專利名稱：利用動態(tài)混合的穩(wěn)定的雙峰乳狀液的制造技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙峰乳狀液的制備，尤其涉及制備可避免其中的添加劑(如表面活性劑)的膠凝化的乳狀液的方法。
背景技術(shù)：
在加拿大，美國，中國，尼日利亞和委內(nèi)瑞拉發(fā)現(xiàn)大量粘性的烴類，比如天然的瀝青。在室溫下，這些瀝青一般是具有1000到600,000cp粘度的液體。這粘度，以及這些物質(zhì)相對低的反應(yīng)性，使它們非常難以處理。解決這些問題的方法是制備這些材料在水中的乳狀液，由此降低它們的粘性。
已提出了一些制備這些乳狀液的方法，而且，這些乳狀液必須用加到烴類中和/或在烴類中活化的乳化劑或表面活性劑穩(wěn)定化。然而，用來形成穩(wěn)定的乳狀液的添加劑，由于是以濃的形式提供，而且，在用水稀釋到相對低的要求量時，傾向于膠凝化，通常會碰到很多困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目標(biāo)是提供制備粘性烴類在水中的雙峰乳狀液的方法，它可避免這些及其它的問題。
本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供制備穩(wěn)定和有用的終端產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的其他目標(biāo)和優(yōu)點將在下面顯示。
附圖的簡要說明本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明，參考所附的圖表，其中

圖1圖解說明本發(fā)明的方法；圖2說明典型的表面活性劑物質(zhì)，在水中不同濃度的膠凝化溫度；圖3說明可用于避免膠凝化的只加熱方法；圖4說明本發(fā)明優(yōu)選的應(yīng)用加熱的實施例，利用混合能，以避免凝膠的形成；
圖5圖解說明本發(fā)明優(yōu)選的混合，以及優(yōu)選的添加劑注入器的安置；圖6圖解說明制備粘性烴在水中的雙峰乳狀液的綜合過程；圖7進(jìn)一步說明圖1形成大直徑液滴方法的部分；圖8進(jìn)一步說明圖1形成小直徑液滴方法的部分；圖9說明對于本發(fā)明雙峰乳狀液大液滴直徑部分的形成，剪切速率與平均液滴大小之間的關(guān)系；圖10說明對于本發(fā)明雙峰乳狀液小液滴直徑部分的形成，平均液滴大小與剪切速率之間的關(guān)系；和圖11說明本發(fā)明產(chǎn)生的雙峰乳狀液的液滴大小的分布。
具體說明本發(fā)明涉及制備雙峰乳狀液的方法，包括添加劑和表面活性劑溶液的制備，其中，利用加熱和靜態(tài)混合器，避免添加劑的膠凝化。
本發(fā)明形成雙峰水包瀝青乳狀液所使用的表面活性劑添加劑，按下面討論的方法制備，以避免在用乳狀液水相稀釋時表面活性劑的膠凝化。
圖1圖解地說明幾種添加劑10，12，14加到水液流16的方法。根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，添加劑10和14是水溶的，不膠凝，所以可在任何便利的點加入。
然而，添加劑12是一種在室溫與水混合會發(fā)生膠凝化的添加劑。所以，將液流16加到加熱器18，使液流16的溫度從室溫升高至Tc，Tc大于室溫，最好小于添加劑12的最高膠凝化溫度TG。然后，將加熱的液流20加到靜態(tài)混合器22，通過靜態(tài)混合器的入口24，賦能給液流。一旦至少一些能量已賦予液流，然后把添加劑12加入靜態(tài)混合器，最好在添加劑入口26，它在圖1中圖解地標(biāo)明。
盡管液流20的溫度尚未加熱到高于膠凝化溫度TG的溫度，有利地發(fā)現(xiàn)賦予混合器22中液流20的能量，已足以防止添加劑12的凝膠形成。
排出靜態(tài)混合器22的液流28，有利地包括水16和添加劑12基本上均質(zhì)且無凝膠的混合物，以及任何其他添加劑10及根據(jù)需要提供的添加劑。
如上面提到的，添加劑10和14是水溶的，可在任何點加入。因此，在圖1說明的實施例中，添加劑10加到加熱器18和靜態(tài)混合器22的液流16上游，而添加劑14加到混合器22的下游。
仍參考圖1，液流28本身可在溫度Tc送到進(jìn)一步加工步驟，比如，乳狀液形成步驟或類似步驟，尤其，當(dāng)這方法在溫度Tc有效時。這是有利的，因為用于形成溶液的熱，可再次用在這乳狀液制備中，從而提高方法的效率。
對于其他要求較低溫度的方法，液流28可送到如圖解說明的冷卻器30，以便降低溫度至溫度Tp，該溫度更適合要求的方法。
參見圖2-4，圖2顯示具有膠凝化傾向的液體添加劑的典型凝膠化的溫度分布圖，并顯示添加劑在水中各濃度的膠凝化溫度。如所顯示的，在高濃度，添加劑實質(zhì)上在任何溫度都是液體。然而，也應(yīng)清楚，如果僅把這種物質(zhì)加入水中，以便在低溫降低濃度，添加劑肯定將膠凝化，并導(dǎo)致各種問題。
具有如圖2所示膠凝化分布圖的一類添加劑，是制備油/水乳狀液使用的表面活性劑。例如，非離子表面活性劑，如乙氧基化的壬基基酚(NPE)具有如所述的分布圖。通常，對應(yīng)于圖2中所示的點32，NPE一般以在水中濃度至少80％供應(yīng)，更多的是以90％或以上供應(yīng)。對應(yīng)于圖2所示的點34，一般在濃度小于1.0％，優(yōu)選0.2％使用這種表面活性劑。根據(jù)本發(fā)明，提供的方法允許從點32到點34稀釋而不需加熱超過溫度TG，而且，沒有凝膠的形成。
圖3說明在加熱到一個高于TG的溫度時，必須從室溫加熱和冷卻到加工溫度。雖然這可避免凝膠的形成，但要認(rèn)識到加熱和冷卻成本會是相當(dāng)高的。
現(xiàn)參見圖4，本發(fā)明較好的方法顯示添加劑用加熱到溫度Tc的水稀釋，該溫度高于室溫，但低于最高凝膠形成溫度TG。這在膠凝形成分布圖上明顯移高添加劑，使得從靜態(tài)混合器賦予的能量，可成功地防止凝膠的形成，使希望的液基或水有效混合。
很明顯，本發(fā)明方法的加熱和冷卻成本與圖3的相比，大大降低。而且，用于提供所需能量的靜態(tài)混合器，有效地運行，可靠且便宜。
現(xiàn)參見圖5，它表明添加劑入口的優(yōu)選安置。圖5圖解地顯示靜態(tài)混合器，其中，混合器22有一系列渦流賦予元件36，每個具有對應(yīng)于沿混合器22 90°旋轉(zhuǎn)的長度Lm?；旌掀?2和元件36還有直徑do。根據(jù)本發(fā)明，表面活性劑或添加劑入口38，或優(yōu)選許多入口38，有利地定位在第三渦流賦予元件36起始的下游距離Lb，該距離優(yōu)選大約等于Lm/4。而且，入口或入口38有利地以距離h向內(nèi)延伸到混合器22，h優(yōu)選等于約do/4。這有利于把添加劑，在一個充分賦予渦流能量的點注射到液流，可避免凝膠在低于凝膠形成溫度的溫度下形成。這有利于提供本發(fā)明所獲得的極佳結(jié)果。
很明顯，所提供的溶液制備方法可以連續(xù)的方式進(jìn)行，并提供下游產(chǎn)品的制備，比如水包粘性烴的高質(zhì)量乳狀液，因為表面活性劑濃度在整個水相均勻地分布。而且，很明顯，該方法以最少的用于加熱和/或冷卻的能量，以及利用需要最小維修量的混合器，提供這些極佳的結(jié)果。
現(xiàn)參見圖6，提供本發(fā)明整個方法的圖解說明。在圖6中，所示第一模塊或過程50(process50)，對應(yīng)于如上面圖1-5所討論的添加劑溶液的制備方法。
如圖所示，形成的液流52，以水和所需添加劑的基本上均質(zhì)的混合物為宜，該液流被分為第一部分54和第二部分56。然后，第一部分54送到模塊58，用粘性烴60制備大液滴直徑乳狀液，而第二部分56送到模塊62，用粘性烴64制備小液滴直徑乳狀液。然后，按要求，形成的乳狀液66，68，與另外的水70在模塊72中有利地混合，以便提供最后的雙峰乳狀液。
參見圖7，進(jìn)一步說明圖6的制備大直徑乳狀液的模塊58。如圖所示，在注射到粘性烴60的液流中之前，溶液液流52可與另外的水74混合，通過粗混合器76，。然后該混合物，如果需要，通過粗混合器78送到動態(tài)混合器80，該動態(tài)混合器在足以產(chǎn)生所要求的液滴大小的乳狀液的剪切速率下操作，在這例子中，該尺寸優(yōu)選大于或等于約20微米。形成的乳狀液以烴與水的比在80∶20和85∶15間為宜。
圖8圖解地說明圖6的制備小直徑體積乳狀液的模塊62，顯示在混合或注射到粘性烴64的液流中之前添加劑溶液的第二部分56與另外的水82混合，輸送通過粗混合器84，。然后該混合物送到粗混合器86，再送到動態(tài)混合器88，該動態(tài)混合器在足以形成要求的小液滴尺寸乳狀液的剪切速率下操作，該尺寸優(yōu)選小于或等于約3微米。形成的乳狀液以烴與水的比約90∶10為佳。在動態(tài)混合器88后，這樣形成的小直徑液滴尺寸乳狀液，可用另外的水90混合或稀釋，然后按要求送到模塊72。
圖9和10顯示根據(jù)本發(fā)明，足以形成大、小液滴尺寸乳狀液要求的乳狀液液滴尺寸的剪切速率。
如圖9中所示，為了得到在20微米范圍內(nèi)的液滴尺寸，優(yōu)選使用的剪切速率在約100和約300秒-1之間為宜。
如圖10中所示，用動態(tài)混合器提供小于約3微米的液滴尺寸，使用的剪切速率超過約1000秒-1。
在混合兩液滴尺寸乳狀液的模塊72中，對混合大液滴尺寸乳狀液66與小液滴尺寸乳狀液68以及另外的水70，可再提供一個更粗的、靜態(tài)的或動態(tài)的混合器，以便提供所要求的最后的雙峰乳狀液。在這方面，優(yōu)選加入另外的水70，以使乳狀液中最后的水含量至少約29％體積。
優(yōu)選的制備本發(fā)明乳狀液的烴包括原油，粘性烴，精煉殘留物，天然瀝青，以及它們的混合物。如前面所述，本方法對于瀝青特別有用。本發(fā)明使用的特別優(yōu)選的粘性烴，以及在下面實施例中使用的烴，具有表1中列出的性質(zhì)。
表1

在第一模塊中加到水相的添加劑，較好是市售的非離子或陰離子表面活性劑，pH緩沖添加劑，可存在于有機相的非活性表面活性劑，以及它們的組合。
下面的實施例表明使用本發(fā)明的溶液制備方法得到的極佳結(jié)果。
實施例1在本實施例中，用具有3/4英寸×12元件的KenicsTM混合器，在溫度35℃，混合乙氧基化的壬基苯酚(NPE)和水。該水已從室溫加熱到35℃。混合以不同的水流速率和添加劑流速率進(jìn)行，根據(jù)送到混合器的材料、過程溫度和混合器的特性確定由靜態(tài)混合器賦予的混合能量。下面的表2列出在各種條件下得到的溶解的量。
表2

如所顯示的，對于所示液流，在混合能量40瓦特/公斤及以上，得到極佳的溶解。在混合能僅為4瓦/千克時，只得到78％的溶解。因此，本發(fā)明靜態(tài)混合器提供的混合能量，明顯有助于避免凝膠形成，并增強添加劑的完全溶解。
實施例2此實施例中，加熱水的液流在沿混合器的三個不同位置，與表面活性劑混合，以便顯示添加劑注入器的有利位置。
在第一個例子中，添加劑與水一起在混合器的入口注射。在第二評估中，添加劑在圖5所示選擇點，通過一個注射器注射。最后，在第三評估中，添加劑通過定位在圖5所示點的兩個注射器注射。
添加劑在入口引入到混合器，只得到72％溶解。添加劑通過進(jìn)口下游的一個注射器引入，得到80％溶解。添加劑通過進(jìn)口下游兩個注射器注射，如圖5所示，得到94％溶解。因此，本發(fā)明注射器或添加劑進(jìn)口的定位，如要求增強溶解。
很明顯，根據(jù)本發(fā)明，已提供了制備穩(wěn)定的雙峰水包瀝青乳狀液的方法，在此乳狀液中，按要求，避免了表面活性劑的膠凝。
實施例3此實施例顯示天然瀝青，在市售非離子表面活性劑和pH緩沖劑的水溶液中，根據(jù)圖6中所示的方法，制備具有大的平均液滴體積的穩(wěn)定單峰乳狀液。使用含1850mg/k(按瀝青計)市售的非離子表面活性劑三癸基乙氧化醇的水溶液，HLB數(shù)在15左右，以及1850mg/k(按瀝青計)在65℃水中的單乙醇胺。單乙醇胺溶液的pH是10.56。為了促進(jìn)表面活性劑和單乙醇胺的有效溶解，以及兩個添加劑好的均化，使用KenicsTM靜態(tài)混合器。粘性的烴或具有如表1所述特性的天然瀝青，加熱到80℃。瀝青與表面活性劑及pH緩沖劑水溶液的混合物比建立在85∶15。對于它們最初的接觸，選擇元件數(shù)少的靜態(tài)混合器。在一個類似于美國專利號5399293中權(quán)利要求的動態(tài)混合器中進(jìn)行乳狀液的制備。這種情況下，為了平均剪切速率190/秒，使用Orimixer型動態(tài)混合裝置，如圖7中所示，可得到平均液滴尺寸20微米的乳狀液。形成的單峰乳狀液，具有與平均液滴尺寸相關(guān)的、非常類似于圖7中所示的分布。
實施例4此實施例顯示按照圖1所述的方法，制備小液滴平均尺寸的、天然瀝青在市售非離子表面活性劑和pH緩沖添加劑的水溶液中的穩(wěn)定單峰乳狀液。使用1850mg/k(按瀝青計)三癸基乙氧化醇的水溶液，其HLB數(shù)約15。該溶液還含1850mg/k的單乙醇胺，它的pH是10.56。溶液加熱到65℃，有效溶解表面活性劑，并使加入的單乙醇胺均化。為了混合乳狀液的組分，使用管道內(nèi)(in line)的KenicsTM或有適當(dāng)元件數(shù)的靜態(tài)混合器。粘性的烴或具有如表1所述特性的天然瀝青，加熱到80℃。瀝青與表面活性劑及pH緩沖劑水溶液的混合物比建立在90∶10。對于它們最初的接觸，選擇元件數(shù)少的靜態(tài)混合器。乳狀液的制備獨立地在具有平型混合器葉片的動態(tài)混合器中進(jìn)行。在這種情況下，得到的平均剪切速率為1200/秒，產(chǎn)生的乳狀液的平均液滴尺寸為3微米，如圖8中所示。形成的單峰乳狀液，具有與它們的平均液滴尺寸相關(guān)的、非常類似于圖8中所示的分布。
實施例5這實施例顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，制備天然瀝青在市售非離子表面活性劑和pH緩沖添加劑的水溶液中的穩(wěn)定的雙峰乳狀液。按圖6所示，制備大、小平均液滴尺寸的乳狀液。在這特殊情況下，使用兩個乳化模塊。一個模塊產(chǎn)生平均液滴尺寸為20微米的乳狀液。另一個乳化模塊產(chǎn)生平均液滴尺寸為3微米的乳狀液。隨后，兩個乳狀液以大液滴乳狀液與小液滴乳狀液的比為80∶20(體積比例)混合，以得到雙峰乳狀液。此后雙峰乳狀液以天然瀝青與水的比相當(dāng)于70∶30，用水稀釋。為了均化和稀釋雙峰乳狀液，使用提供有6個混合元件的SulzerTM靜態(tài)混合器。圖11所示為形成乳狀液的平均液滴尺寸有關(guān)的分布。分別按實施例3和4中所述的步驟進(jìn)行大、小直徑液滴乳狀液制備。在實際的情況下，根據(jù)最后乳狀液的性質(zhì)和要求，在大直徑乳狀液小直徑乳狀液比例的基礎(chǔ)上，它們以滿足比例60∶40至40∶60的量制備。
應(yīng)理解，本發(fā)明不限于這里所述和所示的例證，認(rèn)為它們僅僅是實行本發(fā)明最好模式的例證，對它們可進(jìn)行形式、體積、部件的安置和具體操作的改變。本發(fā)明包括權(quán)利要求定義的精神和范圍之內(nèi)的所有這些改變。
權(quán)利要求
1.制備水包粘性烴的雙峰乳狀液的方法，包括下列步驟提供在室溫的水的液流；提供至少一種液體添加劑，在低于膠凝溫度TG與水混合時，該液體添加劑趨于發(fā)生膠凝化；加熱所述的液流，提供溫度為TC的加熱液流，Tc高于室溫，低于所述的膠凝化溫度TG；把所述加熱的液流送到混合器，該混合器有混合器入口，能為所述的加熱液流提供能量；把所述液體添加劑送到所述混合器入口下游的所述加熱液流中，所述液體添加劑與所述液流混合，所述能量阻止所述液體添加劑的膠凝化，以便提供添加劑在水中的基本上均質(zhì)的溶液；把所述溶液分成第一部分和第二部分；在第一動態(tài)混合器中混合所述的第一部分與粘性烴，提供具有第一平均液滴尺寸的第一個水包烴的乳狀液；在第二動態(tài)混合器中混合所述的第二部分與粘性烴，提供具有第二平均液滴尺寸的第二個水包烴的乳狀液；和混合所述的第一乳狀液和所述的第二乳狀液，提供最后的雙峰乳狀液。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在室溫時提供所述的液流，所示方法進(jìn)一步包括把所述的液流加熱到所述溫度TC的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述液體添加劑包括至少一種選自下列的表面活性劑非離子表面活性劑，陰離子表面活性劑，天然表面活性劑，用于活化非活性表面活性劑的活化添加劑，以及它們的組合。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的液體添加劑包括活化添加劑，所述的活化添加劑是選擇的pH緩沖溶液，以提供pH至少為約10的溶液。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的液體添加劑包括活化添加劑，所述的活化添加劑是選自下列的堿性添加劑鈉、鉀和鋰的氫氧化物和碳酸鹽，胺，以及它們的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的烴選自原油，粘性烴，精煉殘留物，天然瀝青，以及它們的混合物，具有至少約5的API比重。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述最后的雙峰乳狀液的烴與水的比大于60∶40v/v，所述第一平均液滴尺寸為約20微米，所述第二平均液滴尺寸為約3微米。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述雙峰乳狀液具有兩個不同的液滴尺寸群。
全文摘要
制備水包粘性烴的雙峰乳狀液的方法，包括提供在室溫的水的液流；提供至少一種液體添加劑，在低于膠凝化溫度T
文檔編號B01F17/00GK1468652SQ0314126
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者T·R·科爾梅納雷斯, T R 科爾梅納雷斯, H·J·里瓦斯, 里瓦斯, F·A·席爾瓦, 席爾瓦, M·S·奇里諾斯, 奇里諾斯, G·A·桑切斯, 桑切斯, G·A·努內(nèi)斯, 努內(nèi)斯, C·E·馬塔, 馬塔, C·布蘭科, 伎 申請人:英特衛(wèi)普有限公司