BRPI1009008B1

BRPI1009008B1 - Composição biocida e método para controlar micro-organismos em um sistema aquoso ou contendo água

Info

Publication number: BRPI1009008B1
Application number: BRPI1009008-8A
Authority: BR
Inventors: Bei Yin
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2019-04-30
Also published as: AU2010258901B2; JP2012529524A; CN102802411B; BRPI1009008A2; EP2440047B1; US20100317744A1; JP5756098B2; WO2010144511A1; RU2533924C2; US8993638B2; RU2011153688A; AU2010258901A1; CN102802411A; PL2440047T3; EP2440047A1; AR077059A1

Abstract

composição biocida e método para controlar micro-organismos em um sistema aquoso ou contendo água provêm-se composições biocidas compreendendo: tris(hidroximetil)nitrometano; e um composto de nitroalcanol bromado da fórmula i na qual r1, r2, e r3 estão aqui definidos. as composições são úteis para controlar micro-organismos em sistemas aquosos ou contendo água.

Description

COMPOSIÇÃO BIOCIDA E MÉTODO PARA CONTROLAR MICRO-ORGANISMOS EM UM SISTEMA AQUOSO OU CONTENDO ÁGUA

Campo da invenção [001] A invenção refere-se a composições biocidas e métodos para usá-las no controle de micro-organismos em sistemas aquosos e contendo água. As composições compreendem tris(hidroximetil)nitrometano e um composto de nitroalcanol bromado.

Histórico da invenção [002] A proteção de sistemas contendo água contra contaminação microbiana é crítica para o sucesso de muitos processos industriais, especialmente em operações de produção de petróleo e gás natural. Em operações de petróleo e gás, a contaminação por micro-organismos tanto por bactérias aeróbicas como por bactérias anaeróbicas podem causar sérios problemas tais como envelhecimento de reservatório (causado principalmente por bactérias redutoras de sulfato (SRB)), corrosão por influência microbiológica (MIC) nas superfícies metálicas de equipamento e oleodutos, e degradação de aditivos de polímeros.

[003] A contaminação microbiana pode ocorrer em qualquer lugar do começo ao fim de operações de petróleo e gás incluindo injeção de água, água produzida, fundo de poço, áreas próximas de perfuração de poço, torres de desaeração, oleodutos de transmissão, água de fonte para inundação e fratura hidráulica tais como água de reservatório e água de tanque de retenção, tanques de armazenamento de petróleo e gás, e fluidos a base de água funcional tais como lama de perfuração de poço, fluidos finais ou de término de operação, fluidos de testes hidráulicos, fluidos de estimulação,

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2/12 fluidos de perfuração, e fluidos de fratura.

[004] Os biocidas sao comumente usados para desinfetar e controlar o crescimento de micro-organismos em sistemas aquosos incluindo aqueles encontrados em operações de petróleo e gás. Entretanto, nem todos os biocidas são eficazes contra uma ampla faixa de micro-organismos e/ou de temperaturas, e alguns são incompatíveis com outros aditivos de tratamento quimico. Além disso, alguns biocidas não provêm controle microbiano por períodos de tempo suficientemente longos. Em aplicações de petróleo e gás, a presença de H₂S e temperatura elevada representam desafios significativos e únicos para tratamentos com biocidas.

Seria um avanço significativo na técnica prover biocidas termicamente estáveis, de açao rápida e de longa duraçao para aplicações de petróleo e gás, incluindo tratamento de fundo de poço perfurado, onde o controle de SRB anaeróbica é freqüentemente critico.

Breve sumário da invenção [006] Num aspecto, a invenção provê composiçoes biocidas.

As composições são úteis para controlar crescimento microbiano em sistemas aquosos ou contendo água, e são particularmente apropriadas para aplicações na indústria de petróleo e gás natural. As composições da invenção compreendem tris(hidroximetil)nitrometano; e um composto de nitroalcanol bromado da fórmula I:

R³ Br _d I I

R¹—C—C—NO₂

I I

OH R² (I) na qual R¹, R², e R³ são tais como aqui definidos.

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3/12 [007] Num segundo aspecto, a invenção provê um método para controlar micro-organismos em sistemas aquosos ou contendo água. O método compreende tratar o sistema com uma quantidade eficaz de uma composição biocida tal como aqui descrita.

Descrição detalhada da invenção [008] Como notado acima, a invenção provê composições biocidas e métodos para usá-las no controle de microorganismos.

As composições compreendem tris(hidroximetil) nitrometano e um composto de nitroalcanol bromado.

Surpreendentemente, descobriu-se que combinações de tris(hidroximetil)nitrometano e um composto de nitroalcanol bromado tal como aqui descritos são sinérgicos quando usados para controlar micro-organismos em meios aquosos ou contendo água. Isto é, os materiais combinados resultam em propriedades biocidas melhoradas que diferentemente seriam esperadas com base em seu desempenho individual na particular concentração de uso. A sinergia observada permite que se usem quantidades reduzidas dos materiais para atingir propriedades biocidas aceitáveis.

[009] Além de exibir sinergia, as composições da invenção são particularmente eficazes para controlar micro-organismos anaeróbicos. Além disso, as composições são funcionais tanto em baixa como em elevada temperatura, e elas podem também manter sua eficácia em sistemas contendo agentes redutores, tais como aqueles que contêm sulfetos. Como resultado destes atributos, as composições são bem apropriadas para uso na indústria de petróleo e gás natural onde se necessita agentes biocidas capazes de controlar micro-organismos, incluindo micro-organismos anaeróbicos, em faixas de temperaturas

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4/12 variáveis, e que continuem sendo eficazes quando agentes redutores, tais como sulfetos, estiverem presentes.

[010] Para os propósitos deste relatório, o significado de micro-organismo inclui, mas não se limita a bactérias, fungos, algas, e virus. Os termos controle e controlar incluem dentro dos limites de seu significado, e sem se limitar a ele, inibir o crescimento ou propagação de microorganismos, matar micro-organismos, desinfecção, e/ou preservação contra o re-crescimento de micro-organismos.

[011]	A	composição da	invenção	compreende:
tris(hidroximetii)nitrometano; e um	composto de	nitroalcanol
bromado	da	fórmula I:
		R³ Br
		\| \| R¹—C—C—NO, I I
		I I OH R²
		(I)
na qual	R¹	é hidrogênio, alquila de	C1-C12, ou	fenil-alquila
de Cx-C	12;	R³ é hidrogênio, ou R¹	e R³, juntamente com o

carbono ao qual estão ligados formam um anel de cicloalquila de C5-C7; e R² é hidrogênio, metila, etila, hidroximetila, ou bromo.

[012] Os nitroalcanóis bromados preferidos de acordo com a fórmula I incluem compostos nos quais R¹ é hidrogênio ou alquila de C₂-Cn. Preferem-se ainda compostos nos quais R¹ é metila, etila, n-propila, n-butila, ou n-hexila. Preferem-se também compostos nos quais R¹ e R³ juntamente com o carbono ao qual estão ligados formem um anel ciclo-hexila.

[013] Os nitroalcanóis bromados preferidos de acordo com a fórmula I incluem ainda compostos nos quais R³ é hidrogênio.

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5/12 [014] Adicionalmente, nitroalcanóis bromados preferidos de acordo com a fórmula I incluem compostos nos quais R é hidroximetila.

[015] Compostos preferidos de acordo com a fórmula I incluem: 1-bromo-1-nitrobutan-2-ol; 2-bromo-2-nitro-1,3propanodiol; 1-bromo-1-nitropentan-2-ol; 2-bromo-2nitrobutano-1,3-diol; 1-bromo-1-nitropropan-2-ol; 1,1dibromo-3-metil-1-nitrobutan-2-ol; 1-bromo-1-nitro-heptan-2ol; 1-bromo-1-nitro-octan-2-ol; 3-bromo-3-nitrobutan-2-ol; 1 (bromonitrometil)ciclo-hexanol; 1,1-dibromo-1-nitropropan-2ol; 1-bromo-1-nitrotridecan-2-ol; 2-bromo-2-nitroetanol; 1bromo-1-nitro-hexan-2-ol; 2-bromo-2-nitropentan-3-ol; 2bromo-2-nitrobutan-1-ol; 1,1-dibromo-1-nitrobutan-2-ol; ou misturas de dois ou mais dos mesmos. Prefere-se, particularmente, 2-bromo-2-nitro-1,3-propanodiol.

[016] Os nitroalcanóis bromados de fórmula I são obteníveis comercialmente e/ou podem ser preparados rapidamente por aqueles especializados na técnica usando técnicas bem conhecidas (vide, por exemplo, a patente U.S. n^s3.558.788, que aqui se incorpora por referência). O composto tris(hidroximetil)nitrometano é obtenível comercialmente.

[017] Nas composições da invenção, a razão ponderal de tris(hidroximetil)nitrometano para composto de nitroalcanol bromado está, preferivelmente, entre 50:1 e 1:50, mais preferivelmente entre 10:1 e 1:15, e mais preferivelmente entre 5:1 e 1:7. Numa incorporação adicional, a razão ponderal está entre 4:1 e 1:4. Noutra incorporação adicional, a razão ponderal está entre 2,8:1 e 1:1.

[018] As composições da invenção são úteis para controlar micro-organismos em sistemas aquosos ou contendo água, tais

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6/12 como aqueles presentes em aplicações de petróleo e gás natural. Exemplos de tais sistemas incluem, mas não se limitam a, água de injeção, água produzida, água de fonte para inundação e fratura hidráulica tais como água de reservatório e água de tanque de retenção, tanques de armazenamento de petróleo e gás, e fluidos a base de água funcional tais como lama de perfuração de poço, fluidos finais ou de término de operação, fluidos de testes hidráulicos, fluidos de estimulação, fluidos de perfuração, e fluidos de fratura, poços de petróleo e gás, sistemas de separação, armazenamento e transporte, gaseodutos e oleodutos, recipientes de petróleo e gás, ou de combustível.

[019] As composições inventivas podem ser usadas também para controlar micro-organismos em outros sistemas industriais e contendo água tais como torres de resfriamento, trocadores de calor, sistemas de caldeiras, fabricação de polpa e papel, outras águas de processos industriais, água de lastro, sistemas de tratamento de águas residuais, processamento de água de osmose reversa, fluidos de usinagem de metais, fabricação de couro, tintas e revestimentos, emulsões aquosas, látexes, adesivos, tintas de impressão, dispersões de pigmentos, produtos domésticos e de cuidado pessoal, pastas semifluidas (lamas) minerais, calafates e adesivos, compostos para colar fitas, desinfetantes, produtos de limpeza, fluidos têxteis, ou um sistema usado com os mesmos.

[020] As composições da invenção são funcionais por toda uma ampla faixa de temperaturas. Portanto, em algumas incorporações, usam-se as composições em sistemas aquosos ou contendo água numa temperatura maior ou igual a 40°C. Em

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7/12 incorporações adicionais, a temperatura do sistema aquoso ou contendo água é maior ou igual a 60°C, ou é maior ou igual a 80°C.

[021] As composições também são eficazes quando um agente redutor tal como uma fonte de íons sulfeto estiver presente no sistema aquoso ou contendo água.

[022] Adicionalmente, as composições são eficazes quando um agente redutor tal como uma fonte de íons sulfeto estiver presente no sistema aquoso ou contendo água e a temperatura do sistema aquoso ou contendo água for elevada. Preferivelmente, a temperatura do sistema aquoso ou contendo água é maior ou igual a 40°C, ou maior ou igual a 60°C, ou maior ou igual a 80°C.

[023] Em algumas incorporações, o micro-organismo a ser controlado com as composições da invenção é anaeróbico, tal como SRB, e o sistema aquoso ontem um agente redutor, tal como sulfeto. Nesta incorporação, a razão ponderal de tris(hidroximetil)nitrometano para composto de nitroalcanol bromado está, preferivelmente, entre 4:1 e 1:4.

[024] Uma pessoa, com conhecimento usual na técnica pode determinar rapidamente, sem concentração da composição que aplicação particular. Como apropriada de ativos tris(hidroximetil)nitrometano nitroalcanol bromado) está, experimentação indevida, a deverá ser usada em qualquer exemplo, uma concentração (total tanto para como para composto de tipicamente, entre 1 e 2500 ppm, preferivelmente entre 5 e 1000 ppm, com base no peso total do sistema aquoso ou contendo água incluindo os biocidas. Em algumas incorporações para aplicações de petróleo e gás natural, prefere-se que a concentração de ativos da

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composição varie	de	cerca de	10	a cerca de 300	ppm	em	peso,
preferivelmente	de	cerca de 3	0 a	100	ppm, para	tratamento de
lado superior,	e	de cerca	de	30	a cerca	de	500	ppm,
preferivelmente	de	cerca de	50	a	cerca de	250	ppm	para
tratamento de fundo	de poço.

[025] Os componentes das composições inventivas podem ser adicionados ao sistema aquoso ou contendo água separadamente, ou pré-misturados antes da adição. Uma pessoa, com conhecimento usual da técnica, pode determinar, facilmente, o método apropriado de adição. A composição pode ser usada no sistema com outros aditivos tais como, mas não limitados a, tensoativos, polímeros iônicos/não-iônicos e em flocos, inibidores de corrosão, expurgadores de oxigênio e/ou biocidas adicionais.

[026] Quando aqui usado, o termo “alquila significa um hidrocarboneto de cadeia normal ou ramificada contendo o número indicado de átomos de carbono. Exemplos representativos de grupos alquila incluem, mas não se limitam a, metila, etila, n-propila, isopropila, n-butila, secbutila, isobutila, terciobutila, n-pentila, isopentila, neopentila, n-hexila, n-octila, e n-decila.

[027] Quando aqui empregado, o termo “cicloalquila inclui grupos de hidrocarbonetos cíclicos saturados e parcialmente insaturados tendo de 5 a 7 átomos de carbono. O grupo ciclo-hexila é um grupo cicloalquila preferido.

[028] Os exemplos seguintes ilustram a invenção se a intenção de limitar sua abrangência. Salvo se indicado diferentemente, razões, porcentagens, partes, e similares, quando aqui usados estão em peso.

Exemplos

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9/12 [029] Calculam-se os índices de sinergia informados nos exemplos seguintes usando a seguinte equação:

Índice de sinergia= Ca/CA + Cb/CB onde Ca: concentração de biocida A requerida para atingir um de determinado nível de morte ou matar completamente bactérias quando usado em combinação; CA: concentração de biocida A requerida para atingir um de determinado nível de morte ou matar completamente bactérias quando usado sozinho; Cb: concentração de biocida B requerida para atingir um de determinado nível de morte ou matar completamente bactérias quando usado em combinação; CB: concentração de biocida B requerida para atingir um de determinado nível de morte ou matar completamente bactérias quando usado sozinho.

[030] Um índice de sinergia (SI) de 1 indica aditividade; um índice de sinergia menor que 1 indica sinergia, e um índice de sinergia maior que 1 indica antagonismo.

[031] Os especialistas na técnica podem utilizar vários métodos para avaliar eficácia de biocida. Nos exemplos abaixo, removem-se alíquotas das amostras tratadas com biocida em instantes pré-determinados e se determina a concentração de biocida requerida para atingir um de determinado nível de morte ou matar completamente bactérias por métodos a base de cultura incluindo diluição serial. Em alguns exemplos, o método baseia-se ou é adaptado (por exemplo, para teste em alta temperatura ou para a presença de sulfeto) da metodologia descrita na publicação de patente

internacional WO	2009/039004,	que aqui	se	incorpora	por
referência. [032] Exemplo	1 - Efeito	sinérgico	de	composição	de

tris(hidroximetil) nitrometano/2-bromo-2-nitro-1,3Petição 870180059579, de 10/07/2018, pág. 21/27

10/12 propanodiol contra bactérias redutoras de sulfato (SRB) [033] Dentro de uma câmara anaeróbica (BACTRON IV) contamina-se uma solução salina estéril desaerada (3,1183 g de NaCl, 1,3082 mg de NaHCO₃, 47,70 mg de KCl, 72, 00 mg de CaCl₂, 54,49 mg de MgSO₄, 172,28 mg de Na₂SO₄, 43, 92 mg de Na₂CO₃ em 1 L de água) com uma associação de SRB anaeróbicas isoladas de campo petrolífero em concentrações bacterianas finais de 10⁶ a 10⁷ CFU/mL. Depois, as alíquotas desta água contaminada são tratadas com 2-bromo-2-nitro-1,3-propanodiol (BNPD), com tris(hidroximetil)nitrometano (TA), ou com a combinação de TA/BNPD da invenção. Após incubar as misturas a 40°C por 24 horas, determina-se a eficácia de biocida por concentração mínima de biocida testado para matar bactérias nas alíquotas (MBC). A Tabela 1 resume a eficácia dos biocidas, sozinhos e em combinação, e o Índice de Sinergia (SI) em várias concentrações.

Tabela 1: Eficácia de biocida e Índice de Sinergia (SI)

Razão de BNPD para TA (ativos w/w)	MBC (ppm de ativos)	Índice de Sinergia (SI)
	BNPD	TA
1:0*	3,5	0,0
7 : 1	3,5	0,5	1,00
2,9:1	3,5	1,2	1,02
1: 1	<2,7	<2,7	<0,83
1:2,8	<2,7	<7, 6	<0, 97
1: 8	<2,7	<21, 6	<1,35
0 :1*	0,0	36,5

*Exemplo Comparativo [034] Exemplo 2 - Efeito sinérgico de composição de tris(hidroximetil) nitrometano/2-bromo-2-nitro-1,3propanodiol contra SRB para condições de alta temperatura e rico em sulfeto [035] Dentro de uma câmara anaeróbica (BACTRON IV)

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11/12 preparam-se soluções de biocidas numa solução salina estéril desaerada (3,1183 g de NaCl, 1,3082 mg de NaHCO₃, 47,70 mg de KCl, 72, 00 mg de CaCl₂, 54,49 mg de MgSO₄, 172,28 mg de Na2SO4, 43,92 mg de Na2CO3 em 1 L de água) e depois desafiadas com 10⁴ a 10⁵ CFU/mL de uma associação de SRB de campo petrolífero e 10 ppm de íons sulfeto. Depois, as misturas são incubadas a 80°C em condição anaeróbica por 7 dias. Durante a incubação, as soluções são desafiadas diariamente com 10⁴ a 10⁵ CFU/mL de uma associação de SRB de campo petrolífero e 10 ppm de íons sulfeto. Após incubação por 2 horas, avalia-se a eficácia de biocida contra a associação de SRB de campo de petróleo a 40°C por 2 horas. Após incubação por 7 dias, avalia-se a eficácia de biocida novamente por 24 horas. Determina-se a eficácia de biocida pela concentração mínima de dosagem de biocida de teste requerida para atingir uma redução bacteriana maior ou igual a 3 log 10, tanto de exposição de SRB-sulfeto e calor por 2 horas como por 7 dias. Depois, calcula-se o Índice de Sinergia. A Tabela 2 resume a eficácia dos biocidas, sozinhos e em combinação, e o Índice de Sinergia (SI) em várias concentrações.

Tabela 2: Eficácia de biocida e Índice de Sinergia (SI)

Razão de BNPD para TA (ativos w/w)	Dosagem requerida para redução bacteriana de 3log10 tanto para exposição de SRB-sulfeto e calor de 2 h como de 7 dias (ppm de ativos)	Índice de Sinergia (SI)
BNPD	TA
1 :0*	180,0	0,0
4 : 1	90,0	22,5	0, 6
2 : 1	90,0	45, 0	0, 6
1 : 1	45, 0	45, 0	0,4
1:2	45, 0	90,0	0,5
1 : 4	45, 0	180,0	0,8
0 :1*	0,0	360,0

*Exemplo Comparativo

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12/12 [036] Embora a invenção tenha sido acima descrita de acordo com suas incorporações preferidas, ela pode ser modificada dentro do espírito e da abrangência desta divulgação. Portanto, este pedido de patente tem a intenção de cobrir quaisquer variações, usos, ou adaptações da presente invenção usando os princípios gerais aqui divulgados. Além disso, este pedido de patente tem a intenção de cobrir tais afastamentos da presente divulgação como estando dentro da prática conhecida ou habitual na técnica à qual esta invenção pertence e que caem dentro dos limites das reivindicações seguintes.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição biocida, caracterizada pelo fato de compreender: tris(hidroximetil)nitrometano; e 2-bromo-2-nitro-1,3-propanodiol;

sendo que a razão ponderal de tris(hidroximetil)nitrometano para 2-bromo-2-nitro-1,3-propanodiol está entre 4:1 e 1:4.
2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender ainda um ou mais aditivos selecionados de tensoativos, polímeros iônicos/não-iônicos, inibidores de corrosão e em flocos, expurgadores de oxigênio e biocidas adicionais.
3. Método para controlar micro-organismos em um sistema aquoso ou contendo água, caracterizado pelo fato de compreender tratar o sistema com uma quantidade eficaz de uma composição conforme definida por qualquer uma das reivindicações de 1 a 2.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o sistema aquoso ou contendo água ser usado ou estar presente em produção de petróleo ou gás.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a produção petróleo ou gás compreender água produzida e de injeção, água de fonte para inundação e fratura hidráulica, água de reservatório, água de tanque de retenção, fluidos funcionais, lamas de perfuração de poço, fluidos finais ou de término de operação, fluidos de testes hidráulicos, fluidos de estimulação, fluidos de perfuração, fluidos de fratura, poços de petróleo e gás, sistemas de separação, armazenamento e transporte, gaseodutos e oleodutos, recipientes de petróleo e gás, ou de combustível.
6. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado

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2/2 pelo fato de o sistema aquoso ou contendo água ser torres de resfriamento, trocadores de calor, sistemas de caldeiras, fabricação de polpa e papel, outras águas de processos industriais, água de lastro, sistemas de tratamento de águas residuais, processamento de água de osmose reversa, fluidos de usinagem de metais, fabricação de couro, tintas e revestimentos, emulsões aquosas, látexes, adesivos, tintas de impressão, dispersões de pigmentos, produtos domésticos e de cuidado pessoal, pastas semifluidas (lamas) minerais, calafates e adesivos, compostos para colar fitas, desinfetantes, produtos de limpeza, fluidos têxteis, ou um sistema usado com os mesmos.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 5, caracterizado pelo fato de os micro-organismos serem bactérias anaeróbicas.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 6, caracterizado pelo fato de o sistema aquoso ou contendo água estar numa temperatura maior ou igual a 40°C.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 3 a 7, caracterizado pelo fato de o sistema aquoso ou contendo água conter um agente redutor.