專利名稱：粘性烴在水質緩沖液中的乳劑的制備方法
技術領域：
本發明涉及制成粘性烴在水質緩沖液中的乳劑的方法及，尤其是作為燃料使用的粘性烴在水質緩沖液中所成的雙型乳劑的制備方法。
低比重的粘性烴在加拿大、俄羅斯、美國、中國和委內瑞拉均發現有大量的供應，并且一般為室溫下粘度范圍在10,000cp至大于500,000cp的液體。這些烴類通常以多種不同方法生產出來，其中包括蒸汽注入法，機械泵法，采礦技術及結合使用這些方法。
生產出來之后，只要將這些烴類去鹽，去水及去除其它不需要的組分，就可以將其作為燃料使用。然而，作為一種燃料，這些烴類的粘度大高以至于不適合實際中使用。因此，將這些烴類制成水包油型乳劑以改善其粘度，相應地，改善其流動特性。當制成的乳劑中烴類物質與水的比值很高時，這些乳劑為非常好的燃料。可是，該乳劑并不穩定，如果不以表面活性劑或乳化劑穩定，它將很快破乳。不幸的是，商品乳化劑價格昂貴，因此，使得制成乳劑的成本提高。這一附加成本明顯影響使用粘性烴制成燃料乳劑這一方法的可行性。
已知粘性徑中本身含有可作為潛在表面活性劑的物質。理所當然，激活這些物質以提供天然的表面活性劑來穩定乳劑而不另外使用商品乳化劑是非常可取的方法，這一方法也因些提供了一種以制成燃料乳劑的方式使用粘性烴的更為實用的替代方法。天然存在于粘性烴中可作為潛在表面活性劑的物質包括多種羧酸，酯和酚類，這些物質在堿性pH環境下可被激活而成為天然的表面活性劑。已使用過氫氧化鈉作為填加劑以提供合適的pH。然而，氫氧化鈉不能保持水相的pH穩定，因此，合適的pH，激活的表面活性劑和乳劑本身均短暫存在。
當然，迫切需要一種利用存在于上述粘性烴類中的天然表面活性劑制成穩定乳劑的方法。
因此，本發明的主要目的是提供一種制備水包油型粘性烴乳劑的方法，該方法利用存在于粘性烴中的天然表面活性劑來保持乳劑的穩定性。
本發明進一步的目的是提供一種如上所述的方法，此方法尤其適用于形成雙型乳劑。
本發明進一步的目的是提供一種如上所述的方法，依此方法制成的乳劑可以作為燃料使用。
本發明的其它目的和優點將在下文中描述。
依據本發明，上文所述的目的和優點將很容易達到。
本發明包括一種用于制成穩定的單型或雙型，優選雙型的粘性烴在水質緩沖液中的乳劑的方法，依據本發明，將含有未激活表面活性劑的粘性烴在控制的條件下與一種水質緩沖液混合以形成單型的乳劑。水質緩沖液包括水，含量在大于或等于約30ppm的一種堿添加劑和含量在大于或等于約4,000ppm的一種緩沖添加劑。其中水質緩沖液的pH大于或等于約11。在攪拌能足以形成粘性烴在水質緩沖液中單型乳劑的條件下將粘性烴與水質緩沖液混合，其中單型乳劑中粘性烴的平均粒徑小于或等于5微米。水質緩沖液中的緩沖添加劑從粘性烴中提取出未激活的天然表面活性劑以穩定所制成的單型乳劑。依據本發明稀釋該單型乳劑，然后將另外的粘性烴與稀釋后的單型乳劑在優化的攪拌速率在混合以制成雙型乳劑，所述的優化攪拌速率足以制成粘性烴在水質緩沖液中的穩定雙型乳劑。按照本發明，所得的雙型乳劑為一穩定乳劑，其烴類與水質緩沖液的比在約60∶40至80∶20，烴類平均最小粒徑(DS)小于或等于約5微米，烴類平均最大粒徑(DL)小于或等于約30微米。
本發明中，在水質緩沖液中所使用的緩沖添加劑為一種水溶性的胺，其存在的濃度為優選約4,000ppm至約15,000ppm。
本發明的方法如以一可提供足夠能量的乳劑制備方法制取乳劑，可以制成穩定的雙型乳劑，本發明的方法優于在此之前的方法。
附圖簡要說明
圖1為說明本發明制備雙型乳劑方法的流程圖。
圖2為按照本發明方法制備單型乳劑和雙型乳劑時所得的粒徑分布圖。
圖3根據本發明方法與原有工藝方法的對比，說明了單型乳劑中混合能對粒徑的影響。
圖4根據本發明方法與原有工藝方法的對比，說明了雙型乳劑中混合能對粒徑的影響。
圖5說明了依據本發明方法制備單型乳劑時混合能對油滴粒徑的影響。
圖6說明了依據本發明方法制備雙型乳劑時混合能對油滴粒徑的影響。
本發明涉及一種制取粘性烴在水質緩沖液中乳劑的方法，尤其是制取作為燃料使用的粘性烴在水質緩沖液中的雙型乳劑的方法。
本發明步驟中所使用的自然形成的粘性烴類物質的特征為具有下述化學和物理性質
表I粘性烴特征碳78-85％氫9.0-11.0％硫2.0-4.5％氮0.5-0.7％灰粉 0.05-0.3％氧0.2-1.3％礬50-1,000ppm鎳20-500ppm鐵50-60ppm鈉20-100ppmAPI 5.0-10.0總酸量(mg KOH/g) 2.5-3.874°F時粘度 90,000-150,000cst熱量 15,000-19,000Btu/Ib瀝清 9.0-15.0％這些自然形成的粘性烴類物質含有未激活的表面活性劑，其中包括石碳酸，酚類和酯類，在適當的條件下，這些物質可被激活成為表面活性劑。
本發明中，水質緩沖液中的緩沖添加劑用作提取出粘性烴中的未激活的天然表面活性劑以制成穩定的乳劑。本發明中，水質緩沖液含有水，一種堿添加劑和一種緩沖添加劑，其中水質緩沖液的pH被控制在大于或等于約11。水質緩沖液中所使用的緩沖添加劑為一種水溶性胺。當制備單型乳劑時，我們發現緩沖添加劑的濃度須大于或等于1,000ppm。但是，當以本發明的方法制取雙型乳劑時，緩沖添加劑的量必須大于或等于4,000ppm。緩沖添加劑的濃度優選4,000ppm至15,000ppm，在4,000ppm至10,000ppm之間最為理想。水溶性的胺可含有一個烷基或至少兩個烷基。特別適于本發明方法使用的水溶性的胺包括下列物質乙胺，二乙胺，三乙胺，n-丁胺，三異丁基胺，二甲胺，甲胺，丙胺，二丙胺，仲丙胺，丁胺，仲丁胺及上述物質的混合物。
除緩沖添加劑外，所述水質緩沖液還包括一種堿添加劑，其濃度為大于或等于30ppm，優選30ppm至500ppm，30ppm至110ppm最理想。使用本發明的方法時堿添加劑和緩沖添加劑的聯合使用可產生協同作用。當聯合使用堿添加劑和緩沖添加劑時，形成具有所期望粒徑大小乳劑所需的混合能大大降低了。特別適用于本發明水質緩沖液中的堿添加劑包括可溶性的堿金屬鹽，堿土金屬鹽，堿金屬氫氧化物，堿土金屬氫氧化物，銨鹽，氫氧化烷基銨及它們的混合物。特別適用的堿添加劑包括氯化鈉、氯化鉀、硝酸鈉，硝酸鉀，氫氧化鈉，氫氧化鉀，硝酸鈣，氯化鈣，氯化鎂，硝酸鎂，氯化銨，氫氧化銨，氫氧化四銨，氫氧化四丙基銨及它們的混合物。
然后在足以形成粘性烴在水質緩沖液中的單型乳劑的攪拌速率下將粘性烴與水質緩沖液混合，其中，烴類的平均粒徑小于或等于約5微米。水質緩沖液中的緩沖添加劑從粘性烴中提取出未激活的天然表面活性劑以穩定所制成的乳劑。經發現，本發明所使用的方法中，大約60,000至200,000J/m3，優選60,000至150,000J/m3的混合能對于形成具有所預期油滴大小的單型乳劑是必需的。
如欲制備雙型乳劑，添加水將單型乳劑稀釋，然后將附加的粘性烴在攪拌下與稀釋后的單型乳劑混合，攪拌速率為足以制成具有下述物理和化學性質的穩定雙型乳劑。烴類與水質緩沖液的比在60∶40至80∶40之間，平均最小烴類粒徑(DS)小于或等于約5微米，平均最大烴類粒徑(DL)小于或等于約30微米，(DL)與(DS)的比大于或等于約4，優選大于或等于約10，其中粘性烴重量的70-90％為最大粒徑(DL)范圍內。本發明中，經發現，為制成上文所述雙型乳劑所需的混合能大約在80,000至1,000，000J/m3之間，優選在大約80,000至800,000J/m3之間。所制得的雙型乳劑的粘度在30℃和1S-1的條件下小于或等于約500cp。
附圖為闡明本發明方法的機理圖。在圖1中，將水和緩沖劑混合以制成水質緩沖液。然后在水質緩沖液中加入瀝清并在第一級混合器中混合以制成單型乳劑。接著，將第一級的單型乳劑以水稀釋并在稀釋后的單型乳劑中加入附加的瀝清。然后，使混合物進入第二級攪拌程序，其中所加的攪拌能可制成本發明的最終雙型乳劑產品。
本發明的方法將在下述實施例中作進一步的闡述。
實施例1本實施例闡述了本發明的穩定的水質緩沖液中雙型乳劑的制備。
制備水質緩沖液，其中含有7,000ppm的乙二胺和400ppm的NaOH，其中pH為約11。按照圖1所示的操作步驟，將具有表I所述性質的粘性烴類瀝清加熱至約70℃并在靜態混合器中與緩沖液混合。瀝清與水質緩沖液的比例定為60∶40。選擇帶有足夠混合配件的SMX40靜態混合器以提供約80,000J/m3的混合能。第一級操作步驟所制得的單型乳劑具有如圖2所示的粒徑分布。其平均粒徑小于2μm，瀝清與水質緩沖液的比例為60∶40。將單型乳劑以水稀釋以使瀝清∶稀釋水質緩沖液的比約為40∶60。將稀釋后的乳劑在70℃以另一個靜態混合器與附加的瀝清混合，瀝清與稀釋后的乳劑的比例應使最終所得乳劑的比例為80∶20。選擇帶有足夠混合配件的靜態混合器以提供大約300,000J/m3的混合能。從第二級靜態混合器出來的乳劑具有雙型乳劑結構，粒徑分布如圖2所示。大液滴的平均直徑為大約20μm，小液滴的平均直徑為大約2μm。本乳劑的粘度在30℃和1S-1的條件下為大約450cp。
實施例2本實施例闡述了堿添加劑和緩沖添加劑對于制取所需平均粒徑的乳劑所必需的混合能方面的協同作用。
在制備乳劑時使用不同量的堿和緩沖添加劑以激活瀝清內存在的天然表面活性劑。以瀝清與緩沖液之比為60∶40的比例將瀝清和緩沖液混合，混合使用混合能為120,000J/m3的混合器。所制得的單型乳劑中液滴大小的結果在表示II中給出。
表IINaOH 乙二胺 平均粒徑(ppm) (ppm)(μm)乳劑A 400 0 ＞100乳劑B 0 7,000 47.8乳劑C 400 7,000 3.4使用含有緩沖添加劑和堿添加劑的緩沖液與使用僅含有二者之一的緩沖液相比，在相同的攪拌能下，前者可獲得較小的粒徑。
實施例3本實施例闡述了本發明方法中混合能對于雙型乳劑形成的影響。
乳劑的制備方法如實施例2中所述，只是如圖1所示，在第一級和第二級的攪拌時使用動態混合器以供給所需的混合能。作為對照，參照美國專利4,776,977號以相同的混合器制備雙型乳劑。實驗結果在圖3和圖4中給出。
如圖3和4可見到的，本發明的方法需要大為減少的能量來制備相似粒徑大小的乳劑。對于制備小粒徑的乳劑，本新方法與美國專利4,776,977號的方法相比，僅需低于該方法60倍的能量。使用原工藝方法和本發明方法制備大粒徑乳劑時，可得到類似的結果。在原工藝方法中使用表面活性劑與本發明的方法相比，原方法在制取具有相似平均粒徑的乳劑時需要多于本方法60倍的能量。
實施例4本實施例闡述了以本發明方法制取雙型乳劑時混合能對于第一級混合和第二級混合所得的平均粒徑的影響。
如實施例1所述的方法制備乳劑，混合器采用SMX40型蘇爾茲靜態混合器，該混合器可用不同數目的混合配件改裝。靜態混合器上混合配件的數目可決定所使用的混合能。在圖5和6中可見實驗結果。
可以看到，在第一級混合時，可提供大約60,000J/m3混合能的靜態混合器對于制取平均粒徑低于3μm的乳劑是必需的。在第二級攪拌時，低于300,000J/m3的混合能對于制取平均粒徑低于30μm的乳劑是必需的。
實施例5本實施例用于闡述以不同的胺制備瀝青在水質緩沖液中的單型乳劑。
以實施例1中的方法制備單型乳劑。胺的濃度定為9,000ppm，并在緩沖液中加入400ppm的NaOH。緩沖液的PH為11。不同緩沖劑的實驗結果在下表III中給出。
表III緩沖劑 平均粒徑(μm)乙二胺 2.8乙胺 4.2丙胺 3.8乙胺+乙二胺(1∶1) 4.1實驗結果表明，以本發明方法使用不同的水溶性緩沖添加劑可制得粒徑小于或等于5微米的乳劑。
實施例6本實施例闡述了不同的堿添加劑對于形成單型乳劑的作用參照實施例5中所描述的方法。使用9,000ppm的乙二胺，pH值定為11和不同的堿添加劑制備不同的緩沖液。實驗結果在表IV中給出。
表IV添加劑 濃度(ppm) 平均粒徑(μm)NaCl 300 3.7K0H 400 3.2NaOH 400 2.8Mg(OH)2+NaOH 300+200 3.8NH4OH500 4.1實驗結果表明，粒徑小于或等于5微米的乳劑可以以本發明方法在緩沖液中使用不同的水溶性堿制得。
權利要求
1.一種制取粘性烴在水質緩沖液中穩定的雙型乳劑的方法，該方法包括下述步驟(a)提供含有未激活的天然表面活性劑的粘性烴；(b)制成含有下述物質的水質緩沖液水，含量大于或等于約30ppm的一種堿添加劑和含量大于或等于約4,000ppm的一種緩沖添加劑，其中水質緩沖液的pH大于或等于約11；(c)以大約50∶50至80∶20的比例將粘性烴與水質緩沖液混合，所使用的第一級混合能使其可以形成具有平均烴類粒徑小于或等于約5微米的粘性烴在水質緩沖液中的單型乳劑，依靠緩沖添加劑從粘性烴中提取出未激活的表面活性劑來穩定乳劑。(d)向單型乳劑中加入水以形成稀釋的單型乳劑；和(e)將附加的粘性烴與稀釋后的單型乳劑混合，所采用的第二級攪拌能足以形成具有下述物理和化學性質的粘性烴在水質緩沖液中的穩定雙型乳劑烴類與水質緩沖液的比例在大約60∶40至80∶20之間；平均最小烴類粒徑(DS)小于或等于約5微米；平均最大烴類粒徑(DL)小于或等于約30微米。
2.按照權利要求1所述的方法，其中緩沖劑為水溶性的胺。
3.按照權利要求1所述的方法，其中緩沖液的濃度在約4,000ppm至約15,000ppm之間。
4.按照權利要求3所述的方法，其中緩沖液的濃度在約4,000ppm至約10,000ppm之間。
5.按照權利要求2所述的方法，其中水溶性的胺具有一個烷基。
6.按照權利要求2所述的方法，其中水溶性的胺具有至少二個烷基。
7.按照權利要求2所述的方法，其中水溶性的胺所選擇的范圍包括乙胺，二乙胺，三乙胺，n-丁胺，三異丁胺，二甲胺，甲胺，丙胺，二丙胺，仲丙胺，丁胺，仲丁胺，及它們的混合物。
8.按照權利要求1所述的方法，其中堿添加劑以大約30ppm至大約500ppm的量加入水質緩沖液中。
9.按照權利要求8所述的方法，其中堿添加劑以大約30ppm至大約100ppm的量加入水質緩沖液中。
10.按照權利要求1所述的方法，其中堿添加劑所選擇的范圍包括水溶性堿金屬鹽，堿土金屬鹽，堿金屬氫氧化物，堿土金屬氫氧化物，銨鹽，氫氧化烷基銨及它們的混合物。
11.按照權利要求1所述的方法，其中堿添加劑所選擇的范圍包括氯化鈉，氯化鉀，硝酸鈉，硝酸鉀，氫氧化鈉，氫氧化鉀，硝酸鈣，氯化鈣，氯化鎂，硝酸鎂，氯化銨，氫氧化銨，氫氧化四銨，氫氧化四丙基銨及它們的混合物。
12.按照權利要求1所述的方法，其中粒徑比DL比DS大于或等于約4。
13.按照權利要求1所述的方法，其中粒徑比DL比DS大于或等于約10。
14.按照權利要求1所述的方法，其中粘性烴重量的約70％至約90％包括在最大粒徑DL的范圍內。
15.按照權利要求1所述的方法，其中第一級攪拌能在大約60,000至大約200,000J/m3之間。
16.按照權利要求1所述的方法，其中第一級攪拌能在大約60,000至大約150,000J/m3之間。
17.按照權利要求15所述的方法，其中制取DL與DS的比例大于或等于約4的雙型乳劑所需的第二級攪拌能在大約80,000至1,000,000J/m3之間。
18.按照權利要求16所述的方法，其中制取DL與DS的比例大于或等于約4的雙型乳劑所需的第二級攪拌能在大約80,000至大約800,000J/m3之間。
19.按照權利要求15所述的方法，其中制取DL粒徑小于或等于30μm的雙型乳劑所需的第二級混合能小于約1,000,000J/m3。
20.按照權利要求16所述的方法，其中制取DL粒徑小于或等于30μm的雙型乳劑所需的第二級混合能在大約80,000J/m3至大約800,000J/m3之間。
21.按照權利要求1所述的方法，其中粘性烴中未激活的天然表面活性劑所選擇的范圍包括石炭酸，酚類，酯類及它們的混合物。
22.按照權利要求1所述的方法，其中粘性烴所含有的總酸數大于或等于1。
23.按照權利要求1所述的方法，其中雙型乳劑的粘度在30℃和1S-1的條件下小于或等于大約500cp。
24.一種制取粘性烴在水質緩沖液中的穩定的單型乳劑的方法，它所包括的步驟有(a)提供含有未激活的天然表面活性劑的粘性烴；(b)制成含有下列物質的緩沖液水，含量大于或等于約30ppm的一種堿添加劑和含量大于或等于約1,000ppm的一種緩沖添加劑，其中水質緩沖液的pH大于或等于約11；和(c)以約50∶50至95∶5的比例將粘性烴與水質緩沖液混合，所使用的第一級混合能應使可形成具有平均烴類粒徑小于或等于約5微米的粘性烴在水質緩沖液中的單型乳劑，依靠緩沖添加劑從粘性烴中提取出未激活的天然表面活性劑來穩定乳劑。
25.按照權利要求24所述的方法，其中緩沖劑為水溶性的胺。
26.按照權利要求24所述的方法，其中緩沖液的濃度在約1,000ppm至約15,000ppm之間。
27.按照權利要求24所述的方法，其中緩沖液的濃度在約1,000ppm至約10,000ppm之間。
28.按照權利要求25所述的方法，其中水溶性的胺具有一個烷基。
29.按照權利要求25所述的方法，其中水溶性的胺具有至少兩個烷基。
30.按照權利要求25所述的方法，其中水溶性胺所選擇的范圍包括乙胺，二乙胺，三乙胺，n-丁胺，三異丁胺，二甲胺，甲胺，丙胺，二丙胺，仲丙胺，丁胺，仲丁胺及它們的混合物。
31.按照權利要求24所述的方法，其中堿添加劑以約30ppm至約500ppm的量加入水質緩沖液中。
32.按照權利要求24所述的方法，其中堿添加劑以約30ppm至約100ppm的量加入水質緩沖液中。
33.按照權利要求24所述的方法，其中堿添加劑所選擇的范圍包括堿金屬鹽，堿土金屬鹽，堿金屬氫氧化物，堿土金屬氫氧化物，銨鹽，氫氧化烷基銨及它們的混合物。
34.按照權利要求24所述的方法，其中堿添加劑所選擇的范圍包括氯化鈉，氯化鉀，硝酸鈉，硝酸鉀，氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鈣，硝酸鈣，氯化鈣，氯化鎂，氫氧化鎂，硝酸鎂，氯化銨，氫氧化銨，氫氧化四銨，氫氧化四丙基銨及它們的混合物。
35.按照權利要求24所述的方法，其中在混合過程中同時供給混合能以制取平均粒徑小于或等于約30μm，在30℃和1sec-1的條件下粘度小于或等于約1,500cp的乳劑。
36.按照權利要求35所述的方法，其中在混合過程中供給小于或等于約1,000,000J/m3的混合能。
37.按照權利要求35所述的方法，其中在混合過程中供給約80,000J/m3至約800,000J/m3的混合能。
全文摘要
一種制取穩定的雙型乳劑的方法，它包括將粘性烴與水質緩沖液在控制的條件下混合以制成平均烴類粒徑小于5微米的一級單型乳劑。然后將單型乳劑以水稀釋并將附加的粘性烴與稀釋后的單型乳劑混合，所使用的二級攪拌能足以制成雙型乳劑，其中該乳劑的平均最小烴類粒徑小于或等于5微米，平均最大烴類粒徑小于或等于約30微米。
文檔編號B01F3/08GK1132110SQ9512043
公開日1996年10月2日 申請日期1995年12月13日 優先權日1994年12月13日
發明者菲力克斯·希爾瓦, 赫西烈奧·里瓦斯, G·努涅斯, 多羅爾·帕索斯 申請人:英特衛普有限公司