RO115644B1

RO115644B1 - Geluri apoase, biodegradabile pe bază de guar şi derivaţi de guar şi procedeu de obţinere a acestora

Info

Publication number: RO115644B1
Application number: RO97-02376A
Authority: RO
Inventors: Monica Oana Toma; Maria Ilie
Original assignee: S.C. Petrostar S.A.
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2003-11-28
Also published as: RO115645B1; RO113248B1

Abstract

Invenţia se referă la geluri apoase pe bază de guar şi derivaţi de guar, şi la un procedeu de obţinere a acestora, geluri care sunt utilizate în domeniul de transport succesiv al produselor petroliere prin conducte. Gelurile conform invenţiei sunt constituite dintr-o soluţie apoasă de guar de concentraţie 0,5...1,5%, reticulată cu o soluţie apoasă de acid boric, la care se adaugă o soluţie de NaOH sau KOH. Procedeul conform invenţiei constă în reticularea unei soluţii apoase de guar sau derivat de guar cu o soluţie de acid boric, amestecând 5...10 min, la temperaturi de 15...25°C, ajustându-se pH-ul soluţiei finale prin adăugare de NaOH sau KOH sub formă de soluţie de concentraţie 5%.

Description

RO 115644 Β1

Invenția se referă la geluri apoase, biodegradabile, pe bază de guar și derivați de guar și la un procedeu de obținere a acestor geluri utilizate în domeniul de transport succesiv, al produselor petroliere, prin conducte și/sau curățarea interiorului conductelor de transport al fluidelor, prin antrenarea și suspendarea depunerilor solide, rămase în urma operației de montaj, sau acumulate în timpul exploatării acestora (nisip, oxizi, apă, parafine solide, culturi spontane de bacterii).

Se cunosc geluri sintetice, pe bază de alcool polivinilic sau poliacrilamidă pentru separarea tranșelor de produse petroliere sau geluri pe bază de polizaharide sau derivați ai acestora, constituite din 97% apă și 3% derivați de polizaharide.

Se cunoaște un procedeu de obținere a gelurilor biodegradabile, prin reticularea unei soluții de xantan în apă cu acid boric, la temperatura de 3O...4O°C, la care se adaugă un agent de gelifiere, continuând amestecarea până la obținerea viscozității prescrise.

Problema pe care o rezolvă invenția este de a stabili raportul optim dintre componente pentru obținerea gelurilor utilizate la transportul succesiv al produselor petroliere și la curățarea interiorului conductelor, precum și procedeul prin care se obțin aceste geluri.

Gelurile apoase pe bază de guar și derivați de guar, conform invenției, sunt constituite dintr-o soluție apoasă de guar sau carboximetil hidroxipropil guar, având o concentrație de 0,5...1,5% reticulată cu o soluție de acid boric având o concentrație de 0,1 ...1 % în raport volumetric de 1:1,5...10 părți volumetrice soluție de NaOH sau KOH de concentrație 5% și prezintă o viscozitate dinamică de 22.000...75.000 cP, într-un domeniu de pH de 8...1.

Procedeul de obținere a gelurilor, prin amestecare și reticulare, conform invenției, constă în aceea că se reticulează o soluție apoasă de guar sau carboximetil hidroxipropil guar cu o concentrație de 0,1...1%, 0,5...1,5% cu o soluție apoasă de acid boric, amestecând timp de 5...10 min, la temperaturi de 15...25°C, ajustându-se pH-ul soluției rezultate, prin adăugare de 5...8 părți volumetrice soluție de NaOH, având o concentrație de 5% sau 6...10 părți volumetrice soluție KOH având o concentrație de 5%.

Gelurile pe bază de guar și carboximetil hidroxipropil guar prezintă proprietăți înalt viscoelastice, ceea ce le permite să păstreze fidel interfața gel - produs, nefiind afectate de zonele cu diametru interior variabil.

Abilitatea de a se reface în câteva secunde, după parcurgerea unei strangulări și, implicit, asigurarea unei perfecte separări a produselor transportate, reprezintă unul dintre cele mai importante performanțe ale gelurilor obținute din polimeri naturali.

Un alt avantaj, față de produsele folosite până acum, al gelurilor pe bază de guar și carboximetil hidroxipropil guar este reprezentat de capacitatea de a antrena și suspenda cantități foarte mari de depuneri solide, din conductă, fără a exista pericolul blocării lor, în timpul transportului și fără a-si pierde comportarea viscoelastică.

Gelurile din polimeri naturali prezintă avantajele că se hidratează mult mai ușor (5...10 min) decât gelurile sintetice, sunt mai stabile termic (-25°C...+60°C) și, în timp (mai mult de 10 zile) și, de asemenea, prezintă avantajul că se distrug complet după utilizare, prin metode simple, respectiv, tratare cu enzime, oxidanți sau varierea pH-ului, refăcându-se structura de gel prin readucerea pH în domeniul 8...11.

Gelurile pe bază de guar și carboximetil hidroxipropil guar sunt compatibile cu mediul înconjurător și sunt ușor degradabile, la o tratare cu enzime, oxidanți sau variere pH. Sunt stabile în timp (cel puțin 10 zile) și la temperatura (-25...+60°C). Se hidratează mai ușor decât polimerii sintetici și au o abilitate ridicată de a păstra interfața gel - produs, având o capacitate deosebită de a se reface (câteva secunde), când gelul a parcurs o strangulare. Capacitatea de refacere a structurii se explică prin faptul că interacțiunile polimer - borat se rup și se refac continuu.

Până în prezent, pentru transportul succesiv al tranșelor de produse petroliere, s-a utilizat contactarea directă a produselor petroliere lichide, dar aceasta conduce la formarea unei zone de amestec, fiind necesară recuperarea produselor, prin separare.

RO115644 Β1

Un alt procedeu constă în delimitarea tranșelor de produse petroliere, folosind separatori mecanici, cum ar fi discuri, sfere gonflabile din neopren, pistoane, manșete sau separatori din spume poliuretanice, de diferite densități.

Se mai cunoaște procedeul de separare tranșe produse petroliere cu geluri sintetice, 55 pe bază de alcool polivinilic sau poliacrilamidă.

Operația de curățare a interiorului conductelor de transport, prin antrenarea depunerilor solide sau lichide, se realizează în prezent prin spălare cu apă sub presiune, deci cu un consum energetic ridicat și eficacitate scăzută. Curățarea periodică a conductelor, în vederea prevenirii unei scăderi a capacității de transport se realizează, în prezent, cu dopuri me- 60 canice, care prezintă riscul de blocare în cazul conductelor cu diametru variabil și schimbare de direcție.

Polimerul, fiind un polizaharid, deci compus polihidroxilic cu grupe hidroxil în poziție cis, vicinale spațial, formează cu ionul borat complecși, obținându-se reticulare atât în interiorul lanțului, cât și între lanțurile moleculare de polimer, atunci când grupele hidroxil devin 65 vicinale spațial. La introducerea acidulu boric Tn apă au loc mai multe reacții de echilibru, reacția predominantă, în soluții diluate, fiind:

B(OH)₃ + OH = B(OH)₄

Alți produși de hidroliză sunt B₂(OH)/, B₃(OH) _w, B₄(OH)²‘ etc., având ca formulă generală

B_x(OH)^y _3x+y

Se pot forma atât complecși 1:1, în care ionul borat se leagă de o pereche de cis diol, 75 a unei molecule de galactoză, cât și complecși 2:1, dar într-o mai mică măsură, în care ionul borat leagă două perechi de cis diol, aparținând unor molecule diferite de galactoză. Cei doi complecși ai boratului se formează la un pH ridicat, fiind dependent si de temperatura de lucru. La 24°C și pH = 11, conversia acidului boric în ioni borat este completă, iar o creștere a pH-ului nu afectează concentrația în ioni borat, de aceea, în aceste condiții, concentrațiile 80 în complecși 1:1 și 2:1 sunt maxime. Dacă temperatura crește, echilibrul de transfer al acidului boric în ion monoborat se deplasează spre formare de acid boric, scăzând concentrația în ion borat, capabil să complexeze.

Se dau, în continuare, 2 exemple de realizare a gelurilor, prin procedeul conform invenției. 85

Exemplul 1. într-un pahar Berzelius de 250 ml, se introduc 50 ml soluție acid boric 0,1%, care se tratează cu 50 ml soluție apoasă de guar 1%, sub agitare timp de 10 min, obținându-se o soluție cu viscozitate dinamică 23.000 cP, la o viteză de forfecare de 2,58 S¹. Soluția obținută este tratată cu 5 ml NaOH 5%, continuând agitarea, la o temperatură de 24°C. Se formează un gel cu viscozitate dinamică 51.000 cP la o viteză de forfecare de 90 2,58 S¹.

Exemplul 2. într-un pahar Berzelius de 250 ml, se introduc 50 ml soluție acid boric 0,1%, care se tratează cu 50 ml soluție apoasă carboximetil hidroxipropil guar 1%, sub agitare timp de 10 min, obținându-se o soluție cu viscozitate dinamică 43.000 cP, la o viteză de forfecare de 2,58 S¹. 95

Pentru exemplificarea celor de mai sus și demonstrarea proprietăților reologice ale gelurilor realizate prin procedeul conform invenției, s-au efectuat următoarele măsurători ale viscozității dinamice pe Rheometer RC1, prezentate în tabelul 1.

Claims

RO 115644 Β1 Tabelul 1 N r . crt. D(1/s) v(rpm) Gel 1 Gel 2 Gel 3 Gel 4 t μ t μ t μ t μ

1. Geluri apoase, biodegradabile, pe bază de guar și derivați de guar, caracterizat prin aceea că sunt constituite dintr-o soluție apoasă de guar sau carboximetil hidroxipropil guar, având o concentrație de 0,5...1,5% reticulată cu o soluție de acid boric, având o concentrație de 0,1...1 % în raport volumetic de 1:1, 5...10 părți volumetrice soluție de NaOH sau KOH de concentrație 5% și prezintă o viscozitate dinamică de 22.000...75.000 cP, într-un domeniu de pH de 8...11.

1. 2,58 2 58,15 22519 131,98 51022 112,59 43607 195,44 75692

2. 5,16 4 105 20333 179,35 34764 126,2 24447 233,9 45343

3 7,74 6 131,88 17036 239,5 30933 130,7 16870 232,2 29982

4 10,33 8 131,22 12705 269,21 25065 119,9 11612 220,7 21369

5 12,91 10 147,47 11423 342,9 26560 104,63 6106 164,43 12736

6 15,49 12 170,11 10980 361,02 23303 82,86 5348 67,93 4384

7 18,27 14 144,89 8017 390,10 21584 59,95 2930 77,47 4286

8 20,66 16 137,63 6663 451,37 21849 23,63 1144 82,62 3999

9. 23,24 18 156,82 6749 462,9 19914 24,42 1051 78 33567

10. 25,82 20 185,34 7179 485,21 18799 25,81 1000 86,91 3367

Gel 1 are compoziția 1% guar, 0,1% acid boric; 0,25% NaOH și până la 100% apă. Gel 2 are compoziția 1,5% guar; 0,1% acid boric; 0,25% NaOH și până la 100% apă. Gel 3 are compoziția 1% carboximetil hidroxipropil guar, 0,1% acid boric; 0,25% NaOH și până la 100% apă.

Gel 4 are compoziția 1,5% carboximetil hidroxipropil guar, 0,1% acid boric; 0,25% NaOH și până la 100% apă.

Gelurile din guar prezintă o variație mai lentă a viscozității dinamice cu efortul de forfecare, ceea ce permite păstrarea proprietăților de gel și la viteze mai mari de transport.

Revendicări

2. Procedeu de obținere a gelurilor definite în revendicarea 1, prin amestecare și reticulare, caracterizat prin aceea că se reticulează o soluție apoasă de guar sau carboximetil hidroxipropil guar de concentrație 0,5...1,5%, cu o soluție apoasă de acid boric având o concentrație de 0,1...1% amestecând timp de 5...10 min, la temperatura de 15...25°C, ajustându-se pH-ul soluției rezultate, prin adăugare de 5...8 părți volumetrice soluție de NaOH, având o concentrație de 5% sau 6...10 părți volumetrice soluție KOH, având o concentrație de 5%.

Președintele comisiei de invenție: ing. Stela Florea

Examinator: ing. Daniela Teodorescu

Editare și tehnoredactare computerizată - OSIM

Tipărit la: Oficiul de Stat pentru Invenții și Mărci