Усовершенствованный способ удаления сероводорода

Изобретение относится к удалению сероводорода из потоков вязких нефтепродуктов, таких как нефтяной битум, сырая нефть и мазут, с использованием октоата цинка, причем мольное соотношение цинка и октановой кислоты в составе комплексного соединения превышает 1:2. Технический результат - высокая эффективность нейтрализации сероводорода. 10 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 12 пр.

 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Отсутствуют.

Заявление относительно государственной поддержки научных исследований или разработок

Не применимо.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к использованию октоатов цинка в качестве нейтрализаторов сероводорода. В ходе термических процессов нефтепереработки происходит образование нефтебитумного остатка. При термическом фракционировании протекает термический крекинг, в результате которого в потоке нефтяного битума зачастую присутствует сероводород. Фактически, термический крекинг нефтяного битума продолжается даже после его выхода из рабочей секции вакуумной дистилляции, в особенности при высокой температуре. Для обеспечения безопасности при погрузке, использовании и хранении битума необходимо уменьшить содержание в нем сероводорода до безопасного уровня. Ранее указанная проблема решалась путем проветривания горячего битума в течение времени, достаточного для снижения количества сероводорода до безопасного уровня. Данная процедура не только занимает значительное количество времени (несколько дней), но и приводит к накоплению сероводорода в паровоздушном пространстве хранилища, что может создавать опасные условия. Кроме того, в последнее время Европейское экологическое законодательство направлено на ужесточение ограничений по предельному содержанию сероводорода в отходящем газе.

Другие действия, необходимые для избежания указанных проблем, включают эксплуатацию колонны вакуумной дистилляции при меньшей температуре с целью уменьшения глубины термического крекинга кубового остатка. Эксплуатация при пониженной температуре осуществляется за счет увеличения части потока нефтяного битума, направляемой в контур охлаждения. Однако указанный способ менее эффективен по сравнению с работой при более высокой температуре и вызывает снижение производительности и регенерации тепла. Другие похожие способы решения рассматриваемой проблемы приводятся в описании европейского патента (номер публикации 0121377) и европейском патенте 000421683 A1.

В патенте США 5000835 описано использование карбоксилатов металлов в качестве нейтрализаторов сероводорода. В данном патенте описана реакция с карбоксилатами металлов, содержащими от 6 до 24 атомов углерода. Карбонильная группа указанных карбоксилатов служит переносчиком противоположно заряженного иона металла и позволяет перевести металл в форму, в которой он приобретает способность к растворению в органической среде и взаимодействию с растворенным сероводородом. При взаимодействии металла, входящего в состав карбоксилата, с растворенным сероводородом, данные реагенты образуют нерастворимые сульфиды металлов, что позволяет устранить токсические и коррозионные свойства сероводорода. Хотя в указанном патенте рассматривается использование октоата цинка, являющегося доступным нефтерастворимым соединением, в нем также отмечается, что октоат цинка менее эффективен по сравнению с карбоксилатами других металлов.

Таким образом, разработка усовершенствованного способа использования октоата цинка в качестве нейтрализатора сероводорода представляется необходимой и практически значимой. Уровень техники, описанный в настоящем разделе, не предполагает допущений о том, что любой патент, публикация или иная указанная здесь информация является «прототипом» по отношению к настоящему изобретению, если это не было указано специально. Кроме того, не следует предполагать, что в рамках данного раздела выполнялся какой-либо поиск, или что отсутствует другая релевантная информация, в соответствии с 37 C.F.R. §1.56(a).

Сущность изобретения

По меньшей мере один из вариантов реализации изобретения направлен на разработку способа удаления сульфидов из потоков вязких нефтепродуктов, например, нефтяного битума, сырой нефти и нефтешлама. Способ включает этап добавления к потоку оптимального количества октоата цинка, причем мольное отношение цинка и октановой кислоты в составе комплексного соединения не равно 1:2. В качестве октоата цинка может использоваться оксооктоат цинка или четырехъядерный оксооктоат цинка. Мольное отношение цинка и октановой кислоты может превышать 1:2. Октоат цинка может добавляться в виде жидкости, вязкость которой ниже вязкости аналогичной жидкости, в которой мольное отношение цинка и октановой кислоты равно 1:2.

По меньшей мере один из вариантов реализации изобретения относится к способу удаления сульфидов из потока нефтепродуктов с помощью жидкости, содержащей цинк и октановую кислотув мольном соотношении, равном 2,1:3, 1,97:3 или находящемся в

пределах от 2,1:3 до 1,97:3. Концентрация октоата цинка, добавленного к органической жидкости, может находиться в пределах от 1 до 2000 ppm. В результате добавления октоата цинка количество сульфидов может сократиться на 50%. Октоат цинка может добавляться к маловязкой жидкости, при этом содержание цинка в пересчете на металл будет находиться в пределах от 5 до 20 мас. % жидкости.

Краткое описание чертежей

Подробное описание настоящего изобретения приводится ниже со ссылками на следующие чертежи:

Фиг. 1 - график вязкости различных октоатов цинка, используемых в качестве нейтрализаторов сероводорода. Чем меньше вязкость материала, тем легче его добавлять к битуму и распределять в объеме последнего.

Подробное описание изобретения

Октоат цинка представляет собой соль карбоновой кислоты, содержащей 8 атомов углерода (а именно - 2-этилгексановой кислоты), в которой ион цинка образует координационные связи с атомами кислорода кислоты. Так как ион цинка имеет заряд +2, а карбоновой кислоты -1, первоначально было принято допущение о том, что все октоаты цинка должны характеризоваться количественным отношением цинка к карбоновой кислоте, равным 1:2. Как показано на фиг. 1, указанные октоаты цинка с отношением 1:2 имеют склонность к полимеризации и образованию высоковязких материалов, что значительно ограничивает их практическую применимость при использовании в качестве нейтрализатора сероводорода.

По меньшей мере в одном из вариантов реализации изобретения используют октоат цинка при мольном отношении кислоты и цинка, не равном 1:2. В оксокарбоксилате цинка один или несколько атомов кислорода связаны с двумя или более атомами цинка, с образованием оксоцинковых групп, представляющих собой соединения цинка, которые образуют комплекс с карбонильной группой карбоновой кислоты. По меньшей мере в одном из вариантов реализации изобретения в качестве оксоцинковой группы используется четырехъядерная оксоцинковая группа, в которой четыре атома цинка связаны одной кислородной группой, в результате чего создается отношение цинка и карбоновой кислоты, равное 2:3.

Согласно одному из вариантов реализации изобретения, отношение цинка и карбоновой кислоты находится в пределах от 2,1:3 до 1,97:3.

Указанное отношение способствует тому, чтобы прореагировал весь цинк, и позволяет предотвратить помутнение, являющееся признаком наличия остатка непрореагировавшего оксида цинка.

Использование указанных октоатов цинка с отношением цинка к кислоте, не равном 1:2, имеет ряд преимуществ. Во-первых, получаемый октоат содержит большее количество атомов цинка, приходящихся на один моль октоата. Так как определяющую роль в удалении сульфидов играют атомы цинка, повышение концентрации цинка, приходящегося на моль вещества, позволяет увеличить эффективность действия октоата. Во-вторых, как показано на фиг. 1, вязкость октоатов цинка с соотношением компонентов, не равным 1:2, меньше по сравнению с октоатами цинка с соотношением компонентов, равным 1:2, что делает данные маловязкие октоаты более подходящими реагентами, для которых возможно достижение концентрации более эффективной, нежели при использовании октоатов цинка с большей вязкостью. Снижение вязкости оказалось совершенно неожиданным результатом, так как можно было предположить, что комплекс, связывающий между собой большее количество молекул, должен отличаться более высокой вязкостью, тем не менее, на основании экспериментальных данных показано, что при соотношении компонентов 2:3 достигается более низкая вязкость. На фиг. 1 показано снижение вязкости в зависимости от температуры для тетраоксо-формы и для полимерной формы октоата цинка в ароматическом растворителе.

Тетрамерный комплекс оксооктоата цинка имеет следующую химическую структуру:

µ-Zr₄O-µ-(O₂C₈H₁₅)₆

ПРИМЕРЫ

Для лучшего понимания вышеизложенного материала ниже приведен пример, целью которого является пояснение, не накладывающее ограничений на сферу применения изобретения.

Был приготовлен ряд образцов бензольных растворов октоатов металлов. Приготовленные образцы растворов были добавлены к образцам расплавленного асфальта и перемешаны. Для каждого образца при помощи трубки Дрегера были определены уровни паров H₂S в различные моменты времени. В таблице I отражена эффективность действия образцов после нагревания в течение 2 часов при температурах 315-325°F. Данные таблицы II свидетельствуют о высокой эффективности действия описываемого в изобретении продукта даже через более короткий интервал времени.

Хотя настоящее изобретение может быть реализовано многими различными способами, на чертежах и в приведенном детальном описании представлены определенные предпочтительные варианты реализации изобретения. В настоящей заявке приводится разъяснение принципов изобретения, что не предполагает ограничения реализации изобретения рассмотренными частными вариантами. Все патенты, заявки на патенты, научные статьи и другие цитируемые материалы, упомянутые в настоящей заявке, полностью включены в настоящую заявку в виде ссылки. Кроме того, изобретение включает в себя любую возможную комбинацию некоторых или всех вариантов реализации, описанных в настоящей заявке и включенных в нее.

Раскрытая выше информация предназначена для иллюстрации и не является исчерпывающей. Настоящее описание может предложить любому рядовому специалисту в данной области множество вариантов и альтернатив. Предполагается, что все указанные альтернативы и варианты следует включать в рамки формулы изобретения, причем термин «включающий» означает «включающий, но не ограничивающийся данным». Специалисты, знакомые с указанной областью изобретения, могут идентифицировать другие аналоги специфических вариантов, описанных в настоящей заявке, при этом включение данных аналогов в формулу изобретения также подразумевается.

Следует понимать, что все диапазоны и параметры, раскрытые в настоящем изобретении, включают любые диапазоны, входящие в их рамки, и каждое число, находящееся между границами диапазона. Например, следует считать, что указанный диапазон «от 1 до 10» включает все поддиапазоны между минимальным значением, равным 1 (включительно), и максимальным значением, равным 10; т.е. все диапазоны, начинающиеся с минимального значения, равного 1 или больше (например, от 1 до 6,1), и заканчивающиеся максимальным значением, равным 10 или меньше (например, от 2,3 до 9,4; от 3 до 8; от 4 до 7), и, наконец, каждое из чисел: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, содержащихся в пределах диапазона.

Указанные уточнения завершают описание предпочтительных и альтернативных вариантов реализации изобретения. Специалистами в данной области техники могут быть определены другие аналоги конкретных вариантов, описанных в настоящей заявке, которые должны быть включены в рамки прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ удаления сероводорода из потоков нефтепродуктов, включающий этап добавления эффективного количества октоата цинка к потоку нефтепродуктов, причем мольное отношение цинка и октановой кислоты в составе комплексного соединения превышает 1:2.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве октоата цинка используется оксооктоат цинка.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве октоата цинка используется четырехъядерный оксооктоат цинка.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что октоат цинка добавляют в виде жидкости, и при этом вязкость указанной жидкости ниже, чем вязкость аналогичной жидкости, в которой мольное соотношение цинка и октановой кислоты равно 1:2.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что потоком нефтепродуктов может являться любой из следующих: битум, сырая нефть, мазут или любое сочетание указанных потоков.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мольное соотношение цинка и октановой кислоты составляет 2,1:3.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мольное соотношение цинка и октановой кислоты составляет 1,97:3.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мольное соотношение цинка и октановой кислоты находится в пределах от 2,1:3 до 1,97:3.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что концентрация октоата цинка, добавленного к потоку нефтепродуктов, находится в пределах от 1 до 2000 ppm.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в результате добавления октоата цинка количество сероводорода сокращается как минимум на 50%.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что октоат цинка добавляют в виде маловязкой жидкости, и при этом содержание цинка в пересчете на металл находится в пределах от 5 до 20 мас.% жидкости.