Полифункциональная очищающая добавка для углеводородных флюидов

Изобретение относится к очищающей добавке, пригодной для переработки сырой нефти и углеводородов. Изобретение касается добавки для очистки сырой нефти или углеводородов от меркаптанов, включающей соединение общей формулы

где каждый R1, R2, R3 и R4 обозначают водород. Также изобретение касается способа очистки сырой нефти и углеводородов. Технический результат - эффективная очистка сырой нефти или углеводородов от меркаптанов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл., 4 пр.

 

Предпосылки создания изобретения

1. Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к очищающим добавкам. Прежде всего, настоящее изобретение относится к очищающим добавкам, пригодным для переработки сырой нефти и углеводородов.

2. Предшествующий уровень техники

В процессах бурения, заканчивания скважины, добычи, транспортировки, хранения и переработки сырой нефти и природного газа, включая сточные воды, образующиеся при добыче сырой нефти и газа, а также при хранении остаточного нефтяного топлива, меркаптаны часто вызывают различные проблемы. Присутствие меркаптанов нежелательно в связи с тем, что они часто взаимодействуют с другими углеводородами или компонентами топливной системы. Другая причина, по которой меркаптаны являются нежелательными, заключается в том, что они часто характеризуются очень высокой корродирующей активностью. Еще одной причиной, по которой меркаптаны являются нежелательными, является их чрезвычайно неприятный запах и токсичность. Нос человека распознает характерный для меркаптанов запах при их содержании в воздухе в относительно низких концентрациях. Например, меркаптаны используют для одорирования природного газа, а скунс и другие животные вырабатывают их в качестве репеллентов.

Известно, что гидрохиноны являются пригодными очистителями от меркаптанов. Например, их используют в качестве катализатора для окисления меркаптанов в растворе основания до дисульфидов для регенерации растворителей, использованных для экстракции меркаптанов из сырой нефти. Несмотря на то, что гидрохиноны широко используются, их применение иногда связано с трудностями. Например, для эффективного действия гидрохинонов требуется применение как раствора основания, такого как щелочь, так и кислорода.

Таким образом существует потребность в способах очистки от меркаптанов, включающих применение композиции, для эффективного действия которой не требуется применение ни кислорода, ни сильного основания.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном объекте настоящего изобретения предлагается добавка, включающая бензохинон, которая пригодна для переработки сырой нефти и углеводородов.

В другом объекте изобретения предлагается добавка, пригодная для переработки сырой нефти и углеводородов, которая включает соединение общей формулы

где R обозначает алкил, арил или электроноакцепторную группу.

В еще одном объекте настоящего изобретения предлагается добавка, пригодная для переработки сырой нефти и углеводородов, которая включает соединение общей формулы

где каждый R₁, R₂, R₃ и R₄ являются одинаковыми или различными заместителями и обозначают водород, алкил, арил, галоген, нитрогруппу, алкиловый или ариловый сложный эфир и алкиловый или ариловый простой эфир.

В одном объекте изобретения предлагается добавка, пригодная для переработки сырой нефти и углеводородов, которая включает, по крайней мере, одно соединение, выбранное из группы, включающей:

и их смеси.

В другом объекте изобретения предлагается способ переработки сырой нефти или углеводорода, который заключается в том, что сырую нефть или углеводород смешивают с добавкой, включающей, по крайней мере, одно соединение, выбранное из группы, включающей соединения общей формулы

где каждый R₁, R₂, R₃ и R₄ являются одинаковыми или различными заместителями и обозначают водород, алкил, арил, галоген, нитрогруппу, алкиловый или ариловый сложный эфир и алкиловый или ариловый простой эфир,

соединения общей формулы

где R обозначает алкил или арил,

и их смеси.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

В одном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается добавка, пригодная для обработки сырой нефти и углеводородов. Термин сырая нефть, использованный в данном описании, обозначает флюид, полученный из нефтяной и газовой скважины, из которого удалена большая часть воды и газов. Сырая нефть и углеводороды, которые можно перерабатывать способом по изобретению, могут содержать от следовых количеств воды до 95% воды. Обычно сырая нефть содержит воду в количестве приблизительно 15 мас.%. В другом варианте сырая нефть и углеводороды могут содержать воду в количестве приблизительно от 1 мас.% до приблизительно 10 мас.%.

Углеводороды, которые можно перерабатывать способом по изобретению, включают любые углеводороды, которые обычно характеризуются гидрофобными свойствами. Например, способом по изобретению можно перерабатывать жидкое топливо. Способом по изобретению можно перерабатывать также органические химические соединения.

Добавки по изобретению можно использовать в качестве добавок для очистки от меркаптанов. Термин "очищать" обозначает или удаление, или изменение соединения с целью в некоторой степени исключить нежелательные свойства указанного соединения. Например, в предшествующем уровне техники указано, что очистку от меркаптанов осуществляют при окислении указанных соединений до дисульфидов. Дисульфиды характеризуются меньшей кородирующей способностью по сравнению с меркаптанами, из которых они получены, и таким образом снижается степень их нежелательных свойств.

Помимо меркаптанов, сырую нефть или углеводороды можно очистить и от других классов нежелательных соединений способом по изобретению. Например, очистку от сульфидов и цианидов можно осуществить способом по изобретению. Сульфиды и цианиды являются нежелательными соединениями, так как даже в чрезвычайно малом количестве (част./млн) могут вызывать коррозию оборудования, расположенного в системе трубопровода. Кроме того, из них могут образовываться чрезвычайно токсичные производные, представляющие большую угрозу здоровью обслуживающего персонала.

Способом по изобретению можно также осуществлять очистку от первичных и вторичных аминов, которые могут вызывать существенную коррозию поверхности и снизить качество нефтехимических продуктов.

В одном варианте осуществления изобретения добавки, пригодные для использования в способе по изобретению, можно получить с использованием бензохинона. В другом варианте способ по изобретению на практике заключается в использовании добавок, включающих соединение общей формулы

где R обозначает алкил или арил. Примеры соединений включают соединения, где R обозначает водород, бутил, октил, нонил или электроноакцепторные группы. Например, в одном варианте изобретения R обозначает алкил, содержащий от 1 до 20 атомов углерода. В другом варианте R обозначает алкил, содержащий от 4 до 12 атомов углерода. Согласно настоящему изобретению термин "электроноакцепторная группа" обозначает группу, которая оказывает дезактивирующий эффект на электрофильное ароматическое замещение и выбрана из группы, включающей -C(=O)R, -COOR, -N⁺R₃, -CN, -NO₂ и т.п.(где R обозначает Н или алкил, или арил).

В еще одном варианте способ по изобретению на практике заключается в использовании добавок, включающих соединения общей формулы

где каждый R₁, R₂, R₃ и R₄ являются одинаковыми или различными заместителями и обозначают водород, алкил, арил, галоген, нитрогруппу, алкиловый или ариловый сложный эфир и алкиловый или ариловый простой эфир. Например, в одном варианте R₂, R₃ и R₄ обозначают водород, a R₁ обозначает алкил, содержащий от 1 до 12 атомов углерода.

В другом варианте способ по изобретению заключается в использовании добавок, включающих:

и их смеси.

Добавки по настоящему изобретению можно использовать любым пригодным способом, известным в области переработки сырой нефти и углеводородов. Например, добавки можно использовать в присутствии сильного основания, такого как гидроксид натрия, и молекулярного кислорода. В другом варианте осуществления изобретения добавки можно использовать в отсутствие гидроксида натрия и молекулярного кислорода или в отсутствие одного из указанных соединений.

Аналогичным образом добавки можно вводить любым известным пригодным способом. Например, их можно вводить в питающий трубопровод или непосредственно в емкость. В одном варианте осуществления изобретения топливная магистраль оборудована статическим или механическим смесителем. В другом варианте добавку можно вводить распылением непосредственно в парообразный поток. В еще одном варианте для повышения эффективности смешивания емкость оборудована смесителем или системой рециркуляции. В одном варианте добавки можно вводить в трубопровод и смешивать за счет турбулентности потока среды. Аналогичным образом добавки можно вводить в автоцистерну, при этом смешивание происходит за счет движения сырой нефти или углеводорода при движении автоцистерны.

Добавки по изобретению можно добавлять приблизительно в стехиометрическом количестве, если известна концентрация загрязнений, подлежащих удалению, и нежелательных соединений. Если указанные концентрации не известны, то необходимое количество определяют используя метод поверхностных испытаний с использованием яса или любой другой стандартный способ в области добычи и очистки сырой нефти и добычи углеводородов. Добавки можно использовать при температуре в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 800°F.

Помимо компонентов, описанных выше, добавки могут включать другие соединения. Например, очищающие добавки могут также включать ароматические растворители, основание или органические окислители. Добавки можно также получить с использованием любого апротонного растворителя, такого как (но не ограничиваясь только ими) дихлорметан, хлороформ, тетрагидрофуран, N-метилпирролидон, диметилсульфоксид (ДМСО), 10 диметилформамид (ДМФА), диглим и т.п.

Примеры

Следующие примеры приводятся для иллюстрации изобретения и не ограничивают объем и сущность изобретения,

Пример 1

Образец толуола и гексана, содержащий известное количество меркаптанов (метилмеркаптан, част./млн), как указано ниже в таблице 1, обрабатывали добавкой по изобретению, которую получали с использованием мас.% бензохинона в ДМФА. В образец добавляли раствор бензохинона и затем встряхивали при 50°С в течение указанного промежутка времени и затем 20 анализировали согласно стандарту ASTM-D3227. Результаты представлены ниже в таблице 1.

Пример 2

Испытания проводили, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо смеси толуола и гексана использовали бензино-лигроиновую фракцию. Условия и результаты представлены ниже в таблице 2.

Пример 3

Испытания проводили, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо смеси толуола и гексана использовали сырую нефть. Условия и результаты представлены ниже в таблице 3.

Таблица 1
Толуол
Количество очищающей добавки (раствор бензохинона (об.част./млн))	C4SH(част./млн)	Время обработки (ч)
0	131	-
Количество очищающей добавки (раствор бензохинона (об. част./млн))	C4SH(част./млн)	Время обработки (ч)
500	122	1
1000	62	1
2000	0	1
3000	0	1

Таблица 2
Бензино-лигроиновая фракция
Количество очищающей добавки (раствор бензохинона (мас. част./млн))	SH(част./млн)	Время обработки (ч)
0	907	-
4000	551	1
4000	453	24

Таблица 3
Сырая нефть
Количество очищающей добавки (раствор бензохинона (об.част./млн))	SH (част./млн)	Время обработки (ч)
0	364	24
500	351	24
1000	297	24
2000	219	24
3000	169	24

Краткое обсуждение результатов, представленных выше в примерах

Результаты, полученные в примерах, свидетельствуют об эффективной очистке от меркаптанов с использованием бензохинона.

Пример 4

Исходный раствор бензиламина (1000 част./млн) получали в ароматическом растворителе. Затем исходный раствор амина обрабатывали бензохиноном (20 мас.%) в ДМФА при комнатной температуре. Содержание амина анализировали методом ГХ с детектором ионизации в электрическом поле. Результаты представлены ниже в таблице 4.

Таблица 4
Количество очищающей добавки (бензохинон (част,/млн))	Бензиламин (част./млн)
0	990
200	920
400	900
Количество очищающей добавки (бензохинон (част./млн))	Бензиламин(част./млн)
800	695
1200	0

1. Добавка для очистки сырой нефти или углеводородов от меркаптанов, включающая соединение общей формулы

где каждый R₁, R₂, R₃ и R₄ обозначают водород.

2. Способ очистки сырой нефти или углеводорода от меркаптанов, который заключается в том, что сырую нефть или углеводород смешивают с добавкой, включающей соединение общей формулы

где каждый R₁, R₂, R₃ и R₄ является водородом.

3. Способ по п.2, где добавку смешивают с сырой нефтью или углеводородом в присутствии сильного основания.

4. Способ по п.3, где сильным основанием является молекулярный кислород или гидроксид натрия.

5. Способ по п.2, который на практике осуществляют в отсутствии сильного основания.

6. Способ по п.2, который на практике осуществляют в присутствии воды.

7. Способ по п.2, где общее содержание воды в сырой нефти или углеводородах составляет приблизительно от 1 мас.% до приблизительно 15 мас.%.

8. Способ по п.2, где углеводородом является жидкое топливо.

9. Способ по п.2, где углеводородом является органическое химическое соединение.

10. Способ по п.2, где добавка пригодна для очистки от меркаптанов.