Способ получения загустителя углеводородных жидкостей

 

Использование: в качестве загустителя углеводородных жидкостей. Сущность изобретения: продукт - смесь органических ортофосфорных эфиров. Реагент 1: P₂O₅. Реагент 2: оксаспирт. Реагент 3: спирт с длинной цепью, спирт с короткой цепью или их смесь. Условия реакции: трехсекционный аппарат проточного типа с трубчатыми теплообменниками в межсекционном пространстве при скорости подачи реагентом 1 - 20 ч^-1, 40 - 50, 70 - 90 и 100 - 130^oС в каждой секции соответственно. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к производству органических ортофосфорных эфиров, предназначенных для загущения углеводородных жидкостей, используемых для различных технологических процессов, в частности для получения углеводородных гелей для гидравлического разрыва нефтяных и газовых пластов, глушения и консервации скважин, ограничения водопритоков.

В процессе ГРП нефтяных и газовых скважин используются специальные углеводородные жидкости, обладающие низкими потерями создания трещин и транспортировки в них расклинивающего материала, при этом вязкость жидкости при увеличении температуры растет, достигая максимума в пределах 60-70^оС.

Подобные жидкости получают растворением в углеводородах алюминиевых солей органических ортофосфорных эфиров, которые получают взаимодействием органических ортофосфорных эфиров с алюмосодержащими компонентами.

Известны следующие способы получения органических ортофосфорных эфиров.

1. Органические ортофосфорные эфиры получаются в результате реакции следующих компонентов: А. Реагент, содержащий в своем составе пятивалентный фосфор, например пятиокись фосфора или смесь пятиокиси фосфора с полифосфорной кислотой; В. Оксаспирт, имеющий следующую структурную формулу: ROR₁OH, где R алкильная группа, содержащая от 1 до 6 атомов углерода; R₁ алкиленовая группа, содержащая от 2 до 3 атомов углерода; причем общее содержание атомов углерода в R и R₁ группах составляет от 3 до 8; С. В случае, если содержание атомов углерода в оксаспирте 3 или 4, то в качестве "С" используется алифатический спирт, с длиной цепи не менее 5 атомов углерода, а если содержание атомов углерода в оксаспирте от 5 до 8, то используется или алифатический спирт с длиной цепи не менее 5 атомов углерода, или спирт с короткой цепью: от 1 до 4 атомов углерода, или их смесь. Причем индивидуальные молярные соотношения оксаспирта, спирта с длинной цепью и спирта с короткой цепью к общему количеству пятиокиси фосфора от 0,4:1 до 4,5:1; от 0:1 до 4,0:1; от 0:1 до 5,0:1 соответственно, температура реакции от 70 до 90^оС, а период протекания реакции от 1,5 до 6 ч.

2. Органические ортофосфорные эфиры получаются в результате реакции компонентов А, В и С, при тех же молярных соотношениях, описанных в п.1, но при отдельной загрузке спирта с короткой цепью. При этом после смешения оксаспирта и спирта с длинной цепью с пятиокисью фосфора в течение 5-30 мин при температуре от 70 до 90^оС реакционная смесь охлаждается до 50-70^оС, после чего в систему добавляется спирт с короткой цепью, а затем при температуре 70-90^оС смесь выдерживают в течение 1,5-6,0 ч.

Недостатком указанного изобретения является то, что предлагается периодический процесс приготовления органических ортофосфорных эфиров, который требует больших затрат времени на производство реагента, связанных с загрузкой, выгрузкой реагентов, а также с длительным сроком выдержки для проведения реакции. При раздельной подаче спирта с короткой цепью (п.2) требуется также время на охлаждение реакционной смеси. Невозможность точного регулирования температуры (процесс экзотермический) создает условия для местных перегревов, приводящих к осмолению продуктов реакции.

Целью изобретения является ускорение и упрощение процесса получения органических ортофосфорных эфиров, а также улучшение их качества (эксплуатационных показателей целевого продукта) за счет применения непрерывного способа получения.

Поставленная цель достигается тем, что органические ортофосфорные эфиры получаются в результате реакции следующих компонентов: а) реагент, содержащий в своем составе пятивалентный фосфор, например пятиокись фосфора или смесь пятиокиси фосфора с полифосфорной кислотой; б) оксаспирт, имеющий следующую структурную формулу: ROR₁OH, где R алкильная групппа, содержащая от 1 до 6 атомов углерода; R₁ алкиленовая группа, содержащая от 2 до 3 атомов углерода; причем общее содержание атомов углерода в R и R₁ группах составляет т 3 до 8; в) спирты с длинной цепью, имеющие следующую структурную формулу: ROH, где R алифатический углеводородный радикал с числом атомов углерода не менее 5; г) спирты с короткой цепью, имеющие следующую структурную формулу: ROH, где R алифатический углеводородный радикал с числом атомов углерода от 1 до 4; при этом реакция протекает в трехсекционном реакторе проточного типа, который работает по принципу идеального смешения и вытеснения, по следующей технологической схеме, изображенной на чертеже.

Процесс получения органических ортофосфорных эфиров происходит в следующей последовательности.

В емкость 1 загружается оксаспирт и спирт с длинной цепью. В емкость 1 при перемешивании и непрерывном охлаждении загружается реагент, содержащий в своем составе пятивалентный фосфор, например пятиокись фосфора или смесь пятиокиси фосфора с полифосфорной кислотой; при этом происходит частичное взаимодействие с образованием ортофосфорных эфиров, в которых и растворяется все расчетное количество пятиокиси фосфора. В емкость 2 загружается спирт с короткой цепью (если необходимо). Реагенты из емкостей 1 и 2 поступают в первую секцию реактора 3 со скоростью, обеспечивающей молярные соотношения оксаспирта, спирта с длинной цепью и спирта с короткой цепью к общему количеству пятиокиси фосфора от 0,4:1 до 4,5:1; от 1:1 до 4,0:1; от 0:1 до 5,0:1 соответственно. При этом общая объемная скорость подачи реагентов в реактор от 1 до 20 ч-1. Температура в первой секции реактора составляет 40-50^оС, во второй секции 70-90^оС, а в третьей 100-130^оС. Постепенный подъем температуры и эффективный массо- и теплообмен обеспечивают наиболее благоприятные условия протекания реакции: в первую очередь со спиртом с короткой цепью, во вторую с оксаспиртом, а в третью со спиртом с длинной цепью. В результате реакции получается сложная смесь одно-, двух- и трехзамещенных органических ортофосфорных эфиров. Качество получения органических ортофосфорных эфиров. Качество полученных органических ортофосфорных эфиров оценивается реологическими характеристиками геля, полученного при смешении органических ортофосфорных эфиров с алюмосодержащим компонентом в среде дизельного топлива. Для экспериментальной проверки заявляемого способа были приготовлены 10 составов геля на основе дизельного топлива, при этом часть этих составов была приготовлена с использованием органических ортофосфорных эфиров, полученных известным периодическим способом, а другая часть (примеры 6-10) получена с использованием предлагаемого непрерывного способа (таблица ).

Для примера 1 органический ортофосфорный эфир приготавливался следующим образом: в колбе, снабженной мешалкой, обогревом и термометром, смешивали 1,82 моль промышленной фракции спиртов С_8-10 и 1,82 моль 2-оксабутанола, затем в смесь при непрерывном перемешивании подавали 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), при этом поддерживалась температура не выше 70^оС, после чего смесь нагревали до 80^оС и выдерживали при этой температуре в течение 6 ч.

Для примера 2 органический ортофосфорный эфир приготавливался следующим образом: в колбе, снабженной мешалкой, обогревом и термометром, смешивали 0,91 моль фракции спиртов С_8-10 и 0,91 моль 3-оксапентанола, после чего в смесь при непрерывном перемешивании подавали 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), после чего смесь перемешивали 15 мин, охлаждали до 50^оС и вводили 1,82 моль метанола, затем смесь нагревали до 80^оС и выдерживали в течение 6 ч.

Для примера 3 загуститель углеводородных жидкостей приготавливался следующим образом: в колбе, снабженной мешалкой, обогревом и термометром, смешивали 4,5 моль 5-оксагептанола и 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), при этом поддерживалась температура не выше 70^оС, после чего смесь нагревали до 80^оС и выдерживали при этой температуре в течение 6 ч.

Для примера 4 загуститель углеводородных жидкостей приготавливался следующим образом: в колбе, снабженной мешалкой, обогревом и термометром, смешивали 4 моль промышленной фракции спиртов С_8-10 и 0,46 моль 5-оксагептанола, затем в смесь при непрерывном перемешивании подавали 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), при этом поддерживалась температура не выше 70^оС, после чего полученную смесь нагревали до 80^оС и выдерживали при этой температуре в течение 6 ч.

Для примера 5 загуститель углеводородных жидкостей приготавливался следующим образом: в колбе, снабженной мешалкой, обогревом и термометром, смешивали 0,4 моль 5-оксагептанола и 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), после чего смесь перемешивали 15 мин, охлаждали до 50^оС и вводили 5 моль метанола, затем смесь нагревали до 80^оС и выдерживали в течение 6 ч.

Для примера 6 загуститель углеводородных жидкостей был получен непрерывным способом, при этом 1,36 моль промышленной фракции спиртов С_8-10 смешивали с 0,46 моль 5-оксагептанола, а затем при охлаждении с 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), после чего полученную смесь подавали в первую секцию проточного реактора, одновременно в первую секцию реактора подавался метанол, общее количество которого 1,82 моль. Реагенты подавались в реактор с объемной скоростью 5 ч^-1, температура в трех секциях реактора составляла соответственно: 40, 80, 120^оС.

Для примера 7 загуститель углеводородных жидкостей был получен непрерывным способом, при этом 1,82 моль 5-оксагептанола смешивали при охлаждении с 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), после чего полученную смесь подавали в первую секцию проточного реактора, одновременно в первую секцию реактора подавался метанол, общее количество которого 1,82 моль. Реагенты подавались в реактор с объемной скоростью 5 ч^-1, температура в трех секциях реактора соответственно: 40, 80, 120^оС.

Для примера 8 загуститель углеводородных жидкостей был получен непрерывным способом, при этом 4,5 моль 5-оксагептанола смешивали при охлаждении с одним молем пятиокиси фосфора (Р₂О₅), после чего полученную смесь подавали в первую секцию проточного реактора с объемной скоростью 5 ч^-1, температура в трех секциях реактора соответственно: 50, 90, 130^оС.

Для примера 9 загуститель углеводородных жидкостей был получен непрерывным способом, при этом 4 моль промышленной фракции спиртов С_8-10смешивали с 0,46 моль 5-оксагептанола, а затем при охлаждении с 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), после чего полученную смесь подавали в первую секцию реактора с объемной скоростью 5 ч^-1, температура в трех секциях реактора соответственно: 50, 90, 130^оС.

Для примера 10 загуститель углеводородных жидкостей был получен непрерывным способом, при этом 0,4 моль 5-оксагептанола смешивали при охлаждении с 1 моль пятиокиси фосфора (Р₂О₅), после чего полученную смесь подавали в первую секцию реактора, одновременно в первую секцию реактора подавался метанол в количестве 5,0 моль. Реагенты подавались в реактор с объемной скоростью 5 ч^-1, температура в трех секциях реактора соответственно: 40, 80, 120^оС.

Получение гелей и реологические измерения проводились в соответствии с описанием. Результаты дополнительных исследований представлены в таблице описания изобретения. Из представленной таблицы следует, что загустители, полученные непрерывным способом (примеры 6-10), превосходят по качеству эфиры, полученные периодическим способом (примеры 1-5).

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГУСТИТЕЛЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЖИДКОСТЕЙ на основе органических ортофосфорных эфиров взаимодействием Р₂О₅ или ее смеси с полифосфорными кислотами с оксаспиртом или со смесью оксаспирта, спирта с длинной цепью и/или спирта с короткой цепью при повышенной температуре и молярном отношении оксаспирта, спирта с длинной цепью и спирта с короткой цепью к общему количеству Р₂О₅ от 0,4 : 1 до 4,5 : 1, от 0 : 1 до 4,0 : 1, от 0 : 1 до 5,0 : 1 соответственно, отличающийся тем, что процесс ведут в трехсекционном реакторе проточного типа, состоящем из трех последовательно соединенных секций, представляющих собой теплообменники, во внутренние трубки которых поступает реакционная смесь, а в межтрубное пространство - теплоноситель, причем на входе и выходе из реактора и между секциями-теплообменниками существуют межсекционные пространства, куда поступает реакционная смесь и куда можно дополнительно вводить реагенты извне, и в каждом из которых расположена лопастная мешалка, насаженная на общую ось, по непрерывной технологической схеме, предусматривающей загружение в одну емкость оксаспирта, спирта с длинной цепью и при перемешивании и охлаждении Р₂О₅ или ее смеси с полифосфорными кислотами, в другую емкость - загружение спирта с короткой цепью и подачу реагентов из обеих емкостей в первую секцию реактора при общей объемной скорости подачи реагентов 1 - 20 ч^-1 и температуре в первой секции реактора 40 - 50^oС, во второй секции 70 - 90^oС, в третьей секции 100 - 130^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3