CN103666564B - 一种阻垢组合物及其用途 - Google Patents
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Abstract
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曼尼希碱清净剂和稀释剂，所述稀释剂为沸点在180℃～410℃的烃类，所述曼尼希碱清净剂占整个阻垢组合物总质量的1-30%；所述曼尼希碱清净剂，由以下方法制备得到：(1)在烷基化反应催化剂存在下，使苯酚和/或单邻位烷基酚与聚烯烃反应，收集烷基化产物；(2)将步骤(1)得到的烷基化产物与多烯多胺、醛发生曼尼希反应，得到中间产物；(3)将步骤(2)的中间产物与对羟基二苯胺衍生物、醛发生第二次曼尼希反应，收集得到最终的曼尼希碱清净剂。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
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-α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曼尼希碱清净剂和稀释剂，所述稀释剂为沸点在180℃～410℃的烃类，所述曼尼希碱清净剂占整个阻垢组合物总质量的1-30%；
所述曼尼希碱清净剂，由以下方法制备得到：
(1)在烷基化反应催化剂存在下，使苯酚和/或单邻位烷基酚与聚烯烃反应，收集烷基化产物；
(2)将步骤(1)得到的烷基化产物与多烯多胺、醛发生曼尼希反应，得到中间产物；
(3)将步骤(2)的中间产物与对羟基二苯胺衍生物、醛发生第二次曼尼希反应，收集得到最终的曼尼希碱清净剂。
在步骤(1)中，所述的聚烯烃是由乙烯、丙烯、C4-C10α-烯烃单独聚合或共聚合而得到的聚烯烃，所述C4-C10α-烯烃可以选用正丁烯、异丁烯、正戊烯、正己烯、正辛烯和正癸烯中的一种或多种，优选聚异丁烯，所述聚烯烃的数均分子量为300-3000，优选500-2000，更优选500-1500。
所述的单邻位烷基酚优选烷基碳原子数为1-6的单邻位烷基酚，最优选邻甲酚。
所述的烷基化反应催化剂选自Lewis酸催化剂，优选三氯化铝、三氟化硼、四氯化锡、四溴化钛、三氟化硼苯酚、三氟化硼醇络合物和三氟化硼醚络合物的一种或多种，最优选三氟化硼乙醚络合物和/或三氟化硼甲醚。
所述聚烯烃、苯酚和/或单邻位烷基酚、催化剂之间的摩尔比为1：1-3：0.1-0.5，优选1：1.5-3：0.1-0.4，最优选1：1.5-3：0.2-0.4。
反应时间为0.5h-10h，优选1h-8h，最优选3h-5h。
反应温度为0℃-200℃，优选10℃-150℃，最优选20℃-100℃。
在步骤(2)中，所述的多烯多胺具有以下通式：
H2N(CH2)y[(NH(CH2)y]xNH2
其中x为0-10的整数，y为整数2或者3。所述的多烯多胺优选二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、六乙烯七胺、七乙烯八胺、八乙烯九胺、九乙烯十胺和十乙烯十一胺中的一种或多种，最优选四乙烯五胺。多烯多胺可以由氨和二卤代烷烃例如二氯烷烃反应制备。
所述的醛优选甲醛、乙醛、C3-C7的脂肪醛，最优选多聚甲醛、低聚甲醛和甲醛中的一种或多种。
所述步骤(1)得到的烷基化产物、所述多烯多胺和所述醛之间的摩尔比为1:0.3-3:0.1-3.5，优选1:0.4-2:0.2-2.5，最优选1:0.5-1.5:0.3-2。
所述曼尼希反应的温度为50℃-200℃，优选60℃-150℃，最优选80℃-130℃。
所述曼尼希反应的时间为1h-10h，优选2h-8h，最优选3h-6h。
在步骤(3)中，所述对羟基二苯胺衍生物的结构为：
其中R1为H、C1-C8烷基、羟基或硝基，优选H、C1-C4烷基或羟基，最优选H。
在步骤(3)中，所述的醛优选甲醛、乙醛、C3-C7的脂肪醛，最优选多聚甲醛、低聚甲醛和甲醛中的一种或多种。
所述步骤(2)的中间产物、对羟基二苯胺衍生物和所述醛的摩尔比为1:0.3-3:0.1-2，优选1:0.3-2:0.1-2，最优选1:0.5-1.5:0.3-1.5。
所述曼尼希反应的温度为40℃-200℃，优选60℃-150℃，最优选80℃-130℃。
所述曼尼希反应的时间为1h-10h，优选2h-8h，最优选3h-6h。
在上述步骤(1)、(2)和(3)的反应中还可以加入溶剂或稀释剂，所述溶剂包括芳烃如甲苯，二甲苯及其混合物，所述稀释剂包括矿物润滑油、聚烯烃、聚醚中的一种或多种。
其中所述矿物润滑油可以选用API I、II、III类矿物润滑油基础油，优选40℃粘度为20-120厘斯(cSt)、粘度指数至少在50以上矿物润滑油基础油，更优选40℃粘度为28-110厘斯(cSt)、粘度指数至少在80以上的矿物润滑油基础油。
所述聚烯烃是由乙烯、丙烯、α-烯烃单独聚合或共聚合而得到的聚烯烃，所述α-烯烃包括正丁烯、异丁烯、正戊烯、正己烯、正辛烯和正癸烯中的一种或多种，优选100℃粘度为2-25厘斯(cSt)的聚α-烯烃(PAO)，最优选地100℃粘度为6-10厘斯(cSt)。所述聚烯烃的数均分子量为500-3000，优选700-2500，最优选1000-2000。
所述聚醚是由醇与环氧化物反应所生成的聚合物，所述醇为乙二醇和/或1,3-丙二醇，所述的环氧化物为环氧乙烷和/或环氧丙烷，所述聚醚的数均分子量为500-3000，优选700-3000，最优选1000-2500。
所述曼尼希碱清净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-α二甲氨基对甲酚、N-苯基-α-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
表1给出了本发明实施方式中所使用的化学药品。
表1所用主要化学药品的规格及来源
实施例1合成聚异丁烯邻甲酚
在装有搅拌器、温度计、冷凝管和滴液漏斗的500ml四口烧瓶中，加入34.93g(0.323mol)邻甲酚、6.88g(0.048mol)的三氟化硼乙醚催化剂、100ml正己烷溶剂和161.61g(0.162mol)的聚异丁烯(Mn=1000)在80℃反应2h。反应结束后，使用质量分数为5%的氢氧化钾溶液清洗反应混合物一次，并用热水水洗至中性以除去催化剂，然后减压蒸馏除去溶剂及未反应的邻甲酚。合成产物聚异丁烯邻甲酚的羟价为53.49mg/g。羟值测定参考GB/T7383-2007中的乙酐法。
示例反应式如下：
实施例2
将实施例1中制得的聚异丁烯邻甲酚47.16g(0.045mol)在氮气保护下加到500ml装有搅拌器、温度计和分液器的四口烧杯中，然后加入2.70g(0.045mol)的乙二胺、3.83g(0.047mol)甲醛，并加入47ml的甲苯作为反应溶剂，在80℃反应1.5h后，降温至室温，加入4.17g(0.0225mol)的对羟基二苯胺、3.83g(0.047mol)甲醛，在70℃反应1h。待反应结束后，减压蒸馏除去溶剂及生成的少量水，得到最终的曼尼希碱清净剂TN-1。示例反应式如下：
实施例3
将实施例1中制得的聚异丁烯邻甲酚53.37g(0.051mol)在氮气保护下加到500ml装有搅拌器、温度计和分液器的四口烧杯中，然后加入7.46g(0.051mol)的三乙烯四胺、4.38g(0.054mol)甲醛，并加入54ml的二甲苯作为反应溶剂，在100℃反应1.5h后，降温至室温，加入5.87g(0.0255mol)4-羟基-2'-硝基二苯胺、4.38g(0.054mol)甲醛，在80℃反应1h。待反应结束后，减压蒸馏除去溶剂及生成的少量水，得到最终的曼尼希碱清净剂TN-2。示例反应式参考实施例2。
实施例4
将实施例1中制得的聚异丁烯邻甲酚58.80g(0.056mol)在氮气保护下加到500ml装有搅拌器、温度计和分液器的四口烧杯中，然后加入2.89g(0.028mol)的二乙烯三胺、4.78g(0.059mol)甲醛，并加入53ml的甲苯作为反应溶剂，在100℃反应1.5h后，降温至室温，加入2.59g(0.014mol)对羟基二苯胺、2.39g(0.029mol)甲醛，在80℃反应1h。待反应结束后，减压蒸馏除去溶剂及生成的少量水，得到最终的曼尼希碱清净剂TN-3。示例反应式如下：
实施例5
将实施例1中制得的聚异丁烯邻甲酚40.01g(0.038mol)在氮气保护下加到500ml装有搅拌器、温度计和分液器的四口烧杯中，然后加入3.61g(0.019mol)的四乙烯五胺、3.25g(0.040mol)甲醛，并加入38ml的二甲苯作为反应溶剂，在80℃反应1.5h后，降温至室温，加入1.91g(0.0095mol)的4,4'-二氨基二苯酚、1.63g(0.020mol)甲醛，在70℃反应1h。待反应结束后，减压蒸馏除去溶剂及生成的少量水，得到最终的曼尼希碱清净剂TN-4。示例反应式参考实施例4。
对比例1合成单曼尼希碱
将实施例1制得的聚异丁烯邻甲酚51.27g(0.049mol)在氮气保护下加到500ml装有搅拌器、温度计和分液器的四口烧杯中，然后加入9.28g(0.049mol)的四乙烯五胺、4.77g(0.059mol)甲醛，并加入37ml的二甲苯作为反应溶剂，在80℃反应1.5h。反应结束后，减压蒸馏除去溶剂及生成的少量水，得到最终的单曼尼希碱清净剂DTN-1。
对比例2合成双曼尼希碱
将实施例1制得的聚异丁烯邻甲酚48.27g(0.046mol)在氮气保护下加到500ml装有搅拌器、温度计和分液器的四口烧杯中，然后加入3.36g(0.023mol)的三乙烯四胺、4.46(0.055mol)g甲醛，并加入45ml的甲苯作为反应溶剂，升温至混合温度搅拌均匀，滴加4.46(0.055mol)g甲醛至反应器中，在80℃反应1.5h。反应结束后，减压蒸馏除去溶剂及生成的少量水，得到最终的双曼尼希碱清净剂DTN-2。
阻垢组合物的实施例6-11与对比例3-7
分别将本发明曼尼希碱清净剂的实施例2-5、清净剂的对比例1-2及对比清净剂Hitec 6416(汽油清净剂，Afton公司)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6-11与对比例3-7，其配方组成见表1。
阻垢性能评价
分别将本发明阻垢组合物的实施例和对比例在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1阻垢组合物配方
| 阻垢组合物配方 | 清净剂 | 抗氧剂 | 防锈剂 | 稀释剂 |
| 实施例6 | TN-115% | T5123% | T7032% | 0号柴油80% |
| 实施例7 | TN-212% | T5125% | T7463% | 碳九芳烃80% |
| 实施例8 | TN-318% | T5341% | T7031% | 碳九芳烃80% |
| 实施例9 | TN-413% | T5124% | T7463% | 碳九芳烃80% |
| 实施例10 | TN-217% | T5342% | T7031% | 0号柴油80% |
| 实施例11 | TN-120% | 碳九芳烃80% | ||
| 对比例3 | DTN-118% | T5341% | T7471% | 碳九芳烃80% |
| 对比例4 | DTN-217% | T5122% | T7031% | 0号柴油80% |
| 对比例5 | DTN-220% | 碳九芳烃80% | ||
| 对比例6 | Hitec641617% | T5122% | T7031% | 0号柴油80% |
| 对比例7 | Hitec641620% | 碳九芳烃80% |
表2阻垢性能评定结果
| 实施例6 | 72.2% |
| 实施例7 | 88.5% |
| 实施例8 | 96.2% |
| 实施例9 | 83.5% |
| 实施例10 | 92.6% |
| 实施例11 | 70.5% |
| 对比例3 | 55.5% |
| 对比例4 | 60.6% |
| 对比例5 | 50.3% |
| 对比例6 | 40.4% |
| 对比例7 | 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 (19)
1.一种阻垢组合物，包括曼尼希碱清净剂和稀释剂，所述稀释剂为沸点在180℃～410℃的烃类，所述曼尼希碱清净剂占整个阻垢组合物总质量的1-30％；
所述曼尼希碱清净剂，由以下方法制备得到：
(1)在烷基化反应催化剂存在下，使苯酚和/或单邻位烷基酚与聚烯烃反应，收集烷基化产物；
(2)将步骤(1)得到的烷基化产物与多烯多胺、醛发生曼尼希反应，得到中间产物；所述步骤(1)得到的烷基化产物、所述多烯多胺和所述醛之间的摩尔比为1:0.3-3:0.1-3.5；
(3)将步骤(2)的中间产物与对羟基二苯胺衍生物、醛发生第二次曼尼希反应，收集得到最终的曼尼希碱清净剂；所述步骤(2)的中间产物、对羟基二苯胺衍生物和所述醛的摩尔比为1:0.3-3:0.1-2。
2.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(1)中所述的聚烯烃是由乙烯、丙烯、C4-C10α-烯烃单独聚合或共聚合而得到的聚烯烃。
3.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述聚烯烃的数均分子量为300-3000。
4.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(1)中所述的单邻位烷基酚为烷基碳原子数为1-6的单邻烷基酚。
5.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(1)中所述的烷基化反应催化剂选自Lewis酸催化剂。
6.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(1)中所述的聚烯烃、苯酚和/或单邻位烷基酚、催化剂之间的摩尔比为1：1-3：0.1-0.5。
7.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(1)中所述的反应时间为0.5h-10h，反应温度为0℃-200℃。
8.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(2)中所述的多烯多胺具有以下通式：
H2N(CH2)y[(NH(CH2)y]xNH2
其中x为0-10的整数，y为整数2或3。
9.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(2)中所述的醛为甲醛、乙醛、C3-C7的脂肪醛。
10.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，在步骤(2)中，所述曼尼希反应的温度为50℃-200℃，反应时间为1h-10h。
11.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，在步骤(3)中，所述对羟基二苯胺衍生物的结构为：
其中R1为H、C1-C8烷基、羟基或硝基。
12.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(3)中所述的醛为甲醛、乙醛、C3-C7的脂肪醛。
13.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，步骤(3)中所述曼尼希反应的温度为40℃-200℃，反应时间为1h-10h。
14.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，在步骤(1)、(2)和(3)的反应中加入溶剂或稀释剂，所述稀释剂包括矿物润滑油、聚烯烃、聚醚中的一种或多种。
15.按照权利要求1所述的阻垢组合物，其特征在于，所述曼尼希碱清净剂占整个阻垢组合物总质量的5-25％。
16.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。
17.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％。
18.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％。
19.阻垢组合物的用途，是权利要求1-18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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