BR112019010873B1 - Depuradores de sulfeto solúveis em óleo com baixa corrosão de sal e métodos de fabricação e uso destes depuradores - Google Patents
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-
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Abstract
Depuradores de sulfeto úteis para reduzir a concentração de sulfeto nas correntes de fluido e métodos de uso desses depuradores. Os depuradores compreendem produtos de reação solúveis em óleo de formaldeído/hidroxilaminas N- substituídas e podem ser utilizados para reduzir, por exemplo, o teor de H2S nas correntes de óleo de hidrocarboneto viscoso.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a produtos de reação de hidroxilamina N-substituída/formaldeído solúveis em óleo (em seguida às vezes referidos como AHAF), métodos de sua fabricação e seu uso para reduzir o teor de sulfeto em correntes de fluido (isto é, gasoso ou líquido).
[0002] Sulfeto de hidrogênio ou H2S é um gás tóxico transparente com odor pútrido. Também é altamente inflamável. A Environmental Protection Agency e outras agências reguladoras por todo o mundo controlam estritamente a liberação de H2S no ambiente. O H2S pode estar presente em água de poço, água residual e outros sistemas aquosos. O H2S está frequentemente presente em reservas de óleo bruto e gás natural e deve ser reduzido antes da produção comercial de tais reservas. A concentração de H2S nestas reservas antes do tratamento tipicamente varia com a localização e é geralmente maior no gás natural do que em reservas de óleo bruto. Nas reservas de gás natural, por exemplo, o H2S pode variar de menos do que 100 ppm a 3000 ppm. Os níveis permitidos de H2S também variarão por localização. Os U.S. limitam H2S nas tubulações de gás natural em 4 ppm por 100 pés cúbicos padrão (0,3 g/100 sfc).
[0003] Geralmente, as correntes de hidrocarbonetos são tratadas para reduzir os sulfetos, incluindo sulfetos orgânicos, mercaptanos, tióis, COS e H2S através do uso de produtos químicos que irão reagir com os sulfetos. Estes produtos químicos são chamados depuradores, ou agentes de adelgaçamento.
[0004] Triazina de monoetanolamina (MEA) é um depurador de H2S amplamente utilizado; entretanto, o alto potencial de corrosão de sal de amina é uma grande preocupação para a operação de refinaria. Visto que é um produto à base de água, a triazina de MEA possui limitações de transferência de massa que limitam sua aplicação em correntes altamente viscosas.
[0005] A maioria das reservas de hidrocarboneto é tratada continuamente perto da boca de carga, embora o tratamento de hidrocarbonetos em uma batelada ou aplicação similar em outro lugar não seja incomum. Instalações de tratamento contínuo próximas à boca de carga injetam depuradores de sulfeto diretamente na tubulação de hidrocarboneto. O sistema de injeção tipicamente inclui uma bomba de injeção química e tubos em T ou bocais de atomização para introduzir os depuradores na tubulação. A quantidade de depurador necessária variará dependendo de uma variedade de fatores, incluindo o tipo de depurador utilizado, a quantidade de H2S no poço, limites admissíveis de H2S e a taxa de fluxo do poço. Assim, a quantidade de depurador adicionada para tratar uma tubulação de hidrocarboneto tipicamente varia de aproximadamente 1 ppm a cerca de 100.000 ppm em volume da corrente de hidrocarboneto. Um comprimento da tubulação é concedido levando-se em conta o contato entre o depurador e o sulfeto.
[0006] Em certas modalidades, a invenção refere-se a um método para a redução de sulfetos em uma corrente de fluido compreendendo colocar em contato a corrente de fluido com um produto de reação de hidroxilamina N-substituída/formaldeído tendo a fórmula em que n é um número inteiro de cerca de 0 a 10 e R1 e R2 são cada qual independentemente selecionado de grupos de H, alquila, alquenila ou arila linear, ramificada e cíclica C1-C10; com a condição de que tanto R1 quanto R2 não sejam H. Os sulfetos podem, por exemplo, compreender um ou mais membros selecionados do grupo que consiste em sulfetos orgânicos, mercaptanos, tióis, COS e H2S. As correntes de fluido podem compreender uma corrente de hidrocarboneto ou uma corrente aquosa.
[0007] De cerca de 1 a 100.000 ppm em volume do produto de reação são colocados em contato com a corrente de fluido com base em 1.000.000 partes da corrente de fluido. Em outras modalidades, cerca de 500 a 3.000 ppm do produto de reação são colocados em contato com a corrente de fluido.
[0008] Em outras modalidades exemplares, R1 e R2 da formula acima são ambos alquila C1-C10. Em algumas modalidades, tanto R1 quanto R2 são etila.
[0009] Outras modalidades da invenção são direcionadas com respeito aos métodos para a produção de um produto de reação de hidroxilamina N-substituída/formaldeído compreendendo a reação de uma hidroxilamina N-substituída da fórmula RR'NOH com formaldeído, em que R e R' são cada um independentemente selecionado de grupos de H, alquila, alquenila ou arila linear, ramificada e cíclica C1C10; com a condição de que tanto R quanto R' não sejam H. O método é conduzido em uma temperatura ao redor de acima de 60 °C durante cerca de 0,5 a 2,0 horas. Em algumas modalidades, a reação é conduzida na presença de um solvente orgânico, e em outras modalidades, a reação é conduzida em temperaturas ao redor de 80 a 90 °C.
[0010] Em algumas modalidades, a hidroxilamina N-substituída é selecionada de um ou mais membros selecionados do grupo que consiste em N,N-dimetilidroxilamina, N,N-dietilidroxilamina, N,N- dibenzilidroxilamina, N-etilidroxilamina, N-propilidroxilamina, N- isopropilidroxilamina, N-butilidroxilamina, N-fenilidroxilamina, N-ciclo- hexilidroxilamina, N-terc-butilidroxilamina, N-benzilidroxilamina.
[0011] Em certas modalidades, a relação molar de formaldeído:hidroxilamina N-substituída é de cerca de 0,5 a 5 mol de formaldeído:hidroxilamina N-substituída. Em outras modalidades, a relação molar de formaldeído:hidroxilamina N-substituída é de cerca de 1 a 3 mol de formaldeído:1 mol de hidroxilamina N-substituída. Em algumas modalidades, o formaldeído está na forma de paraformaldeído.
[0012] Em outras modalidades, o produto de reação de hidroxilamina N-substituída/formaldeído (AHAF) possui a estrutura em que n é um número inteiro de 0 a 10; R1 e R2 são cada um independentemente selecionado de grupos de H, alquila, alquenila ou arila linear, ramificada e cíclica C1-C10; com a condição de que tanto R1 quanto R2 não sejam H. Em certas modalidades, o produto de reação é solúvel em óleo. Em algumas modalidades, R1 e R2 são ambos alquila C1-C10 tal como etila.
[0013] Um aspecto da invenção refere-se aos métodos de produção de um produto de reação de hidroxilamina N- substituída/formaldeído (AHAF) em que uma hidroxilamina N- substituída da fórmula RR'NOH é reagida com formaldeído (por exemplo, paraformaldeído) puro ou na presença de um solvente orgânico. A reação pode prosseguir em temperaturas acima de cerca de 60 °C durante cerca de 0,5 a 2,0 horas. Em certas modalidades, a reação pode ser realizada durante cerca de 1 hora em temperaturas ao redor de 80 a 90 °C. Na fórmula de hidroxilamina N-substituída acima, R e R' são independentemente selecionados de grupos de H, alquila, alquenila ou arila linear, ramificada e cíclica C1-C10; com a condição de que tanto R quanto R' não sejam H. Exemplos de R e R' incluem metila, etila, propila, butila, pentila, hexila, octila e decila. Particularmente digno de nota é a dietilidroxilamina (DEHA).
[0014] Em algumas modalidades, a hidroxiamina é selecionada do grupo que consiste em N,N-dimetilidroxilamina, N,N-dietilidroxilamina, N,N-dibenzilidroxilamina, N-etilidroxilamina, N-propilidroxilamina, N- isopropilidroxilamina, N-butilidroxilamina, N-fenilidroxilamina, N-ciclo- hexilidroxilamina, N-terc-butilidroxilamina, N-benzilidroxilamina.
[0015] Naquelas modalidades em que um solvente orgânico é empregado, o solvente de nafta aromático pesado pode ser mencionado como exemplar. O produto de reação de aduto pode permanecer no solvente e pode ser utilizado como tal para reduzir o teor de sulfeto das correntes de fluido de hidrocarboneto, ou o aduto pode ser separado do meio de reação através de técnicas de separação convencionais, e depois utilizado como um depurador de sulfeto. Outros solventes orgânicos que podem ser mencionados incluem pentano, hexano, ciclo-hexano, benzeno, tolueno, clorofórmio, éter dietílico, diclorometano, tetra-hidrofurano (THF), acetato de etila, etc. A relação molar dos reagentes, formaldeído:hidroxilamina N- substituída, pode variar de cerca de 0,5 a 5:1 e uma relação de cerca de 1 a 3:1 também pode ser mencionada como exemplar.
[0016] Os produtos de reação de AHAF possuem a estrutura em que n é um número inteiro de cerca de 0 a 10; R1 e R2 são cada um independentemente selecionado de grupos de H, alquila, alquenila ou arila linear, ramificada e cíclica C1-C10; com a condição de que tanto R1 quanto R2 não sejam H. No caso em que a DEHA é reagida com formaldeído (por exemplo, paraformaldeído), R1 e R2 são ambos etila.
[0017] Em outros aspectos da invenção, um método para a redução de sulfetos das correntes de fluido é divulgado em que os produtos de reação de AHAF são colocados em contato com tais correntes de fluido que contêm um ou mais sulfetos orgânicos, mercaptanos, tióis, COS e H2S. As correntes de fluido podem incluir meios líquidos e gasosos, e estas correntes podem ser correntes de hidrocarboneto ou correntes aquosas. Os produtos de reação podem ser empregados em quantidades de cerca de 1 a 100.000 ppm em volume da corrente de fluido. Outras faixas de dosagem exemplares que podem ser mencionadas incluem 500 a 3.000 ppm, especialmente ao redor de 1.000 ppm.
[0018] Os produtos de reação de AHAF possuem vantagens pelo fato de que apresentam um baixo risco com relação à corrosão de sal de amina de metalurgias em contato com as correntes de fluido e possuem um ponto de fulgor mais elevado em comparação com aminas tais como dipropilamina e dibutilamina; diminuindo assim a segurança e as preocupações de manipulação. Os adutos possuem um PPI baixo (índice de precipitação do sal) reduzindo assim o risco de corrosão do sal. Os adutos são solúveis em óleo e podem, portanto, ser utilizados em correntes de hidrocarboneto pesadas e viscosas.
[0019] Em outras modalidades exemplares, a corrente de fluido tratada pode compreender uma corrente de fluido de hidrocarboneto ou uma corrente de fluido aquosa. Estas correntes de fluido podem, por exemplo, compreender misturas de gás/líquido dos processos de campo petrolífero, tubulações, tanques, petroleiros, refinarias e instalações químicas. Adicionalmente, a corrente de fluido pode compreender água metropolitana de descarga de fazenda, etc. Outras correntes de fluido adicionais incluem água, água residual e água de processo contendo H2S.
[0020] A invenção será ainda descrita em conexão com os seguintes exemplos ilustrados que não devem ser interpretados como limitativos da invenção.
[0021] Formaldeído: aduto de DEHA (relação molar 2:1), puro.
[0022] 45 g de paraformaldeído sólido foram colocados no frasco. DEHA anidra (65 g) foi adicionada. A mistura foi agitada e aquecida para 90°C durante 1 hora, até que o paraformaldeído se dissolveu completamente. Esfriada para a temperatura ambiente, coletou-se 110 g de aduto (100%).
[0023] Formaldeído: aduto de DEHA (razão molar 2:1), em solvente.
[0024] 65 g de paraformaldeído sólido foram colocados no frasco. DEHA anidra (89 g) e 51 g de solvente Aromatic A-150 foram adicionados. A mistura foi agitada e aquecida para 90 °C durante 1 hora, até que o paraformaldeído se dissolveu completamente. Aromatic A-150 é uma nafta solvente aromática pesada. Esfriada para a temperatura ambiente, coletou-se 205 g de aduto (100%).
[0025] Formaldeído: aduto de DEHA (relação molar 1:1), puro.
[0026] 23 g de paraformaldeído sólido foram colocados no frasco. DEHA anidra (65 g) foi adicionada. A mistura foi agitada e aquecida para 90 °C durante 1 hora, até que o paraformaldeído se dissolveu completamente. Esfriada para a temperatura ambiente, coletou-se 88 g de aduto (100%).
[0027] Formaldeído: aduto de DEHA (razão molar 1:1), em solvente.
[0028] Uma quantidade de 33 g de paraformaldeído sólido foi colocada no frasco. DEHA anidra (89 g) e 51 g de solvente Aromatic A-150 foram adicionados. A mistura foi agitada e aquecida para 90 °C durante 1 hora, até que o paraformaldeído se dissolveu completamente. Esfriada para a temperatura ambiente, coletou-se 173 g de aduto (100%).
[0029] A fim de demonstrar a eficácia dos adutos de hidroxilamina N-substituída - formaldeído na redução de H2S em meios de hidrocarbonetos, 150 ml de combustível de bancas em 500 ml foram misturados com ou sem produto químico candidato de depurador de sulfeto e aquecidos a 75 °C. A concentração de vapor de H2S no topo livre foi medida utilizando um tubo colorido/arrasto após 2 horas. A seguinte tabela mostra os dados resultantes. Tabela DMAPA = dimetilaminopropil amina
[0030] Embora as modalidades ilustrativas da invenção tenham sido descritas, deve ficar entendido que a presente invenção não é assim limitada, e modificações podem ser feitas sem se afastar da presente invenção. O escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas vistas sob uma violação literal ou análise da doutrina de equivalentes.
Claims (10)
1. Método para a redução de sulfetos em um fluido, caracterizado pelo fato de que compreende colocar em contato o dito fluido com um produto de reação de uma hidroxilamina N-substituída e formaldeído (AHAF), em que dito produto de reação (AHAF) possui a fórmula: em que n é de 0 a 10 e R1 e R2 são cada um independentemente selecionado de grupos de H, C1-C10 alquila linear, ramificada e cíclica, ou arila; com a condição de que tanto R1 quanto R2 sejam diferentes de H.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dita hidroxilamina N-substituída compreende um ou mais membros selecionados do grupo que consiste em N,N- dimetilhidroxilamina, N,N-dietilhidroxilamina, N,N-dibenzilhidroxilamina, N-etilhidroxilamina, N-propilhidroxilamina, N-isopropilhidroxilamina, N- butilhidroxilamina, N-fenihlidroxilamina, N-ciclo-hexilhidroxilamina, N- terc-butilhidroxilamina, N-benzilhidroxilamina.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que dito fluido é (i) um hidrocarboneto, (ii) gás natural, (iii) água ou (iv) uma mistura de múltiplas fases de hidrocarboneto, água e gás.
4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que dito hidrocarboneto é um óleo de hidrocarboneto selecionado do grupo que consiste em óleo bruto, nafta, óleo de gás, combustível marítimo (bunker fuel), diesel marinho, asfalto e betume.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 1 a 100.000 ppm em volume do dito produto de reação são colocados em contato com dito fluido com base em um milhão de partes do dito fluido.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que R1 e R2 são ambos (i) C1-C10 alquila ou (ii) etila.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, o dito produto de reação de dialquilidroxilamina/formaldeído, caracterizado por reagir uma hidroxilamina da fórmula RR'NOH com formaldeído, em que R e R' são cada um independentemente selecionado de H, C1-C10 alquila linear, ramificada e cíclica ou arila; com a condição de que tanto R1 quanto R2 sejam diferentes de H; dito método sendo conduzido a uma temperatura de 60°C durante 0,5 a 2,0 horas.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que R e R' são ambos (i) C1-C10 alquila ou (ii) etila.
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a razão molar de formaldeído/hidroxilamina N- substituída é de 0,5 a 5 mol de formaldeído a 1 mol de hidroxilamina N- substituída.
10. Produto da reação de hidroxilamina N- substituída/formaldeído, caracterizado pelo fato de que possui a estrutura em que n é um número inteiro de 0 a 10; R1 e R2 são cada um independentemente selecionado de grupos de H, C1-C10 alquila linear, ramificada ou arila; com a condição de que tanto R1 quanto R2 sejam diferentes de H.
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