Свойства сульфанола, полученного из низкомолекулярного полиэтилена

АННОТАЦИЯ

В статье приведены некоторые коллоидные и технологические свойства сульфанола полученного из низкомолекулярного полиэтилена (НМПЭ) – отхода производства ООО “Шуртанский ГХК”. Приведены принципиальная технологическая схема получения сульфанола и результаты приготовления облегченных буровых растворов с применением полученных образцов сульфанолов.

ABSTRACT

The article describes some of the colloidal and technological properties of sulfanol obtained from low molecular polyethylene – waste production of "Shurtan gas chemical complex" LLC. Shows a flowchart schematic process for preparation of sulfanol and results of preparation facilitated drilling fluids using sulfanol samples.

Ключевые слова: Сульфанол, сульфирование, олеум, бурение, поверхностно-активное вещество (ПАВ), низкомолекулярный полиэтилен (НМПЭ), реагент, сульфонаты.

Keywords: Sulphanole, sulfonation, oleum, drilling, surface active substance (SAS), low-molecular polyethylene (LMP), reagent, sulphonate.

Сульфанол применяется в нефтегазовой промышленности для приготовления облегченных буровых растворов, увеличения нефтеотдачи пластов, путём обработки призабойной зоны скважин [1,2]. Нефтяные сульфонаты получают главным образом прямым сульфированием нефтепродуктов (дистиллятов, остаточных масел) с последующей очисткой и нейтрализацией образующейся смеси сульфокислот [3-5]. Состав сульфонатов определяется составом исходного углеводородного сырья и способом сульфирования. Сульфирующие агенты-газообразный или жидкий SO₃, смесь жидких SO₂ и SO₃, олеум и др. Основные продукты сульфирования-алкилароматичные, нафтенароматичные и в меньшей степени, алифатичные сульфокислоты. Очистку сульфокислот от кислого гудрона ведут в растворителе отстаиванием, центрифугированием, фильтрованием, водной экстракцией (от растворимых примесей); иногда дополнительно используют адсорбционную очистку на силикагеле, активированной глине и др. сорбентах; нейтрализуют очищенные сульфокислоты щелочами или аминами.

Как известно, при сульфировании ненасыщенных алифатических соединений, в зависимости от условий реакции, сульфогруппа присоединяется по месту двойной связи или замещает атом водорода у одного из атомов углерода, образующих двойную связь [6,7]. Последнее и является собственно сульфированием. В результате действия хлорсульфоновой кислоты при температуре около 0 ⁰С на высшие олефины  образуются алкен-сульфокислоты.

Нами разработан способ синтеза технического сульфанола сульфированием фракций низкомолекулярного полиэтилена и последующей щелочной нейтрализацией. На рисунке 1 представлена принципиальная технологическая схема получения технического сульфанола по разработанному нами способу.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема получения технического сульфанола: 1. Дозатор;  2. Сульфуратор; 3. Холодильник; 4. Нейтрализатор; 5. Насос; 6. Разделитель

Алкены сульфируются олеумом по следующей общей реакции:

RCH=CH₂ + H₂SO₄ ^. nSO₃  RCH (CH₃)OSO₃H (R=C₁₂ – C₂₀)

При нейтрализации щелочью олефинсульфокислоты превращаются в соответствующие соли, а 1,2-сультон - в соль a-оксисульфокислоты. 1,3- и 1,4-сультоны гидролизуются с образованием соответствующих смесей олефинсульфонатов натрия:

RCH=CHCH₂CH₂SO₃Na и RCH₂CH=CHCH₂SO₃Na.

Нами изучены коллоидно-химические свойства полученных ПАВ.

На рис. 2 приведены зависимость поверхностного натяжения водных растворов ПАВ от концентрации.

Рис.2. Изменение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ.

1 - ОС-10; 2 - ОС-11; 3 - ОС-12

По результатам исследования кинетики разрушения пены (табл. 1), полученных на основе водных растворов ПАВ, лучшие показатели зафиксированы у раствора: ОС-12 (0,2 %), этот раствор также обладает лучшей устойчивостью во времени. Худшие показатели отмечены у растворов ОС-2  (0,2 %) и ОС-7 (0,2 %).

Таблица 1

Стабильность и кинетика разрушения пены, полученных из растворов ПАВ

Полученные образцы сульфанолов были добавлены к исходным буровым растворам и измерена плотность полученных смесей с использованием специальных ареометров. Результаты измерения плотности  буровых растворов с добавлением сульфанолов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Технологические свойства буровых растворов

Из данных таблицы 2 видно, что разработанные образцы сульфанолов понижают плотность исходных буровых растворов.

Заключение

Синтезированные анионные ПАВ ОС-12 и ОС-11 снижают поверхностное натяжение водных растворов до 38 и 40 мН/м, соответственно, наибольшей поверхностной активностью обладает ОС-12. Соответственно лучшие показатели пенообразования и стабильности пены у образца ОС-12.

Список литературы:
1. Н.А Петров, В.М. Юрьев, Хисаева А.И. Синтез анионных и катионных ПАВ для применения в нефтяной промышленности / Учеб. пособие/ УГНТУ. – Уфа, 2008. – 54с.
2. Ланге К. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение / Перевод с англ. – М.: Из-во «Профессия», 2016. – 240 с.
3. Шехтер Ю.Н., Крейн С.Э. Поверхностно-активные вещества из нефтяного сырья. - М.: Химия, 1971. – 488 с.
4. Жидкова М.В., Коновалов В.В., Городнов В.П. Исследование возможности получения анионных поверхностно-активных веществ из низкокачественного углеводородного сырья для повышения нефтеотдачи пластов // Управление техносферой. -2018. -Т.1.- Вып. 1. -С. 34 – 46.
5. Петров Н.А. Научные основы и особенности синтеза ионогенных поверхностно-активных веществ для применения в нефтяной промышленности // Автореф. дисс. ….. доктора хим. наук . –М.: 2008. – 45 с.
6. Юрьев Ю.К. Практические работы по органической химии. - М.: Издательство МГУ, 1964. – 259 с.
7. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. - М.: Химия, 1988. – 592 с.