатом кислорода или азота, при этом мольное соотношение указанного соединения на основе алкоксида бора к алкоголяту лития в композиции составляет как 1:(1-4) соответственно. 2. Структурообразователь по п.1, отличающийся тем, что алкоголят лития и указанное соединение на основе алкоксида бора используют в виде моногомологов или в виде полигомологических смесей. 3. Структурообразователь по п.1, отличающийся тем, что предпочтительное его количество, вводимое в углеводороды для получения твердого геля, составляет 5-40 мас.%.
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 24.03.2007
Извещение опубликовано: 10.07.2008 БИ: 19/2008
|
||||||||||||||||||||||||||