Маловязкая стабильная эмульсия и способ ее получения

 

Сущность изобретения: маловязкая стабильная эмульсия с размером капель ≥15 мкм и вязкостью ≅1500 сП при скорости 1c^-1 и 26,7°С на основе вязкого углеводорода с добавлением 20 - 30% воды и 0,1 - 5,0% эмульгатора, содержащего смесь неионогенного или анионного ПАВ с 1,0 - 5,0% фенолформальдегидной этоксилированной смолы. Получают эмульсию смешиванием с эмульгатором и водой в количестве, обеспечивающем ее содержание в смеси до 15%. Полученную смесь нагревают до 49 - 93°С, перемешивают до получения концентрированной эмульсии с размером масляных капель до 4 мкм. Эту эмульсию разбавляют до содержания воды в целевом продукте 20 - 30%, нагревают до 60 - 104°С и перемешивают до размера масляных капель ≥15 мкм. 2 с.п.ф-лы, 1 ил., 5 табл.

Изобретение относится к способам получения углеводородной эмульсии в воде из вязких углеводородов и более конкретно касается способа получения из вязких углеводородов маловязких углеводородных эмульсий в воде, в которых по существу исключено старение эмульсии со временем.

Известна стабильная эмульсия на основе углеводородного топлива с добавлением с декстрином и водой. Получают эту эмульсию перемешиванием в высокоскоростной мешалке при 2300 об/мин в течение 10 мин [1].

Более близкой к предложенной эмульсии по составу и способу ее получения является эмульсия на основе вязкого углеводорода типа м/в, содержащая 15-60% воды и эмульгатор. Эмульгатор содержит 50% соединения формулы С₉Н₁₉С₆Н₄О(CH₂СH₂О)_n Н, где n < 40) и 50% соединения формулы С₉Н₁₉С₆Н₄О(СН₂СН₂О)_mН, где m < 100. При смешивании используют смесители со скоростью пропускания компонентов 51-357 см/с.

По данному способу получают эмульсии с размером капель ≥ 15 мкм и вязкостью ≅ 1500 сП при скорости 1 с^-1 и 26,7^оС [2].

Указанные способы дают стабильные эмульсии с точки зрения коалесценции их фаз. Однако проблема, которую не удалось решить до настоящего времени, заключается в ограничении или устранении явления старения, которому подвержены эти эмульсии. Под старением подразумевается постепенное увеличение вязкости эмульсии со временем. Один способ, используемый для предотвращения старения включает добавление электролитов, что ведет к дополнительным расходам в способе получения эмульсий.

Соответственно, основной целью изобретения является создание способа получения углеводородных эмульсий.

Поставленная цель достигается маловязкой стабильной эмульсией типа масло в воде с размером капель ≥ 15 мкм и 26,7^оС на основе вязкого углеводорода с добавлением воды и эмульгатора, представляющего собой смесь неионогенного или анионного ПАВ с 1,0-5,0 мас.% фенолформальдегидной этоксилированной смолы при следующем соотношении компонентов, мас.%: Вода 20-30 Эмульгатор 0,1-5,0 Вязкий углеводород До 100 Способ получения этой эмульсии заключается в смешивании вязкого углеводорода с 0,1-5,0 мас.% эмульгатора и водой, взятой в количестве, обеспечивающем ее содержание в смеси до 15 мас.% с последующим нагревом полученной смеси до температуры 49-93^оС, перемешивании ее до получения концентрированной эмульсии с размером масляных капель до 4 мкм, разбавлении полученной концентрированной эмульсии водой до содержания ее в целевом продукте 20-30 мас. % , нагревании разбавленной эмульсии до 60-104^оС и перемешивании полученного продукта до размера капель более или равном 15 мкм и в качестве эмульгатора используют смесь неионогенного или анионного ПАВ с 0,1-5,0 мас.% фенолформальдегидной этоксилированной смолы.

Углеводородная эмульсия в воде, полученная указанным способом, не только представляет собой стабильную эмульсию, но по существу не подвержена явлениям старения, которые проявляются в углеводородных эмульсиях в воде, полученных известными способами.

На чертеже изображена схематическая диаграмма, показывающая стадии получения углеводородной эмульсии в воде по изобретению.

Способ по изобретению предусматривает получение углеводородной эмульсии в воде из вязких углеводородов, в которой по существу устранено старение эмульсий со временем.

Способ по изобретению пригоден для вязких углеводородов, обладающих следующими физическими и химическими характеристиками: плотность по шкале Американского нефтяного института в пределах от 1 до 16; вязкость при 50^оС, в пределах от 100000 до 500000 сП, вязкость при 99^оС, 10000-16000 сП; содержание асфальтенов в пределах 5-25 мас.%; содержание смолы в пределах 3-30 мас. % ; углеродное содержание в пределах 78,2-85,5 мас.%; водородное содержание в пределах 9,0-10,8 мас. % ; кислородное содержание в пределах 0,25-1,1 мас. % ; азотное содержание в пределах 0,5-0,7 мас.%; содержание серы в пределах 2,0-405 мас.%; содержание ванадия в пределах 50-1000 млн^-1; содержание никеля в пределах 20-500 млн^-1; содержание железа в пределах 5-100 млн^-1; содержание натрия в пределах 10-500 млн^-1 и содержание воды в пределах 0,55-0,3 мас. % . Вязкие углеводороды могут иметь форму тяжелой сырой нефти, битумов природного происхождения, смол природного происхождения, тяжелых остатков от перегонки и т.п.

Предпочтительная эмульгирующая добавка для использования в способе по изобретению содержит смесь либо безионного поверхностно-активного вещества, либо анионного поверхностно-активного вещества с фенолформальдегидной этоксилированной смолой. Фенолформальдегидную этоксилированную смолу смешивают с поверхностно-активным веществом в количестве 1-10 мас.% предпочтительно 1-5 мас.%, в расчете на полный вес эмульгирующей добавки.

Полезные безионные поверхностно-активные вещества для использования в способе по изобретению включают этоксилированный алкилфенол, этоксилированные спирты и сложные эфиры этоксилированных соединений сорбита. Предпочтительные безионные поверхностно-активные вещества должны иметь гидрофильно-лиофильный баланс свыше 13. Предпочтительные безионные поверхностно-активные вещества включают этоксилаты алкилфенола. Особенно полезные анионные поверхностно-активные вещества включают алкиларилсульфонаты и алкиларилсульфонаты и поверхностно-активные вещества, полученные из карбоновых кислот с длинной цепью. Предпочтительные безионные поверхностно-активные вещества включают такие, которые имеют гидрофильно-лиофильный баланс свыше 13, например, алкиларилсульфонаты аммония, такие, как додецилбензолсульфонат, фенолформальдегидная этоксилированная смола предпочтительно имеет 3-7 этоксизвеньев.

Смесь вязкого углеводорода, воды и эмульгирующей добавки затем нагревают до температуры в пределах 49-93^оС, и нагретую смесь после этого перемешивают при поддерживаемых условиях с тем, чтобы получить концентрированную углеводородную эмульсию в воде, имеющую средний размер масляных капель меньше или равный 4 мкм. Согласно изобретению нагретую смесь перемешивают в высокоскоростном смесителе при скорости ротора меньше или равной 2000 об/мин, предпочтительно 1000-1500 об/мин.

Концентрированную углеводородную эмульсию в воде затем разбавляют водой с тем, чтобы получить водное содержание 20-30 мас.%, предпочтительно 28%. Разбавленную смесь затем нагревают до температуры примерно 60-104^оС предпочтительно 82-104^оС. Нагретую разбавленную эмульсию затем подвергают сдвиганию в высокоскоростном смесителе при скорости вплоть до 4500 оборотов в минуту, предпочтительно от 3500 до 4500 об/мин с тем, чтобы получить конечный продукт углеводородной эмульсии в воде, имеющей средний размер масляных капель, превышающий или равный 15 мкм и вязкость, меньшую или равную 1500 сП при 26,7^оС.

Нестареющая углеводородная эмульсия в воде, полученная по способу изобретения, содержит предпочтительно от примерно 70 до 80 мас.% масла, от примерно 20 до 30 мас.% воды, примерно от 0,1 до 5 мас.% эмульгирующего реагента, причем средний размер масляных капель превышает или равен 15 мкм, а вязкость имеет величину, меньшую или равную 1500 сП при 1 с^-1 и 26,7^оС.

Фактор старения нестареющей углеводородной эмульсии в воде представляет собой среднее изменение вязкости менее, чем на 100 сП за месяц и предпочтительно на 100 сП за год. Под фактором старения подразумевается изменение вязкости при данной температуре со временем.

Нестареющие углеводородные эмульсии в воде, полученные по способу изобретения, по существу не подвержены явлениям старения, которыми страдают углеводородные эмульсии в воде, полученные известными способами. Характеристики нестарения, присущие углеводородным эмульсиям в воде, полученным по способу изобретения, будут понятны из следующих показательных примеров.

П р и м е р 1. Для того, чтобы продемонстрировать эффект способа по изобретению для получения углеводородных эмульсий в воде, в котором по существу устранено старение эмульсии со временем, вязкий углеводород природного происхождения смешивали с водой и с эмульгирующей добавкой. Вязким углеводородом природного происхождения был гудрон Керро Негро из района нефтяного кольца Ориноко в Венесуэле. Физические и химические свойства гудрона Керро Негро, используемого в этом примере приведены ниже. Плотность по шкале Американского нефтя- ного института 15,6^о 8,4 Насыщенные соедине- ния, мас. % 11,8 Ароматические соеди- нения, мас.% 45,8 Смолы, мас.% 30,9 Асфальтены, мас.% 11,5 Кислотность, мг КОН/г битума 3,07 Общее содержание азота, миллионных долей 5561 Сера, % по массе 3,91 Никель, млн^-1 105,9 Ванадий, млн^-1 544,2 Эмульгирующая добавка содержала безионное поверхностно-активное вещество в виде алкилфенольного этоксилированного соединения, продаваемого под торговым названием INTAN-100^R и фенолформальдегидную этоксилированную смолу, имеющую 5 звеньев этилоксида. Эмульгирующий состав содержал 97% по массе безионного поверхностно-активного вещества и 3% по массе фенолформальдегидной этоксилированной смолы. Смесь содержала 93% по массе гудрона Керро Негро 6,7% по массе дистиллированной воды и 0,3% по массе описанного эмульгирующего состава. Смесь нагревали до 75^оС, и подвергали медленному предварительному перемешиванию. Затем смесь перемешивали спиральной лопаткой со скоростью 1200 об/мин, чтобы получить первую концентрированную эмульсию. Четыре образца первой концентрированной эмульсии были взяты после перемешивания в течение 2, 4, 4 и еще 4 мин, соответственно. Измерили средний диаметр масляных капель у четырех образцов первой концентрированной эмульсии, результаты приведены в табл.1.

Каждый из четырех образцов первой концентрированной эмульсии затем разбавили дистиллированной водой с тем, чтобы получить содержание воды 28 мас. % . Разбавленную эмульсию затем нагревали до 80^оС и перемешивали при скорости 4000 об/мин. Четыре образца перемешивали в течение 1, 2, 3 и 4 мин соответственно. Конечные охлажденные эмульсии хранили при 26,7^оС, в течение 24 ч и измерили средний диаметр масляных капель и вязкость у каждого образца. Измерения вязкости произвели повторно через 48 ч. Результаты приведены в табл.2.

Из табл. 2 можно видеть, что образцы 2, 3 и 4, которые имеют средний диаметр масляных капель менее 4 мкм, фактически не проявляют старения конечного эмульсионного продукта, в то время как образец 1, который имеет средний диаметр масляных капель 8,6 мкм в концентрированной эмульсии, стареет при получении из него конечного эмульсионного продукта. Кроме того, можно видеть, что по мере увеличения среднего диаметра масляных капель в конечном эмульсионном продукте образцов 2, 3 и 4, значительно снижается конечная вязкость продукта. При увеличении размера масляных капель не только улучшается вязкость конечных разбавленных эмульсий, но аналогичным образом улучшаются характеристики нестарения эмульсий. Этот пример наглядно показывает критичность величины диаметра масляных капель как в концентрированной эмульсии, так и в конечной разбавленной эмульсии, для способа получения маловязкой нестареющей углеводородной эмульсии в воде в конечном эмульсионном продукте. Из табл.2 можно видеть, что предпочтительно, чтобы в концентрированной эмульсии масляные капли имели средний размер, меньший или равный 4 мкм, и чтобы в конечном эмульсионном продукте масляные капли имели размер больше или равный 15 мкм.

П р и м е р 2. Пять дополнительных образцов приготовили по такой же методике, как описано выше в примере 1, но при этом изменяли только время перемешивания с тем, чтобы получить различные по диаметру масляные капли в концентрированных эмульсиях и в конечных разбавленных эмульсиях. В табл.3 приведены средние величины диаметров масляных капель для концентрированных и разбавленных эмульсий для каждого из трех образцов.

Образцы хранили при 26,7^оС и вязкость эмульсий измеряли через регулярные промежутки времени в течение десяти дней, чтобы определить характеристики нестарения эмульсий. Как можно видеть опять исходный размер масляных капель в концентрированной эмульсии важен для получения нестареющей углеводородной эмульсии в воде. Кроме того, можно видеть, что конечный диаметр масляных капель важен для получения маловязких нестареющих углеводородных эмульсий в воде.

П р и м е р 3. Повторили снова пример 2 за тем исключением, что эмульгирующий состав представлял собой смесь 97% по массе додецилбензолсульфоната аммония и 3% по массе такой же формальдегидной смолы, которую использовали в примере 2. Для каждого из образцов, полученных после получения концентрированной эмульсии и конечной разбавленной эмульсии, опять измеряли средний диаметр масляных капель. Конечные разбавленные эмульсии опять охладили до 26,7% и их вязкости измеряли через 24 и 48 ч. Результаты приведены ниже в табл. 4.

Снова наглядно видна критичность получения масляных капель определенного размера в концентрированной эмульсии, который должен быть меньше или равен 4 мкм для того, чтобы уменьшить вязкость конечной углеводородной эмульсии в воде, а также получить характеристики нестарения конечной углеводородной эмульсии в воде.

П р и м е р 4. Два дополнительных образца приготовили, используя эмульгирующую композицию примера 3 и следуя такой же методике, как описано выше в примере 2. Средние величины диаметра масляных капель для каждого образца приведены в табл.5.

Эмульсии так же хранили при 26,7^оС, и вязкости измеряли через 1 день, 3 дня и 5 дней.

Наглядно показано, что размер масляных капель для концентрированной эмульсии является критическим для получения вяловязкой нестареющей углеводородной эмульсии в воде.

Изобретение можно воплотить в других формах или осуществить другими способами, не отходя от его сути и отличительных признаков. Поэтому представленный вариант следует считать во всех отношениях показательным, но не ограничительным.

Формула изобретения

1. Маловязкая стабильная эмульсия типа масло в воде с размером капель 15 мкм или больше и вязкостью 1500 сП или меньше при 1 с^-1 и 26,7^oС на основе вязкого углеводорода с добавлением воды и эмульгатора, отличающаяся тем, что в качестве эмульгатора содержит смесь неионогенного или анионного поверхностно-активного вещества с 1,0 - 5,0 мас.% фенолформальдегидной этоксилированной смолы при следующем соотношении компонентов, мас.%: Вода 20 - 30 Указанный эмульгатор 0,1 - 5,0 Вязкий углеводород До 100 2. Способ получения маловязкой стабильной эмульсии типа масло в воде с размером капель 15 мкм или больше и вязкостью 1500 сП или меньше при 1 с^-1 и 26,7^oС на основе вязкого углеводорода, включающий смешивание его с эмульгатором и водой при повышенной температуре, отличающийся тем, что вязкий углеводород смешивают с 0,1 - 5,0 мас.% эмульгатора и водой, взятой в количестве, обеспечивающем ее содержание в смеси до 15 мас.%, с последующим нагревом полученной смеси до 49 - 93^oС, перемешиванием ее до получения концентрированной эмульсии с размером масляных капель до 4 мкм, разбавлением полученной концентрированной эмульсии водой до содержания ее в целевом продукте 20 - 30 мас.%, нагревом разбавленной эмульсии до 60 - 104^oС и перемешиванием полученного продукта до размера масляных капель более или равном 15 мкм, и в качестве эмульгатора используют смесь неионогенного или анионного поверхностно-активного вещества с 1,0 - 5,0 мас.% фенолформальдегидной этоксилированной смолы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3