CN101646751B - 改变石油粘度的方法 - Google Patents

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Abstract

本文中所述本发明的目的在于揭露一种使用混合物来改变轻石油与重石油两者粘度的新颖方法，所述方法是通过降低或增加所述粘度来进行。源自本发明的方法适用于周围温度和大气压下。本发明的活性组分是多巴胺(dopamine)，一种与其它物质组合时使得石油的流动性质能够改变、混合物和溶液的电荷性质能够增加且不溶性化合物能够溶解于水或水溶液中的化合物。本发明的一些混合物已应用于改变质子迁移，由此可在这些混合物中检测到显著增加，尤其由存在为实现这一目的所选的金属所引起的增加。产生本发明的实验证明，从香蕉植物的任何部分所获得的汁液是所发现作用-尤其对电性质和对溶解金属与金属化合物的作用的原因所在，所述汁液经化学分析包括多巴胺和例如醌(quinona)、胡萝卜素和萜类等其它化合物。

Description

改变石油粘度的方法
技术领域
本发明是关于由多巴胺(dopamine)和从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液形成的混合物。本发明已打算并且已发展为达到许多目的，例如通过改变原油的物理和化学性质来改变其粘度，以及产生能量，和溶解金属与其化合物。
从压榨香蕉植物的任何部分所获得的、含有多巴胺的汁液具有类似超酸(super acid)的行为。在实验工作过程中确定的这一行为是本发明的主要特征，因为它是允许通过活性金属或其氢化物的作用来氢化或化学还原基质(substrate)和通过尚未完全阐明且正在研究中的机制来氧化有机化合物的基础。
背景技术
世界原油储量的大部分由重油组成，且遍布全球，处在地表位置，呈沥青砂的形式，以及处在较深位置。
将原油分为“重”油或“轻”油是通过其密度的测量值和通过将这一值插入称为API度的参数中来给出的。
这一参数允许将介于5与16API度之间的油归类为重油且具有粘性；并将介于30与50API度之间的原油归类为“轻”油。
表述“改良原油”应认为是指从重油原料获得轻油的工艺。术语“改良油”在美国专利6852215中引用为使高API油转化为较低API油的工艺，而不改变任何其它特征或其范围。
厄瓜多尔(Ecuadorian)原油是低API油，位于0纬度以南，例如旁伽拉雅库(Pungarayacu)地区所发现的油(5°API)；或具有约42°API的高API轻油，位于该国北部。
所引用的美国专利中描述了数种改良油的技术，例如乳化，和在石油工业中所用的不同温度和压力下用蒸汽加热原油。所引用的专利中论述了不同工艺的局限性，例如加工成本和原油降解，以及难以在分馏前使原油从用于处理的化合物中分离。
低温和高温的影响对于改良工艺至关重要，因为高温会增强例如裂解和焦化等不当反应。另外，高温会引起某些有价值组分分解。为此，有必要淬灭(quench)任何不当反应，以保留所改良油的初始组成。基于这些不利影响，需要在尽可能低的温度下或在周围温度下进行改良工艺，如所述专利中所建议，控制所发生反应的选择性和产率。
在原油回收的情形下，美国专利第47722395号涵盖了一种在高温和低温下(在250°F到600°F的总范围内)氧化原油的技术。上述专利给出关于低温下低迁移的解释，这是归因于粘度的增加。另一方面，在这篇文章所呈现的发明中，在周围温度下氧化原油。
美国专利第5021607号论述通过含有氧化钛、氧化硅、碱性氧化物、含氮和水的有机碱的混合物来氧化饱和烃，由此优选氧化剂为过氧化氢，尽管温度比周围高很多。在这篇文章所报道的发明中，氧化混合物、催化剂和所开发的工艺允许在周围温度和压力下操作。
当使用直链或芳香族溶剂溶解石蜡烃和环烷烃原油时，工艺的效率由原油特征来确定。另一方面，当所溶解的原油富含芳香族化学物质时，适用溶剂的使用受到限制，这归因于其致癌性、高挥发性和低燃点。另一方面，这篇文章中所报道的发明，使用不会造成任何上述问题的生物可降解流体作为溶剂。
美国专利第5547563号提出一种在低压和低温下利用声振动、萜类(柠檬烯(limonene))、脂肪酸和松油来改良原油的方法。所述专利称，当应用上述技术时，在蒸馏后可观察到轻馏分的突然增加，这归因于未知原因，不过，可能是由于对结合脂肪族长链的分子键的攻击。声称这种攻击还使得脂肪族化合物与环状和芳环分离，由此在两种情况下都产生短链。
在此处所报道的发明中，蒸馏组分之一也是有机物。
经加工而达到氢化和氧化时的烃所经受的转化已在参考书目中论述为归因于酸催化。
在这种情形下，美国专利6359179指出石蜡烃在固体催化剂存在下羰基化并形成中间物碳正离子(carbocationic)化合物是归因于所谓‘超酸’的作用；以及当由此处理经氧化的饱和烃时，反应继续进行。在这种情况下，美国专利6359179声称固体可容易地从反应混合物中分离，并且在一定程度上可重复利用预定时间；以及当使用液体催化剂时，不可能如此。
发明内容
在此处所呈现的发明中，无需分离流体混合物，并且在必需将其除去的情况下，这可通过使用少量能量来完成。
具体实施方式
以下是多巴胺的化学式。
(C6H3(OH)2-CH2-CH2-NH2)
其化学名称是4-(2-氨基乙基)苯-1，2-二醇。多巴胺是儿茶酚胺(catecholamine)家族的成员，其通常以如下方式表示。
Figure G2007800522584D00031
数个研究中心已报道香蕉皮中的多巴胺含量介于80mg与560mg之间。还已知多巴胺在氧化反应中起重要作用；并且在一些情况下，它可充当氧化剂，而在其它情况下它可充当抗氧化剂。还已知这种行为取决于某些环状碳化合物、某些离子或某些极性化合物的存在。
芭蕉科(Musaceae)香蕉植物的各种部分的汁液是组成复杂的流体，主要由水、磷酸盐、钾、奎宁(quinine)、木质素和树胶以及多巴胺组成。视获得汁液的技术而定，所述流体可从植物茎或从假茎、以植物原重约50％的水性液体形式获得，上述百分数取决于所加工植物的特定部分。这种液体含有不同比例的K、N、Mn、Ca、Mg、Zn和Cu。
在分离所有纤维素残余物后，液体颜色依赖于香蕉植物的品种。过滤后，液体起初是均质的，但贮藏约15天后，它变成淡棕色蜡状透明液体，基本上含有水、树胶和盐。
当在例如镁和钙等二价离子存在下，在介于4与4.5之间的pH值下，使2立方厘米的40g/l多巴胺盐酸盐水溶液与500立方厘米16°API的厄瓜多尔原油接触时，观察到原油的易流动性显著增强，这可归因于氧化作用，尚未充分阐明。
关于氧化作用的说明，已知有机化学物质的氧化还原反应一般涉及在金属离子存在下自由基形成和电子转移。另外，已观察到碳正离子在氯化钒(II)存在下发生直接还原。发明者提出在自动氧化期间，第一步骤需要形成过氧化氢，只要基质中存在不饱和分子就可继续反应；以及当RO2自由基与双键加成时，一些烯烃将经历自动氧化。
当使从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液与例如原油等含碳化合物接触时，在液相中，在周围温度和压力下(基多(Quito)市中普遍存在的条件：545mm Hg和17℃)，所述化合物被氧化。如果混合物中存在如钒、钛和镍等金属，那么这种氧化得以实现，所述金属应通过涉及使用从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液的方法预先获得。如果使用过氧化氢，那么氧化作用得到增强。
当将多巴胺盐酸盐与过氧化氢一起使用时，与从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液获得相同的作用。
当从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液与厄瓜多尔原油接触时所发生的质子化，可能通过从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液中存在醌来进行部分说明。库散诺维(Kursanov)等人(1985)提供对这些事实的说明，如果醌在磷酸存在下使有机化合物脱氢并形成稳定的碳正离子(carbenium ion)，那么这一说明是合理的。
AH2+E→[AH]++[EH]
[AH]+→A+H
在以上等式中，E是亲电子试剂，A是脱氢产物，而[AH]+是可极为稳定的离子。
在原油情况下，通过原油中最初存在的钒和镍驱动可逆反应正向进行。除此作用外，如果原油中存在锌或锡，那么氢阴离子给体(hydride donation)得到改良，尽管此改良并不显著。在这方面，这一行为可能通过假设应分以下四个阶段进行的催化氢化来说明(库散诺维(Kursanov)等人(1985))：
1.基质(烯烃)质子化形成碳正离子，如下所示：
Figure G2007800522584D00041
2.氢气活化形成氢化形式的载体，如下所示：
Cat+H2→Cat.H；
3.氢阴离子(hydride ion)从还原形式的催化剂转移到碳正离子，如下所示：
Figure G2007800522584D00042
4.催化剂再生。
除作为能量来源外，烃是制造化学物质的原料，并且为此已发展大量知识。这一知识造就了许多应用，其中绝大多数是基于反应混合物的酸化或与酸性活性中心的接触。
因为出于环境考虑氢氟酸或硫酸的使用已受到阻碍，所以鼓励使用固体催化剂，尤其是结晶型铝硅酸盐(沸石)。
本发明发展中的一些实验适合于验证从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液的氧化能力，鉴于此观点，进行实验室测试以验证从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液的氧化潜力。
一个这样的实验需要将从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液与5mg氯化铁的100立方厘米混合物置于250cc密封瓶中。1分钟后，将空气进入瓶中的声音视为瓶中已形成真空的证据。当测量真空时，证实值低于仅消耗氧气所预期的值。这表明在反应期间消耗另一化学气态物质。
用钒、镍、铜和铂的其它化合物进行类似实验，得到类似结果。
当在周围温度和压力下将银与铜以及金与铜的金属合金浸没于过氧化氢和从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液的溶液中时。在两种情况下都可通过测量用于进行电化学反应的直接电流来验证合金的溶解和质子的存在。
在两种情况下，当使用这两种合金之一作为电池内的一个电极，而另一个电极由锌或石墨制成时，所测得的电流值都增加。
在18℃和大气压下，不经搅拌下敞口容器中有机和无机化合物的缓慢氧化(尤其通过铁化合物增强)可能使得质子被释放入水中。这使得随着混合物在容器中的停留时间不断推进，观察到不同的电流和电压读数。在实验结束时，使用表面为1cm2的铜和锌电极获得22mA、1V的电流。
从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液的pH值类似于测定其它果蔬(fruits andvegetables)汁液时所测得的值，其为4.5。然而，如果使用过氧化氢(每20cc汁液约1滴)使从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液氧化，那么数字万用表中所显示的值由于质子的释放而为约15mA并且随时间减小。
当使从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液与例如煤油或汽油等直链溶剂接触时，可观察到两相：水和油。当在周围温度和压力下，在金属存在下，使从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液与6号燃料油(bunker)或柴油接触时，混合物的表观粘度发生变化，并且如果延长接触时间，那么形成逐渐凝固的团簇。
如果将轻原油或重原油与从压榨香蕉植物的任何部分所获得的氧化的汁液混合，或如果将原油置于从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液中，并且如果添加过氧化氢，那么获得粘度低于原始混合物的混合物。出现这种作用后，观察到由于通过钒、镍或铁的存在所增强的反应的可逆性而分解成碳和其它化合物。在厄瓜多尔原油情况下不必添加这些金属，因为它已含有上述金属。
对保留所观察到的油改良的方式的寻找引导本专利的发明者研究前一段落中所述在大气温度和压力下进行的反应。在这些条件下并且考虑到从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液可以溶解金属化合物，将这些化合物的不同调配物添加到从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液中，尽管其中一些仍在进行研究。举例来说，为了使1克氧化钛溶解于40cc从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液中，需要20cc中性皂(吐温80(Tween 80))、20cc 50°盖·吕萨克乙醇(Gay Lussac Ethanol)和1克葡萄糖以在24小时时间内实现溶解。假定通过形成螯合物实现氧化钛的溶解，这就是被认为在本专利中所主张的原油改良中所发生的机制。
其它所研究的金属化合物是原钒酸钠和氯化铂。添加后一化合物后，析出氯气，并剩下透明溶液。
尽管在高达60℃的不同温度下使用原油与从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液的混合物，使用原油和多巴胺，以及使用原油和其它化合物进行了测试，但在周围温度或约35℃下进行的实验是全部实验中最成功的。
这一反应的容易性取决于以下事实：当重油的粘度降低时，原油与其它物质的快速混合得到增强。另外，反应的活化常数发生变化，由此加速产物的产生。令人遗憾的是，氧化反应也改变其速度，由此使得难以总体上淬灭原料的变质(deterioration)。
研究这些反应的淬灭以阻止可逆性后，发现增加所形成的金属催化剂的高温失活是有可能的，因为其多半以螯合物的形式存在。发现淬灭温度为约70℃；并且反应时间与反应体积有关。
这种技术尽管在实验室水平下较简单(由于在此规模下热传递不复杂)，但在较大规模下将是复杂的并且未完全定义(由于形成改变混合物的热传递系数值的未鉴别出的气体)。
从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液的固体含量通过在部分真空下蒸发水而增加，由此获得不同稠度的半固体产物。尽管干产物难以添加到原油中而半固体产物较容易添加到原油中，但两者在降低或增加原油粘度方面都比未经处理的从压榨香蕉植物的任何部分所获得的汁液有效。另一方面，半固体产物对于封拦原油溢出物非常有效，尤其如果其已预先用过氧化氢处理。
目前，正在进行以下研究：在本专利的情形下，适合于将多巴胺截留在不同固体基质(matrix)上，以允许催化剂重复使用。
在使用大豆和棕榈油和其它脂肪酸以及使用酮的测试过程中，已注意到其物理、化学和电学性质的变化。
实例
实例1
证明在特别含有从香蕉植物的任何部分所获得的香蕉汁的流体中产生电能的程序。
a)将100ml从香蕉植物的任何部分所获得的汁液置于烧杯中；
b)将0.5cc过氧化氢置于小容器中；
c)混合(a)和(b)中所述的流体，并搅拌30秒；
d)在步骤(c)所获得的混合物中浸没1个锌电极和1个铜电极，两者面积都为1cm2，相隔1mm；
e)用数字万用表测量所产生的电流和电压，检查所获得的值应大约为15mA和1V(直流)。
可在改变上述实验中电极之间的间距后获得不同电流和电压值。
实例2
证明在特别含有从香蕉植物的任何部分所获得的香蕉汁的流体中产生电能的程序。
a)将100ml从植物茎所获得的香蕉汁置于烧杯中；
b)在分析天平上称量20mg Al2O3；
c)在分析天平上称量5mg氢化铝锂(Li Al H4)；
d)混合(a)和(b)，搅拌1分钟；
e)混合(d)和(c)，搅拌1分钟；
f)在步骤(e)所获得的混合物中浸没1个锌电极和1个铜电极，两者面积都为1cm2，相隔1mm。
g)用数字万用表测量所产生的电流和电压，检查所获得的值应大约为8mA和0.6V(直流)。
可在改变上述实验中电极之间的间距后获得不同电流和电压值。
实例3
本实例提供关于用于改变16°API原油的物理和化学特征的实验室规模程序的详细信息。其旨在提供关于本发明使得由溢油产生的水污染得到部分解决的方式的观点。应根据所溢出油的API度对程序实施轻微调整。
在进行实验之前，以下文所述方式制备应称为“增粘剂”的混合物A。
a)量出84.5cc从香蕉植物的任何部分所获得的香蕉汁，并置于烧杯中；
b)量出25cc乙醇，并置于烧杯中；
c)量出0.5cc过氧化氢；
d)混合(a)和(b)并搅拌30秒；
e)添加(c)和(d)并搅拌30秒；
f)将0.1g氧化铁(Fe2O3)添加到(e)所获得的混合物中，并搅拌1分钟。
为了继续实验，应使用深玻璃盘，其适合于更好地了解水层和原油层的厚度以及倾析固体最终是否存在。
a)将水置于玻璃盘上达10cm高；
b)在水之后放原油，获得约2或3mm厚的层；
c)将“增粘剂”混合物以约等于所存在原油10％的量添加到盘中，借助于刮勺使其均匀分布；
d)使玻璃盘中的流体静置约8小时，或以机械方式搅动，使时间缩短到约4小时。
e)按照(d)的说明进行反应后，在水面上可注意到有污泥上清悬浮液，因为其并不与水混合，所以可通过物理方式将其不间断地移出。
当以中型规模使用“增粘剂”、使用较大体积水和溢出原油进行实验时，规定时间后，肉眼可注意到原油物理性质的变化，不考虑油的API，或甚至不考虑通过长时间与空气接触油可能已经“老化”的事实。
在地面溢出物的情况下，清洁土壤极其困难和复杂，如果可能，那么会在短期和中期发生。为了解决这一问题，现代技术提供了许多不同的替代物，其中一些涉及原油降解。然而，大部分认可的技术是使受污染土壤经受专门分解污染物的微生物的作用的技术。尽管可以接受，但这些技术极其缓慢和有效。
通过使用本专利所开发的“增粘剂”，可使上述技术和其它通常需要加速原油降解的技术获得成功，因为“增粘剂”充当可容易被微生物代谢的富碳基质的提供者。
实例4
本发明的两个特征在本发明的实例中进行说明：第一，用于改变16°API原油的物理和化学特征的程序；和第二，使原钒酸钠溶解于水中。
在进行程序之前，应以如下方式制备应称为“降粘混合物”的混合物B：
a)量出40cc取自植物茎的香蕉汁；
b)量出20cc吐温80；
c)量出20cc 50°盖·吕萨克乙醇；
d)称量1g氧化钛；
e)在精密天平上称量1克工业级葡萄糖；
f)在精密天平上称量1g原钒酸钠；
g)混合(b)和(c)。搅拌2-3分钟直到混合物均质；
h)混合(a)和(g)。搅拌混合物2分钟，直到达到均匀状态；
i)混合(h)、(d)和(f)。剧烈搅拌3分钟；
j)在敞口容器中使(i)所获得的混合物在周围温度下静置24小时。上述时间间隔后，应可注意到在此程序期间所用的不溶性化合物应已溶解。
处理既定体积的与上述不同API级别的油所需的“降粘混合物”体积应通过试错法来确定。为了获得成功，应获得相对于原始API级别约5个单位的增量。
以下描述用于典型油改良操作的程序：
a)量出100cc原油；
b)测定API级别；
c)将30cc“降粘混合物”添加到原油中；
d)剧烈搅拌；
e)添加10cc蒸馏水；
f)测量最终API级别。
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Claims (11)

1.一种使重油转化为较轻油的方法，所述方法由以下组成：
以适当体积或重量比，将多巴胺(dopamine)溶液或多巴胺化合物添加到所述油中，所述比率是根据原油特征通过试错法而确定的；
使混合物酸化达到介于4与5之间的pH值；
使所述混合物在二价离子存在下反应；
按需要通过使温度升高到达70℃来停止所述反应以达到既定粘度；
所述原油应具有多达400ppm的钒含量和多达100ppm的镍含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多巴胺含量应介于每立方厘米0mg与100mg之间。
3.一种使重油转化为较轻油的方法，所述方法由以下组成：
以适当体积或重量比，将从压榨香蕉植物的任何部分所获得的部分或完全氧化的汁液添加到原油中，所述比率是根据原油特征通过试错法而确定的；
将中性皂和钛或钛化合物的溶液添加到混合物中；和
使所述混合物反应；
按需要通过使温度升高到达70℃来停止所述反应以达到既定粘度；
所述原油应具有多达400ppm的钒含量和多达100ppm的镍含量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中从压榨香蕉植物的任何部分所获得的所述汁液中含有天然存在的多巴胺。
5.根据权利要求3所述的方法，其中添加多巴胺或其化合物，以替代添加从压榨香蕉植物的任何部分所获得的所述汁液。
6.根据权利要求3所述的方法，其中将通过任何物理或化学方法调节的香蕉榨汁添加到所述原油中，以替代添加从压榨香蕉植物的任何部分所获得的所述汁液。
7.一种从溢油中将任何API度的油萃取到水上的方法，所述方法包含如下三个步骤：
添加包含从压榨香蕉植物的任何部分所获得的部分或完全氧化的汁液、过氧化氢和浓度最大为30％w／w的乙醇以及作为催化剂的微量金属的混合物并使其均匀分布于所述溢油上；
使所获得的混合物在周围条件下静置不少于12小时；
从水面上移出由此获得的油浆。
8.根据权利要求7所述的方法，其中添加多巴胺或多巴胺化合物，以替代从压榨香蕉植物的任何部分所获得的所述汁液。
9.根据权利要求7所述的方法，其中将通过任何物理或化学方法调节的香蕉榨汁添加到所述溢油中，以替代包含从压榨香蕉植物的任何部分所获得的所述汁液的混合物。
10.一种加速在环境条件下所溢出土壤的任何API度的任何原油分解的方法，所述方法包含以下两个步骤：
添加包含从压榨香蕉植物的任何部分所获得的部分或完全氧化的汁液、过氧化氢和作为催化剂的微量金属的混合物并使其与所述土壤混合均匀；
使天气作用于所述土壤不少于3个月的时间，在这时期内实现所述原油的分解，所述分解期可以通过利用物理或化学方法加速氧化速度来缩短；
获得无害且生物可降解的化合物；和其它化学物质，包括醛、酮、醌和羧酸。
11.根据权利要求10所述的方法，其中混合且添加多巴胺或多巴胺化合物，以替代从压榨香蕉植物的任何部分所获得的所述汁液。
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