一种用于重质原油破乳的离子液体及其破乳方法转让专利
申请号 : CN201710577582.3
文献号 : CN107286976B
文献日 : 2018-04-06
发明人 : 张承丽 , 赵法军 , 宋国亮 , 曲国栋 , 孙铎 , 王鹏
申请人 : 东北石油大学
摘要 :
本发明涉及的是一种用于重质原油破乳的离子液体及其破乳方法，其中用于重质原油破乳的离子液体为N‑烷基三甲基溴化铵或N‑烷基三甲基氯化铵；所述N‑烷基三甲基溴化铵的制备方法：用20摩尔的三乙胺与25毫摩尔烷基溴化物溶解在甲苯100mL中混合制备N‑烷基溴化铵；将1 mol的1‑甲基咪唑和1 mol N‑烷基溴化铵在反应管中混合，再与1 mol的1‑甲基吡啶反应制备N‑烷基三甲基溴化铵；所述N‑烷基三甲基氯化铵的制备方法：将10毫摩尔的三烷基胺和20毫摩尔氯代甲烷在装满二氯甲烷的反应管中混合制备N‑烷基三甲基氯化铵。本发明破乳效果好，解决了现有的破乳技术不能满足重质原油油田开采和运输的问题。
权利要求 :
1.一种用于重质原油破乳的离子液体，其特征在于：这种用于重质原油破乳的离子液体为N-烷基三甲基溴化铵或N-烷基三甲基氯化铵；
所述N-烷基三甲基溴化铵的制备方法：
在装有回流冷凝器和磁力搅拌器的玻璃烧瓶中，将20摩尔的三乙胺与25毫摩尔烷基溴化物溶解在100mL甲苯中，混合，将反应混合物加热至90℃，同时在微波辐照下搅拌60min，在室温下冷却，并真空过滤，粉末用50 mL正己烷洗涤，将产物真空干燥，在80℃中放置24h，得到N-烷基溴化铵；
将1 mol的1-甲基咪唑和1 mol N-烷基溴化铵在反应管中混合，用磁力搅拌器搅拌混合物，同时用微波辐射加热，冷却到120℃静置8分钟后，与1 mol 的1-甲基吡啶反应；粗产物在乙醇和80℃的真空干燥状态下两次重结晶后，得到N-烷基三甲基溴化铵；
所述N-烷基三甲基氯化铵的制备方法：
将10 毫摩尔的三烷基胺和20 毫摩尔氯代甲烷在装满二氯甲烷的反应管中混合，使用微波辐射加热后用磁力搅拌器搅拌混合物，同时冷却到50℃静置30分钟；该混合物在室温下静置，真空干燥状态下过滤，用30毫升己烷洗涤粉末，然后在80℃真空条件下干燥 12小时，得到的固体为N-烷基三甲基氯化铵。
2.一种用于重质原油破乳的离子液体，其特征在于：这种用于重质原油破乳的离子液体为N-烷基三甲基溴化铵或N-烷基三甲基氯化铵；
所述N-烷基三甲基溴化铵的制备方法：
在装有回流冷凝器和磁力搅拌器的玻璃烧瓶中，将20摩尔的三乙胺与25毫摩尔烷基溴化物溶解在100mL甲苯中，混合，将反应混合物加热至90℃，同时在微波辐照下搅拌60min，在室温下冷却，并真空过滤，粉末用50 mL正己烷洗涤，将产物真空干燥，在80℃中放置24h，得到N-烷基溴化铵；
将1 mol的1-甲基吡啶和1 mol N-烷基溴化铵在反应管中混合，用磁力搅拌器搅拌混合物，同时用微波辐射加热，冷却到120℃静置8分钟后，与1 mol 的1-甲基吡啶反应；粗产物在乙醇和80℃的真空干燥状态下两次重结晶后，得到N-烷基三甲基溴化铵；
所述N-烷基三甲基氯化铵的制备方法：
将10 毫摩尔的三烷基胺和20 毫摩尔氯代甲烷在装满二氯甲烷的反应管中混合，使用微波辐射加热后用磁力搅拌器搅拌混合物，同时冷却到50℃静置30分钟；该混合物在室温下静置，真空干燥状态下过滤，用30毫升己烷洗涤粉末，然后在80℃真空条件下干燥 12小时，得到的固体为N-烷基三甲基氯化铵。
3.一种权利要求1或2所述的用于重质原油破乳的离子液体的的破乳方法，其特征在于：把装有原油乳状液样品的脱水试瓶，放入有微波加热容器中，加入50-150mg/L所述的用于重质原油破乳的离子液体，所述的用于重质原油破乳的离子液体的加入量与原油乳状液样品体积相同，在450W功率下，辐照50s，脱出油含水率9.4-9.6%，脱出水含油量103-
109mg/L。
说明书 :
一种用于重质原油破乳的离子液体及其破乳方法
技术领域
[0001] 本发明涉及用于提高火烧油层开采稠油或沥青的离子液体，具体涉及一种用于重质原油破乳的离子液体及其破乳方法。
背景技术
[0002] 稠油储量约占全球地质储量的80%，由于经济和开采难度原因，重质原油水混合物在运输前要将水分离。原油开采过程总是伴随着水和稳定的水包油乳状液的形成，这是石油工业中经常遇到的问题，最常见的是油包水型乳液。在油的生产过程中形成乳液是非常严重的问题，它对一些昂贵的设备和化学产品造成很大伤害。沥青、蜡，胶质，及环烷酸等表面活性剂的存在促进了水滴在原油中的分散。这些天然乳化剂在重质原油比轻质原油中含量更高、更加丰富，因此，在重质原油中形成的乳状液更稳定。
[0003] 添加表面活性剂的化学破乳剂破乳是最经常采用的破坏原油乳状液的工业方法，然而在水包油型的高粘度稠油中，这一过程是非常困难的，而且破乳时间更长。现有的破乳技术功能单一，不能满足重质原油油田开采和运输的实际需求。
[0004] 微波辐照下离子液体进行原油破乳脱水是一种非常有商业前景的方法，因此，寻找一种适用于重质原油破乳的离子液体并在微波协同作用下实现重质原油破乳是本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
[0005] 本发明的一个目的是提供一种用于重质原油破乳的离子液体，这种用于重质原油破乳的离子液体用于解决现有的破乳技术功能单一，不能满足重质原油油田开采和运输的实际需求的问题；本发明的另一个目的是提供这种用于重质原油破乳的离子液体的破乳方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于重质原油破乳的离子液体为N-烷基三甲基溴化铵或N-烷基三甲基氯化铵；
[0007] 所述N-烷基三甲基溴化铵的制备方法：
[0008] 在装有回流冷凝器和磁力搅拌器的玻璃烧瓶中，将20摩尔的三乙胺与25毫摩尔烷基溴化物溶解在甲苯100mL中混合，将反应混合物加热至90℃，同时在微波辐照下搅拌60min，在室温下冷却，并真空过滤，粉末用正己烷50 mL洗涤，将产物真空干燥，在80℃中放置24h，得到N-烷基溴化铵；
[0009] 将1 mol的1-甲基咪唑和1 mol N-烷基溴化铵在反应管中混合，用磁力搅拌器搅拌混合物，同时用微波辐射加热，冷却到120℃静置8分钟后，与1 mol 的1-甲基吡啶反应；粗产物在乙醇和80℃的真空干燥状态下两次重结晶后，得到N-烷基三甲基溴化铵；
[0010] 所述N-烷基三甲基氯化铵的制备方法：
[0011] 将10 毫摩尔的三烷基胺和20 毫摩尔氯代甲烷在装满二氯甲烷的反应管中混合，使用微波辐射加热后用磁力搅拌器搅拌混合物，同时冷却到50℃静置30分钟；该混合物在室温下静置，真空干燥状态下过滤，用30毫升己烷洗涤粉末，然后在80℃真空条件下干燥 12小时，得到的固体为N-烷基三甲基氯化铵。
[0012] 一种用于重质原油破乳的离子液体为N-烷基三甲基溴化铵或N-烷基三甲基氯化铵；
[0013] 所述N-烷基三甲基溴化铵的制备方法：
[0014] 在装有回流冷凝器和磁力搅拌器的玻璃烧瓶中，将20摩尔的三乙胺与25毫摩尔烷基溴化物溶解在甲苯100mL中混合，将反应混合物加热至90℃，同时在微波辐照下搅拌60min，在室温下冷却，并真空过滤，粉末用正己烷50 mL洗涤，将产物真空干燥，在80℃中放置24h，得到N-烷基溴化铵；
[0015] 将1 mol的1-甲基吡啶和1 mol N-烷基溴化铵在反应管中混合，用磁力搅拌器搅拌混合物，同时用微波辐射加热，冷却到120℃保持8分钟后，与1 mol 的1-甲基吡啶反应；粗产物在乙醇和80℃的真空干燥状态下两次重结晶后，得到N-烷基三甲基溴化铵；
[0016] 所述N-烷基三甲基氯化铵的制备方法：
[0017] 将10 毫摩尔的三烷基胺和20 毫摩尔氯代甲烷在装满二氯甲烷的反应管中混合，使用微波辐射加热后用磁力搅拌器搅拌混合物，同时冷却到50℃静置30分钟；该混合物在室温下静置，真空干燥状态下过滤，用30毫升己烷洗涤粉末，然后在80℃真空条件下干燥 12小时，得到的固体为N-烷基三甲基氯化铵。
[0018] 上述用于重质原油破乳的离子液体的破乳方法：
[0019] 把装有原油乳状液样品的脱水试瓶，放入有微波加热容器中，加入50-150mg/L所述的用于重质原油破乳的离子液体，所述的用于重质原油破乳的离子液体的加入量与原油乳状液样品体积相同，在450W功率下，辐照50s，脱出油含水率9.4-9.6%，脱出水含油量103-109mg/L。
[0020] 本发明具有以下有益效果：
[0021] 1、本发明提供的离子液体作为破乳剂可以将微波引导到油水界面，通过促进界面粘度的和温度的升高，同时水的介电常数大于油的介电常数，在微波辐照时吸收的微波能量远大于油滴，因此水滴体积膨胀迅速从而导致油水界面膜的破裂，从而提高破乳效果。
[0022] 2、本发明解决了现有的破乳技术功能单一，不能满足重质原油油田开采和运输的实际需求的问题。
具体实施方式
[0023] 下面对本发明作进一步的说明：
[0024] 实施例1：
[0025] 这种用于重质原油破乳的离子液体为N-烷基三甲基溴化铵。
[0026] 所述N-烷基三甲基溴化铵的制备方法：
[0027] 在装有回流冷凝器和磁力搅拌器的玻璃烧瓶中，将20摩尔的三乙胺与25毫摩尔烷基溴化物溶解在甲苯100mL中混合，将反应混合物加热至90℃，同时在微波辐照下搅拌60min，在室温下冷却，并真空过滤，粉末用正己烷50 mL洗涤，将产物真空干燥，在80℃中放置24h，得到N-烷基溴化铵；
[0028] 将1 mol的1-甲基咪唑和1 mol N-烷基溴化铵在反应管中混合，用磁力搅拌器搅拌混合物，同时用微波辐射加热，冷却到120℃保持8分钟后，与1 mol 的1-甲基吡啶反应；粗产物在乙醇和80℃的真空干燥状态下两次重结晶后，得到N-烷基三甲基溴化铵。
[0029] 所述N-烷基三甲基溴化铵破乳方法：
[0030] 把装有原油乳状液样品的脱水试瓶，放入有微波加热容器中，加入50-150mg/L所述的N-烷基三甲基溴化铵离子液体，所述的N-烷基三甲基溴化铵离子液体的加入量与原油乳状液样品体积相同，在450W功率下，辐照50s，脱出油含水率9.4-9.6%，脱出水含油量103-109mg/L。
[0031] 实施例2：
[0032] 这种用于重质原油破乳的离子液体为N-烷基三甲基氯化铵。
[0033] 所述N-烷基三甲基氯化铵的制备方法：
[0034] 将10 毫摩尔的三烷基胺和20 毫摩尔氯代甲烷在装满二氯甲烷的反应管中混合，反应管为常压，使用微波辐射加热后用磁力搅拌器搅拌混合物，同时冷却到50℃静置30分钟；该混合物在室温下静置，真空干燥状态下过滤，用30毫升己烷洗涤粉末，然后在80℃真空条件下干燥 12小时，得到的固体为N-烷基三甲基氯化铵。
[0035] 所述N-烷基三甲基氯化铵破乳方法：
[0036] 把装有原油乳状液样品的脱水试瓶，放入有微波加热容器中，加入50-150mg/L所述的N-烷基三甲基氯化铵离子液体，所述的N-烷基三甲基氯化铵离子液体的加入量与原油乳状液样品体积相同，在450W功率下，辐照50s，脱出油含水率9.4-9.6%，脱出水含油量103-109mg/L。
[0037] 实施例3：
[0038] 这种用于重质原油破乳的离子液体为N-烷基三甲基溴化铵。
[0039] 所述说N-烷基三甲基溴化铵的制备方法：
[0040] 在装有回流冷凝器和磁力搅拌器的玻璃烧瓶中，将20摩尔的三乙胺与25毫摩尔烷基溴化物溶解在甲苯100mL中混合，将反应混合物加热至90℃，同时在微波辐照下搅拌60min，在室温下冷却，并真空过滤，粉末用正己烷50 mL洗涤，将产物真空干燥，在80℃中放置24h，得到N-烷基溴化铵；
[0041] 将1 mol的1-甲基吡啶和1 mol N-烷基溴化铵在反应管中混合，用磁力搅拌器搅拌混合物，同时用微波辐射加热，冷却到120℃保持8分钟后，与1 mol 的1-甲基吡啶反应；粗产物在乙醇和80℃的真空干燥状态下两次重结晶后，得到N-烷基三甲基溴化铵。
[0042] 离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐，具有低熔点、高化学和热稳定性、宽电化学窗口、性质可调等优良性质。
[0043] 为了验证本发明的效果，通过进行多批次对照实验验证影响离子液体浓度对乳状液的作用的因素，并评估了重质稠油乳液在微波加热和室温下两种情况下加入离子液体后的破乳效率。
[0044] 实验仪器：Model.AE300.S-H乳化器（上海昂尼仪器仪表有限公司）；MCR-3型微波化学反应器（巩义市科瑞仪器有限公司）；显微镜（型号N117M，配备5Mp数码相机，北京诺维光学有限公司/中国）；恒温箱；搅拌器。
[0045] 实验材料：实验用油为辽河油田的重质稠油（平均原油密度0.9686 g/cm3，原油粘度2639mPa.s，凝固点-7℃～-13℃，含硫量0.29%，含蜡量5.8%，胶质加沥青质含量32.7%）；大多数油田乳状液矿化度为30000ppm，故实验用水为模拟盐水（含氯化钠3wt%）。
[0046] 一、将油品装入密封容器内，放入60℃恒温箱活化2小时，搅拌1小时。将原油与模拟盐水按照7:3比例混合，在60℃的水浴箱中通过乳化器以3000rpm的速度搅拌45分钟，得到稳定的W/O乳状液。通过使用显微镜进行液滴尺寸分布（DSD）测量，两次测试证明，制备的乳液粒径在6 8微米之间，为粗乳状液。制备的乳状液在室温下静置6个月，未观察到明显的~分层现象，因此乳状液稳定性达到实验要求。
[0047] 二、为确定离子液体浓度对重质稠油破乳效果的影响，配置不同浓度的离子液体进行试验。
[0048] 将已经预处理好的原油乳状液样品移至脱水试瓶中，加至100mL刻度线处。分别把装有原油乳状液样品的脱水试瓶，放入恒温水浴和有微波加热的容器中，使脱水试瓶内乳状液温度升至预定实验温度80℃，在装有乳状液样品的空白对照瓶中插入温度计，来测定实验温度，脱水试瓶中样品的液面需低于恒温水浴的液面。
[0049] 配置浓度分别为50,100和150mg/L的离子液体，向100mL乳状液中加入等量的离子液体充分搅拌一分钟后，重新放入恒温水浴加热的容器中。选择人工振荡法对脱水试瓶进行处理。在规定时间点上记录脱水量，静置沉降结束时需记录脱水量，观察油水界面状况及水相清洁度。
[0050] 不同浓度（50,100,150mg/L）离子液体破乳性能对比实验结果
[0051]
[0052] 通过不同浓度的离子液体的破乳效果对比，结果显示破乳效率随着破乳剂浓度增加而增加。主要原因是在这种浓度下，破乳剂分子完全覆盖水/油界面，将促进乳状液稳定的沥青质等天然乳化剂从界面驱出，导致在分散的水滴周围呈现的保护膜会变薄，然后破裂并聚结。
[0053] 三、为确定微波辐照对破乳效果的影响，分别采用微波辐照和传统加热方式进行对照试验。
[0054] 分别把装有100mL原油乳状液样品的脱水试瓶，放入恒温水浴和有微波加热的容器中，向恒温水浴中装有乳状液样品的空白对照瓶插入温度计，来测定实验温度。恒温水浴内温度升至预定实验温度80℃后，加入20mL浓度为100mg/L的离子液体；微波加热容器中的原有样品，加入等量等浓度离子液体后，在450W功率下，辐照50s。两组样品均采用人工振荡法对脱水试瓶进行处理。在规定时间点上记录脱水量，静置沉降结束时需记录脱水量，观察油水界面状况及水相清洁度。
[0055] 不同离子液体破乳性能对比实验结果
[0056]
[0057] 通过微波加热和传统加热的破乳效果对比，结果显示使用微波加热的破乳效率要比传统加热效率高很多，主要原因为离子液体作为破乳剂可以将微波引导到油水界面，通过促进界面粘度的和温度的升高，同时水的介电常数大于油的介电常数，在微波辐照时吸收的微波能量远大于油滴，因此水滴体积膨胀迅速从而导致油水界面膜的破裂，从而提高破乳效果。
[0058] 使用离子液体可以有效提高重质原油乳状液的破乳效率。使用微波加热结合离子液体破乳的方法可以在较短的时间内获得较高的破乳效率。