CN103663740B - 一种阻垢组合物及其用途 - Google Patents

一种阻垢组合物及其用途 Download PDF

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本发明提供了一种阻垢组合物及其用途。本发明阻垢组合物包括分散剂和稀释剂，所述分散剂由聚异丁烯丁二酰亚胺与异氰酸酯反应得到，所述稀释剂为沸点在180℃～410℃的烃类，所述分散剂占整个阻垢组合物总质量的1-30%。本发明阻垢组合物脱垢效率高、耐高温性能好，适用于高酸、高硫、劣质原油的加工。

Description

一种阻垢组合物及其用途
技术领域
本发明属于石油加工领域，具体涉及到石油炼制、加工过程中防止或者减少烃油输送管线、换热器等设备中积垢的生成。
背景技术
随着原油质量的不断劣质化，以减压瓦斯油为主要原料的加氢裂化装置也相应逐步变劣，从而给加氢裂化装置的正常运转带来一些新的问题。其中，高压换热器结垢引起换热效率下降，使得原料换热后温度达不到设计要求，只有提高加热炉负荷，这样就增加了装置的能量损耗，严重时导致装置反应器床层温度分布严重偏离正常，影响了装置的长周期安全运转。解决这个问题主要有两种方法：一种是工艺方法，可以通过增加辅助设备(如增加备用换热器或过滤器等)、改善工艺流程及操作(如改变原料流速等)和控制原料性质来实现：另一种是采用在原料油中加入一定量高效阻垢剂来抑制、延缓焦垢在原料换热器中的形成。加注阻垢剂的方法不改变工艺流程，不影响正常操作，加注方便、灵活，资金投入少，回收周期短。
国外专利中用于石油加工工艺的阻垢剂主要分为如下三种：1.低分子表面活性剂，可吸附在金属表面以形成一层保护膜，从而防止高温时金属对油料的催化氧化作用，达到防垢目的。Nacol公司的(硫代)磷酸或(硫代)亚磷酸酯或铵盐、Lubrizol公司的烷基酚盐、Chevron公司的脂肪酸酰胺均属于这种类型的阻垢剂；2.含有氮元素的金属减活剂，如Nacol公司的曼尼希碱阻垢剂，该阻垢剂可降低油料中因腐蚀而产生的金属离子对油料的催化氧化作用；3.高分子分散剂，如聚异丁烯马来酸酐衍生物、马来酸酐-a烯烃共聚物等，这类阻垢剂能够使无机垢或有机焦垢稳定地分散在油料中，从而避免设备表面结垢。
对已公开专利的分析发现，涉及低分子表面活性剂型阻垢剂的专利数量最多，并以磷酸或硫代磷酸酯铵盐为主；以聚异丁烯基马来酸衍生物为代表的高分子型分散剂出现的较晚，相关专利数量较少；随着世界石油资源的枯竭，可供开采的优质原油日趋减少，而沥青质、胶质含量高的劣质原油的加工量逐渐增大。因此，可以预见，能够稳定分散胶质、阻止其在设备表面沉积的高分子型阻垢剂在石油加工中将得到越来越广泛的应用。
可能出于技术保密的原因，国外阻垢组合物专利中没有公开比较完整的阻垢剂配方，国内的相关报道也很少，尤其是适用于高酸、高硫、重质原油加工的阻垢组合物还没有相关的报道。当原油中硫含量较高时，含硫化合物及酸性组分加重了设备腐蚀，导致大量无机焦垢的形成；无机焦垢中的金属离子能进一步促进油料在高温时的氧化形成有机焦垢，而有机焦垢的粘附作用反过来又加剧了无机焦垢的形成；另外，油料中的含硫、含氮化合物在氧的作用下容易发生自由基氧化，生成胶质及积炭，致使石油加工设备中焦垢的形成机理比较复杂，耐高温性都较差，分解产物对加工过程和催化剂有负面影响。
发明内容
本发明提供了一种阻垢组合物及其用途。
本发明阻垢组合物包括分散剂和稀释剂，所述分散剂由聚异丁烯丁二酰亚胺与异氰酸酯反应得到，所述稀释剂为沸点在180℃～410℃的烃类，所述分散剂占整个阻垢组合物总质量的1-30%。
所述聚异丁烯丁二酰亚胺选自单聚异丁烯丁二酰亚胺、双聚异丁烯丁二酰亚胺和多聚异丁烯丁二酰亚胺中的一种或多种，其中聚异丁烯部分的数均分子量为500～10000，优选800～6000，最优选1000～3500，聚异丁烯丁二酰亚胺的多烯多胺基选自二乙烯三胺基、三乙烯四胺基、四乙烯五胺基和五乙烯六胺基中的一种或多种。聚异丁烯丁二酰亚胺可以选用无锡南方添加剂厂生产的T151、T152、T154，锦州石化分公司添加剂厂生产的T161，路博润兰炼添加剂有限公司生产的LZL l57，Lubrizol Corporation生产的LZ6418、LZ6420，AftonCorporation生产的Hitec646等。
所述异氰酸酯选自脂肪族异腈酸酯和/或芳香族异腈酸酯，其结构为：
其中R1为烷基和/或芳基，优选C1～C20的烷基、芳基烷基、芳基和烷基芳基中的一种或多种，x为1-3之间的整数，优选1或2。
所述异氰酸酯可以选用甲苯单异氰酸酯、二异腈酸己二酯(HDI)、异佛尔酮二异腈酸酯(IPDI)、三甲基1,6-亚己基二异腈酸酯(TMHDI)、反式环己烷二异腈酸酯(CHDI)、4,4'-二苯基甲烷二异腈酸酯(MDI)、聚合异腈酸酯(PMDI)、甲苯二异腈酸酯(TDI)、对亚苯基二异腈酸酯(PPDI)、萘基二异腈酸酯(NDI)和四甲基亚二甲苯二异腈酸酯(TMXDI)中的一种或多种。
所述异氰酸酯优选脂肪族单异腈酸酯、脂肪族双异腈酸酯、芳香族单异腈酸酯和芳香族双异腈酸酯中的一种或多种，最优选脂肪族双异腈酸酯和/或芳香族双异腈酸酯。
所述脂肪族双异腈酸酯和/或芳香族双异腈酸酯的结构为：
O=C＝N-R2-N=C=O
其中R2为C1～C20的亚烷基、芳基亚烷基、亚芳基和烷基亚芳基中的一种或多种，如亚丙基、亚丁基，亚戊基、亚己基、亚癸基、亚环己基、亚苯基、亚甲苯基、二苯基亚甲基、和亚萘基中的一种或多种，优选C1～C10的亚烷基、亚芳基、C1～C6烷基亚芳基，最优选C3～C8的亚烷基、亚苯基、C1～C3烷基亚苯基。
所述聚异丁烯丁二酰亚胺与所述异氰酸酯之间的摩尔比在1：10～50：1之间，优选在1：5～30：1之间，最优选在1：2～10：1之间。
所述反应的温度在50℃～200℃之间，优选在80℃～150℃之间，最优选在100℃～130℃之间。
所述反应的时间在1h～10h之间，优选在2h～8h之间，最优选在3h～6h之间。
所述反应可以通入惰性气体，优选通入氮气。
所述分散剂占整个阻垢组合物总质量的1-30%，优选5-25%，最优选10-20%。
所述稀释剂为沸点在180℃～410℃的烃类，例如柴油、煤油、重芳烃，可以选用5号、0号、-10号、-20号、-35号柴油，1号、2号、3号、4号航空煤油，碳九芳烃、DAH、DAM、DAL型重芳烃，优选柴油和/或重芳烃，最优选0号柴油和/或碳九芳烃。所述稀释剂构成阻垢组合物的主要成分。
本发明阻垢组合物优选加入抗氧剂，所述抗氧剂选自受阻酚类、胺类、酚酯类和硫代酚类中的一种或多种，例如2,6-二叔丁基对甲酚、4,4-亚甲基双(2,6-二叔丁基酚)、2,6-二叔丁基-4-烷氧基酚、2,6-二叔丁基-a二甲氨基对甲酚、N-苯基-a-萘胺、二辛基二苯胺、二壬基二苯胺、对,对’二异辛基二苯胺、叔丁基/异辛基二苯胺、4,4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)和2,2’-硫代双(4,6-二叔丁基-间苯二酚)的一种或多种，可以选用锦州康泰润滑油添加剂有限公司生产的T501、T512，天津五一化工公司生产的T531，德国巴斯夫公司生产的IRGANOX L-01、IRGANOX L-06、IRGANOX L-57，北京兴普公司生产的T534，路博润兰炼添加剂有限公司生产的LZ5150A，美国Vanderbilt公司生产的VANLUBE NA、VANLUBE 961、二辛基二苯胺VANLUBE 81、二壬基二苯胺VANLUBE DND，德国莱茵化学公司生产的对,对’-二异辛基二苯胺RC7001等。所述抗氧剂优选烷基化二苯胺类抗氧剂，最优选C4-C8烷基取代的二苯胺类抗氧剂。
所述抗氧剂的加入量占阻垢组合物总质量的0.1-5%，优选1-4%，最优选2-3%。
本发明阻垢组合物优选加入防锈剂，所述防锈剂为石油磺酸盐、咪唑类、咪唑啉烯基丁二酸盐、烯基丁二酸和烯基丁二酸酯中的一种或多种，例如石油磺酸钡、石油磺酸钠、4,5-二氢咪唑、十七烯基咪唑啉烯基丁二酸盐、十二烯基丁二酸、十二烯基丁二酸酯中的一种或多种，可以选用锦州康泰润滑油添加剂有限公司生产的T701、T702、T703、T746、T747。所述防锈剂优选咪唑啉烯基丁二酸盐和/或烯基丁二酸酯，最优选咪唑啉烯基丁二酸盐。
所述防锈剂的加入量占阻垢组合物总质量的0.1-5%，优选1-3%，最优选1-2%。
本发明阻垢组合物是将其中的分散剂和稀释剂或其它种类的添加剂在20-60℃搅拌0.5h～4h得到。
本发明还提供了上述阻垢组合物的用途，是将本发明所述的阻垢组合物与原油混合在一起，应用于原油加工装置的输送管道或热交换器中，阻垢组合物的加入量为原油质量的100-500mg/kg，优选150-400mg/kg，最优选200-300mg/kg。
本发明阻垢组合物脱垢效率高、耐高温性能好，适用于高酸、高硫、劣质原油的加工。
具体实施方式
在以下实施方式中提到的百分比，均为质量百分比，特别说明除外。
所选用原料：
本发明所选用的聚异丁烯丁二酰亚胺按照专利CN 1126752A(丁二酰亚胺无灰分散剂及其制备方法)方法制备得到，分别为PIBSA-1、PIBSA-2。
单聚异丁烯丁二酰亚胺PIBSA-1，聚异丁烯数均分子量为1300，多烯多胺基为四乙烯五胺，稀释油含量为62%。
双聚异丁烯丁二酰亚胺PIBSA-2，聚异丁烯数均分子量为1000，多烯多胺基为三乙烯四胺，稀释油含量为58%。
二异腈酸己二酯(HDI)，东京化成工业株式会社生产，化学纯
甲苯二异氰酸酯(TDI)，东京化成工业株式会社生产，化学纯
对比无灰分散剂T151，无锡南方石油添加剂厂生产
对比分散剂A，其制备方法为专利CN 1245211中实例5的制备方法
Hitec 6416，汽油清净剂，Afton公司
0号柴油，中国石油化工股份有限公司
碳九芳烃，北京兴普精细化工技术开发公司
实施例1
将80g无灰分散剂PIBSA-1加入到带搅拌的250ml反应釜中，按PIBSA-1中有效组分聚异丁烯丁二酰亚胺与二异腈酸己二酯(HDI)摩尔比为4:1加入二异腈酸己二酯(HDI)0.96g，搅拌，在氮气氛围下，加热升温至90℃，在此温度下反应3.5h，停止加热，继续通氮气至反应物冷却至室温，得到透明的聚异丁烯丁二酰亚胺脲衍生物TN-1，其数均分子量为6500，氮含量为2.2%。
实施例2
将80g无灰分散剂PIBSA-1加入到带搅拌的250ml反应釜中，按PIBSA-1中有效组分聚异丁烯丁二酰亚胺与甲苯二异腈酸酯(TDI)摩尔比为2:1加入TDI 1.92g，搅拌，在氮气氛围下，加热升温至105℃，在此温度下反应4.5h，停止加热，继续通氮气至反应物冷却至室温，得到透明的聚异丁烯丁二酰亚胺脲衍生物TN-2，其数均分子量为11500，氮含量为2.4%。
实施例3
将80g无灰分散剂PIBSA-2加入到带搅拌的250ml反应釜中，按PIBSA-2中有效组分聚异丁烯丁二酰亚胺与甲苯二异腈酸酯(TDI)摩尔比为1:2加入TDI 7.68g，搅拌，在氮气氛围下，加热升温至70℃，在此温度下反应2.5h，停止加热，继续通氮气至反应物冷却至室温，得到透明的聚异丁烯丁二酰亚胺脲衍生物TN-3，其数均分子量为35000，氮含量为3.6%。
将商品分散剂151、分散剂A、Hitec6416作为对比分散剂。
阻垢组合物的实施例4-9与阻垢组合物的对比例1-4
分别将分散剂的实施例1-3或商品对比分散剂151、分散剂A、Hitec6416与0号柴油或碳九芳烃按比例调制得到本发明阻垢组合物的实施例4-9与阻垢组合物的对比例1-4，其配方组成见表1。
表1阻垢组合物配方
  阻垢组合物配方   分散剂   抗氧剂   防锈剂   稀释剂
  实施例4   TN-120%   0号柴油80%
  实施例5   TN-212%   T5345%   T7033%   碳九芳烃80%
  实施例6   TN-318%   T5121%   T7031%   碳九芳烃80%
  实施例7   TN-313%   T5344%   T747A 3%   碳九芳烃80%
  实施例8   TN-117%   T5122%   T747A  1%   碳九芳烃80%
  实施例9   TN-215%   T5343%   T7032%   碳九芳烃80%
  对比例1   T15120%   0号柴油80%
  对比例2   分散剂A 20%   0号柴油80%
  对比例3   Hitec641617%   T5122%   T7031%   0号柴油80%
  对比例4   Hitec641620%   碳九芳烃80%
阻垢性能评价
分别将本发明阻垢组合物实施例和阻垢组合物对比例在L-1型板式成焦器上进行阻垢组合物的模拟成焦试验，试验样品为：上述每一种阻垢组合物的加入量均为200mg/kg的加氢蜡油(齐鲁石化，50℃粘度为47mm2/s)，成焦试验条件为：连续操作，油温150℃，板温310℃，进行2小时。试验结束后将试验铝板放置至室温，在汽油、石油醚中浸泡后晾干、称重，试板试验后质量减去试验前质量得到结焦的质量并计算阻垢效率。
阻垢效率的计算公式为：阻垢效率=(m0-m1)/m0×100%
式中m0为不加阻垢组合物时铝板上结焦的质量，单位为mg；m1为加阻垢组合物时铝板上结焦的质量，单位为mg。阻垢效率值越大，表明阻垢效率越高。
阻垢试验结果见表2。
表2阻垢性能评定结果
  实施例4   76.3%
  实施例5   75.4%
  实施例6   89.1%
  实施例7   74.3%
  实施例8   80.4%
  实施例9   95.4%
  对比例1   53.7%
  对比例2   49.8%
  对比例3   40.4%
  对比例4   33.2%
由表2可知，本发明阻垢组合物具有非常优异的阻垢性能。

Claims (14)

1.一种阻垢组合物，包括分散剂和稀释剂，所述分散剂由聚异丁烯丁二酰亚胺与异氰酸酯反应得到，所述稀释剂为沸点在180℃～410℃的烃类，所述分散剂占整个阻垢组合物总质量的1-30%。
2.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述聚异丁烯丁二酰亚胺选自单聚异丁烯丁二酰亚胺、双聚异丁烯丁二酰亚胺和多聚异丁烯丁二酰亚胺中的一种或多种。
3.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述聚异丁烯丁二酰亚胺中聚异丁烯部分的数均分子量为500～10000，所述聚异丁烯丁二酰亚胺的多烯多胺基选自二乙烯三胺基、三乙烯四胺基、四乙烯五胺基和五乙烯六胺基中的一种或多种。
4.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述异氰酸酯选自脂肪族异腈酸酯和/或芳香族异腈酸酯，其结构为：
其中R1为烷基和/或芳基，x为1-3之间的整数。
5.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述异氰酸酯为甲苯单异氰酸酯、二异腈酸己二酯、异佛尔酮二异腈酸酯、三甲基1,6-亚己基二异腈酸酯、反式环己烷二异腈酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异腈酸酯、聚合异腈酸酯、甲苯二异腈酸酯、对亚苯基二异腈酸酯、萘基二异腈酸酯和四甲基亚二甲苯二异腈酸酯中的一种或多种。
6.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述聚异丁烯丁二酰亚胺与所述异氰酸酯之间的摩尔比在1：10～50：1之间。
7.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述反应的温度在50℃～200℃之间。
8.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述反应的时间在1h～10h之间。
9.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述反应通入惰性气体。
10.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述分散剂占整个阻垢组合物总质量的5-25%。
11.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述稀释剂为5号、0号、-10号、-20号、-35号柴油、1号、2号、3号、4号航空煤油、碳九芳烃和DAH、DAM、DAL型重芳烃中的一种或多种。
12.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述阻垢组合物中加入抗氧剂，所述抗氧剂选自受阻酚类、胺类、酚酯类和硫代酚类中的一种或多种，所述抗氧剂的加入量占阻垢组合物总质量的0.1-5%。
13.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述阻垢组合物中加入防锈剂，所述防锈剂为石油磺酸盐、咪唑类、咪唑啉烯基丁二酸盐、烯基丁二酸和烯基丁二酸酯中的一种或多种，所述防锈剂的加入量占阻垢组合物总质量的0.1-5%。
14.阻垢组合物的用途，是权利要求1-13之一所述的阻垢组合物与原油混合在一起，应用于原油加工装置的输送管道或热交换器中，所述阻垢组合物的加入量为原油质量的100-500mg/kg。
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