ES2446917T3 - Hidrocarburos con niveles reducidos de mercaptanes y método y composición de utilidad para su preparación - Google Patents
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Abstract
Método para reducir la concentración de mercaptanes en un hidrocarburo que comprende mezclar una composición con un hidrocarburo que tiene una primera concentración de mercaptanes mayor de 0 bajo condiciones de reacción suficientes para producir un hidrocarburo que tiene una segunda concentración de mercaptanes que es menor que la primera concentración de mercaptanes, en donde dicha composición comprende: (A) un primer componente que tiene la fórmula general: en donde: (i) R1, R2 y R3 son independientemente grupos alquilo saturados o insaturados y (ii) al menos dos de R1, R2 y R3 incluyen una cadena de al menos dos átomos de carbono enlazada a los dos átomos de N; (B) un segundo componente que comprende un aceptor nucleófilo, en donde dicho aceptor nucleófilo es un epóxido.
Description
Hidrocarburos con niveles reducidos de mercaptanes y método y composición de utilidad para su preparación
Antecedentes de la invención
1 Campo de la invención
Esta invención se refiere a hidrocarburos que tienen niveles reducidos de mercaptanes y a un método y composición para la preparación de los hidrocarburos con niveles reducidos de mercaptanes. Esta invención se refiere particularmente al tratamiento de hidrocarburos con una composición barredora de mercaptanes para reducir los niveles de mercaptanes en los hidrocarburos.
2. Estado de la técnica
Los mercaptanes, una fuente de "acidez agria", pueden estar presentes tanto en crudos de petróleo como en los combustibles producidos con los mismos Estos compuestos, que tienen la fórmula general·
R-SH
en donde R es un grupo alquilo u otro grupo orgánico, son en general indeseables dado que los mismos tienen un olor muy desagradable y pueden tener un impacto negativo sobre el medioambiente. Por ejemplo, en Manitoba Canadá las reglamentaciones federales y provinciales establecen 0,5 partes por millón (0,5 ppm) como la concentración pennisible en el aire.
Los crudos de petróleo y otros crudos son convertidos con suma frecuencia en productos acabados en la refinería como productos combustibles. Normalmente, los productos combustibles producidos son gasolina, combustibles de destilados tales como aceites diesel y combustibles para calefacción, combustibles para barcos o combustibles residuales. Las torres de destilación atmosférica y en vacío se emplean para separar el crudo en fracciones de intervalo estrecho de ebullición. Una unidad de cracking catalítico craquea el gasóleo de vacío de alto punto de ebullición en una mezcla que va desde gases ligeros a alquitranes muy pesados y coque. En general, los residuos indestilables del crudo virgen muy pesados que tienen puntos de ebullición por encima de 1.1000 F (593° C) se mezclan en fuelóleo residual o se craquean térmicamente para producir productos más ligeros en un reductor de la viscosidad o coquiza dar.
Los productos de cabeza o destilados en el proceso de refino contienen generalmente muy poco, y acaso nada, de sulfuro de hidrógeno, pero pueden contener componentes de azufre encontrados en el crudo, incluyendo mercaptanes. Sin embargo, se encuentran cantidades importantes de mercaptanes y otros compuestos de órganoazufre en las colas de la torre de destilación en vacío, que pueden mezclarse en gasóleos y fuelóleos. Es por este motivo que los mercaptanes están presentes frecuentemente en combustibles para barcos
Para los fines de la presente invención, "óleo" quiere dar a entender los productos hidrocarbonados sin refinar y refinados derivados del petrÓleo o de la licuefacción de carbón, ambos de los cuales contienen compuestos de azufre. De este modo, el ténnino "óleo" incluye particularmente combustibles a base de petróleo, condensado de la cabeza del pozo así como crudo que puede estar contenido en instalaciones de almacenamiento en el campo de producción y transportado desde aquellas instalaciones mediante barcazas, oleoductos, petroleros o camiones hacia los tanques de almacenamiento de la refinería o alternativamente, pueden ser transportados directamente desde las instalaciones de producción a través de oleoductos hacia los tanques de almacenamiento de la refinería. El ténnino "óleo" también incluye productos refinados, intermedios y finales, producidos en una refinería, incluyendo destilados tales como gasolina, combustibles de destilación, aceites y combustibles residuales.
Los combustibles refinados han de encontrarse dentro de las especificaciones respecto a mercaptanes para su comercialización. En el procesado de crudos, es deseable eliminar o reducir las emisiones atmosféricas de mercaptanes nocivos o de otros compuestos de órgano-azufre asociados con crudos que contienen azufre, con el fin de mejorar la calidad del aire medioambiental en las refinerias. Igualmente, es deseable eliminar o reducir mercaptanes en combustibles, particularmente en combustibles para petroleros. Por ejemplo, los barcos grandes, uno de los principales usuarios de combustibles para petroleros, pueden tener dificultades con las regulaciones medioambientales en ciertos puntos.
Se han realizados esfuerzos en el pasado para desazufrar combustibles en los que estaban presentes compuestos de azufre. La EP O 538819 de Root, et al., describe que los crudos agrios que contienen grupos sulfhidrilo pueden ser tratados con una cantidad eficaz de un vapor de sulfuro de hidrógeno desazufrante para reducir el compuesto de amonio cuaternario. Se dice que los compuestos descritos en esta referencia son especialmente adecuados para
combustibles residuales pesados de alto punto de ebullición en condiciones de mezcla poco intensa. La EP O 067 036 describe similarmente hidróxidos de amonio cuaternario como barredores de mercaptanes
La WO-0234863 de Munson describe otro método para eliminar mercaptanes presentes en corrientes hidrocarbonadas. En esta referencia, se describe el uso de sales metálicas básicas que reaccionan con mercaptanes para formar mercaptidas. Las sales metálicas son disueltas o suspendidas en liquidos iónicos, los cuales tienden a tener ninguna presión de vapor virtualmente. Una vez que las mercaptidas son adsorbidas en el liquido iónico, la corriente hidrocarbonada desmercaptanizada puede ser separada, por ejemplo por destilación, decantación o separación por gravedad. Las mercaptidas pueden ser entonces oxidadas, por ejemplo, por oxidación al aire, para formar disulfuros. Los disulfuros son insolubles en los liquidos iónicos y se pueden separar fácilmente
Otra referencia en este campo técnico es EP O499 743 de Frame, et al., la cual también corresponde a US 5 064
525. En esta referencia se describe el uso de un procedimiento en dos etapas para desazufrar una fracción hidrocarbonada agria que contiene mercaptanes terciarios y mercaptanes primarios o secundarios. En una etapa, los mercaptanes presentes en la fracción hidrocarbonada agria son reaccionados con hidrógeno en fase líquida y en presencia de un catalizador de hidrogenolisis selectivo para hidrogenolizar selectivamente los mercaptanes terciarios. En otra etapa, los mercaptanes primarios yfo secundarios son oxidados haciéndolos reaccionar con un agente oxidante en presencia de un catalizador de oxidación y un componente básico
Una referencia antigua en este campo técnico es US 3 144 403 de Jacob. En esta referencia se describe un procedimiento para reducir el contenido en mercaptanes de hidrocarburos por oxidación de los mercaptanes a disulfuros. En este procedimiento, los hidrocarburos que contienen mercaptanes se ponen en contacto con un agente desazufrante inhibidor de fenilendiamina y oxígeno en presencia de un catalizador alcalino que consiste esencialmente en una resina sólida de intercambio aniónico. El procedimiento incluye además separar los hidrocarburos que tienen un contenido reducido en mercaptanes de la resina sólida.
La WO 9802501 describe el uso de oxazolidina en un método para reducir mercaptanes en un hidrocarburo.
La presente invención consiste en un método para reducir la concentración de mercaptanes en un hidrocarburo que comprende mezclar una composición útil para reducir la concentración de mercaptanes en hidrocarburos que comprende· (A) un primer componente que tiene la fónnula general·
N RJ
~R~
en donde· (i) Rl, R2 Y R3 son independientemente grupos alquilo saturados o insaturados y (ii) al menos dos de Rl, Rz Y R) incluyen una cadena de al menos dos átomos de carbono enlazada a los dos átomos de N; y (B) un segundo componente que comprende un aceptar nucleofilo, en donde dicho aceptar nucleofilo es un epóxido; con un hidrocarburo que tiene una primera concentración de mercaptanes mayor de O bajo condiciones de reacción suficientes para producir un hidrocarburo que tiene una segunda concentración de mercaptanes que es menor que la primera concentración de mercaptanes.
Según otro aspecto más, la presente invención consiste en un hidrocarburo que tiene una concentración reducida de mercaptanes que comprende el producto de mezclar una composición útil para reducir la concentración de mercaptanes en hidrocarburos que comprende· (A) un primer componente que tiene la fórmula general·
en donde: (1) Rl, R2 Y R3 son independientemente grupos alquilo saturados o insaturados y (ii) al menos dos de Rl, Rz Y R3 incluyen una cadena de al menos dos átomos de carbono enlazada a los dos átomos de N; y (B) un segundo componente que comprende un aceptar nucleofilo, en donde dicho aceptor nucleofilo es un epóxido; con un hidrocarburo que tiene una primera concentración de mercaptanes mayor de O bajo condiciones de reacción suficientes para producir un hidrocarburo que tiene una segunda concentración de mercaptanes que es menor que la primera concentración de mercaptanes.
Descripción de las modalidades preferidas
Para los fines de la presente invención, un hidrocarburo es cualquier crudo a base de petróleo o carbón o productos producidos a partir de un crudo a base de petróleo o carbón en donde los mercaptanes, si están presentes, serían indeseables. Por ejemplo, el hidrocarburo puede ser un crudo, pero también puede ser un fuelóleol tal como un petróleo combustible pa ra barcos u otro producto producido a partir de crudo
En la práctica del método de la presente invención, un hidrocarburo se mezcla con una composición útil para reducir la concentración de mercaptanes en hidrocarburos. La composición útil para reducir la concentración de mercaptanes en hidrocarburos de la presente invención tiene al menos dos componentes. El primer componente es un compuesto diazo que tiene la fórmula general·
en donde (i) R1, R2 Y R3 son independientemente grupos alquilo saturados o insaturados y (ii) al menos dos de R1, R2 Y R3 incluyen una cadena de al menos dos átomos de carbono enlazada a los dos átomos de N. Un ejemplo del primer componente es Irietilendiamina que también se conoce como 1 ,4-diazabiciclo (2.2.2)octano y DABCO. Otros compuestos diazo útiles como el primer componente de la presente invención incluyen, pero no de forma limitativa, el grupo consistente en: 1,8-diazabiciclo (5.4.0)undec-7--eno, 1,5-diazabiciclo(4.3.0)non-5-eno y mezclas de los mismos. En la presente invención se puede emplear cualquier compuesto diazo que tiene la fórmula general del primer componente. También se pueden emplear mezclas de tales compuestos.
La composición útil para reducir la concentración de mercaptanes en hidrocarburos de la presente invención tiene un segundo componente que es un aceptor nucleofilo. Los acepto res nucleofilos son a veces referidos también como donadores de protones _ Para los fines de la presente invención, el aceptar nucleofilo de la presente invención es un epóxido
El epóxido es con preferencia un epóxido C 6-C 24 En una modalidad, el aceptor nucleofilo de la presente invención es un epóxido C12-C16. En otra modalidad, el aceptor nucleofilo de la presente invención es un epóxido C 2Q-C24. En otra modalidad más, el aceptor nucleofilo de la presente invención es un epóxido C2-Cs. Ejemplos de epóxidos incluyen, pero no de forma limitativa, 1,2-epoxihexadecano, 1,2-epoxidodecano, 1,2--epoxioctano, 1,2--epoxibutano y mezclas de los mismos
En el método de la presente invención, los dos componentes de la composición de la presente invención se mezclan con un hidrocarburo que tiene una primera concentración de mercaptanes mayor de O bajo condiciones de reacción suficientes para producir un hidrocarburo que tiene una segunda concentración de mercaptanes que es menor que la primera concentración de mercaptanes. Los dos componentes se pueden emplear en una relación molar de 1:1 aproximadamente, pero también se pueden emplear en una relación molar de 1 :99 a 99:1. Se cree que el aceptor nucleofilo se consume durante la reducción de los mercaptanes, de manera que se puede emplear un exceso del aceptor nucleofilo con una relación molar del componente diazo a aceptor nucleofilo de 1:10, siendo preferible en una modalidad, pero también en otra modalidad se prefiere una relación molar de 1 :5. La cantidad usada va riará en función de la concentración inicial de mercaptanes en el hidrocarburo a tratar y del nivel deseado que ha de estar presente después del tratamiento. Pero preferentemente esta cantidad será de 10 a 1.000 partes por millón (ppm) En ciertas modalidades de la presente invención, este intervalo será de 100 a 900 ppm_ En otras modalidades, el intervalo será de 100 a 200 ppm .
El componente diazo y el componente aceptor nucleofilo de la composición de la presente invención se pueden añadir a un hidrocarburo de manera simultanea, secuencial o incluso de manera secuencial con un retardo entre las adiciones. Este último modo de adición queda limitado a la situación en donde no existe material desactivante en el hidrocarburo a tratar. Cuando se añaden de manera simultanea, es conveniente que los dos componentes se encuentren en forma de una solución o suspensión en un disolvente. Cuando se emplea un disolvente, con preferencia es un disolvente orgánico tales como xilenos y similares. Una modalidad de la presente invención incluye SOLVESSO 100 como disolvente que es un disolvente aromático suministrado por Imperial Oil Ldt En una modalidad, el disolvente se selecciona de manera que sea compatible con el hidrocarburo a tratar
En una modalidad de la presente invención, se emplea un alcohol como parte del disolvente para incrementar la compatibilidad del primer componente. Alcoholes útiles para esta función de la presente invención incluyen, pero no de forma limitativa, el grupo consistente en dipropilenglicol, 1,4-butanodiol, iso-propanol y mezclas de los mismos. Los alcoholes útiles en la presente invención son tanto polares con solubles en aceite.
En la puesta en práctica del método de la presente invención, la composición útil para reducir la concentración de
mercaptanes en hidrocarburos se mezcla con un hidrocarburo utilizando cualquier método de mezcla conocido para los expertos en la materia que sea de utilidad en la mezcla de hidrocarburos. Según una modalidad, la composición de la presente invención se mezcla con un hidrocarburo empleando un mezclador en la línea de producción de un combustible en una refinería. En otra modalidad, la composición de la presente invención se mezcla con un hidrocarburo empleando una bomba de reciclo y un tanque de retención . Según otra modalidad más de la presente invención, la composición de la presente invención se añade a un cargamento de combustible y el movimiento del cargamento se utiliza para mezclar el combustible y la composición
Sin por ello quedar limitado a teoría alguna, se cree que la composición de la presente invención funciona en un procedimiento en varias etapas para reducir la concentración de mercaptanes en hidrocarburos. En una primera etapa, se cree que el componente diazo foonar una sal con el mercaptan. En una etapa posterior, el aceptor nucleófilo reacciona entonces con la sal para foonar un sulfuro, alcohol y regenerar el componente diazo A este mecanismo se pueden añadir etapas intermedias adicionales.
La composición de la presente invención está dirigida hacia la separación de mercaptanes y no de sulfuro de hidrógeno. El componente diazo de la composición de la presente invención reaccionara con sulfuro de hidrógeno para formar una sal, pero el compuesto diazo no se regenera, con lo que el sulfuro de hidrógeno puede desactivar o hacer que la composición de la presente invención sea ineficaz. Por tanto, en la puesta en práctica del método de la presente invención, es deseable separar sulfuro de hidrógeno, si está presente, empleando un barredor de sulfuro de hidrógeno. Una ventaja de la presente invención en comparación con tales barredores y otras composiciones convencionales reductoras de mercaptanes, es que la composición de la presente invención no causa, en muchos casos, turbidez o foonación de color. Esto puede ser una ventaja en ciertas aplicaciones. La composición de la presente invención también puede incluir aditivos tales como, por ejemplo, peróxidos para inhibir o eliminar el color
Los siguientes ejemplos se ofrecen para ilustrar la presente invención. los ejemplos no intentan limitar el alcance de la presente invención y a este respecto no deberan ser considerados como tales las cantidades son en partes en peso o porcentajes en peso, salvo que se indique lo contrario
Modelo
Una muestra de 1.000 9 de gasolina se mezcla con 0,24 g de 1-propanotiol. La muestra se retiene entonces durante 4 horas a 780 F (35,60 C) Yse toma una parte alícuota para su ensayo respecto a mercaptanes como [SJ . la muestra se retiene durante 20 horas mas y a la misma temperatura y se toma una segunda parte alicuota para su ensayo respecto a mercaptanes como [S) empleando ASTM D3227. Los resultados se muestran a continuación en la tabla
1. Una muestra de gasolina, preparada como en este modelo, se trata adicionalmente con 500 ppm de un aditivo preparado empleando 25 9 de dipropilenglicol, 25 9 de xileno, 5 9 de trietilendiamina y 45 9 de 1,2-epoxihexadecano. A continuación se trata y ensaya de manera sustancialmente idéntica a la indicada para el modelo y los resultados se ofrecen a continuación en la tabla 1
Se repite el ejemplo 1 de una manera sustancialmente idéntica excepto que se emplean 24,1 g de dipropilenglicol, 24,1 9 de xileno, 8,4 9 de trietilendiamina y 43,4 9 de 1,2-epoxihexadecano. los resultados de ofrecen a continuación en la tabla 1
Se repite el ejemplo 1 de una manera sustancialmente idéntica excepto que se emplean 15 9 de dipropilenglicol, 35 9 de xileno, 5 9 de trietilendiamina y 45 9 de 1,2-epoxihexadecano. los resultados de ofrecen a continuación en la tabla 1.
Se repite el ejemplo 1 de una manera sustancialmente idéntica excepto que se emplean 19,88 9 de dipropilenglicol, 30,12 9 de xileno, 6,63 g de Irietilendiamina y 43,37 g de 1,2-epoxihexadecano. los resultados de ofrecen a continuación en la tabla 1
EJEMPLO COMPARATIVO 1
Se repite el ejemplo 1 de una manera sustancialmente idéntica excepto que para preparar el aditivo no se utiliza dipropilenglicol o trietilendiamina. En su lugar, el aditivo se prepara empleando 37,5 9 de xileno, 12,5 9 de piperidina y 50 9 de 1,2-epoxihexadecano Los resultados de ofrecen a continuación en la tabla 1
5 Ta bla 1
- Muestra
- Dipropilenglicol Xileno Trietilendiamina 1,2 Piperidina [S1 ppm [S1 ppm
- ID
- % % % eooxihexadecano % % 4 horas 24 horas
- Modelo
- - - - - - 1078 1097
- E 1
- 25 25 5 45 - 87,5 47,2
- E" . 2
- 24 ,1 24 ,1 8,4 434 - 7916 38 ,1
- E" . 3
- 15 35 5 45 - 82,8 60 ,3
- E" . 4
- 198 30 1 66 434 - 643 343
- Ej . Com. 1
- - 37 ,S - 50 12,5 108,3 85 ,2
EJEMPLO 5
Modelo
Una muestra de gasolina se retiene durante 4 horas a 78° F (35,6° C) Y se toma una parte alícuota para su ensayo 10 respecto a mercaptanes como [S1 empleando ASTM D3227. Los resultados se ofrecen a continuación en la tabla 2.
Se prepara una muestra de gasolina como en este modelo y se trata adicionalmente con 500 ppm de un aditivo preparado empleando 19,9 9 de dipropilenglicol, 33,7 9 de xileno, 6,8 de trietilendiamina y 43,4 9 de 1,2epoxihexadecano. Se ensaya de una manera sustancialmente idéntica a la del modelo y los resultados se ofrecen a continuación en la tabla 2.
15 Tabla 2
- Muestra ID
- Dipropilenglicol % Xileno % Trietilend iamina % 1,2 epoxihexadecano % [S1 ppm 4 horas
- Modelo
- - - - - 64
- E" . 5
- 25 25 5 45 1,6
EJEMPLO 6
Modelo
Una muestra de 900 9 de gasolina se mezcla con 0,21 9 de 1-propanotiol. La muestra se retiene entonces durante 4
20 h a 78° F (35,6° C) Y se toma una parte alícuota que se ensaya respecto a mercaptanes como [S1 empleando ASTM D3227. La muestra se retiene durante 20 h más a la misma temperatura y se toma una segunda parte alícuota que se ensaya respecto a mercaptanes como [S1 empleando ASTM D3227. Los resultados se ofrecen a continuación en la tabla 3
Una muestra de gasolina preparada como en este modelo se trata adicionalmente con 500 ppm de un aditivo
25 preparado usando 15,7 9 de dipropilenglicol, 43,S 9 de A-150(un disolvente aromático), 5,2 de trietilendiamina, 1,3 9 de hidroperóxido de cumeno y 34,2 9 de 1,2-epoxihexadecano. Se trata y ensaya de una manera sustancialmente idéntica al modelo y los resultados se ofrecen a continuación en la tabla 3
EJEMPLO 7
Se repite el ejemplo 6 de una manera sustancialmente idéntica excepto que se emplean 15,9 9 de dipropilenglicol,
30 44,1 9 de A-150, 5,3 9 de trietilendiamina y 34,7 9 de 1,2-epoxihexadecano. Los resultados se ofrecen a continuación en la tabla 3
Se repite el ejemplo 6 de una manera sustancialmente idéntica excepto que se emplean 19,9 9 de dipropilenglicol, 33,7 9 de xileno, 6,6 9 de trietilendiam ina y 43,4 9 de 1,2-epoxihexadecano. Los resultados se ofrecen a continuación en la tabla 3.
- a aT bl 3
- Muestra
- Dipropilenglicol Disolvente Trietilen 1,2 Hidro ¡S1 ppm ¡S1 ppm
- ID
- % % diamina % epoxihexadecano % peróxido 4 horas 24 horas
- de cumeno
- %
- Modelo
- . 139 136
- E
- 6 15,7 43,58 5,2 34 ,2 1,3 91 83
- E
- 7 159 44 18 5 3 347 . 109 72
- E' 8
- 159 441 5 3 347 90 76
- a Disolvente es A-150
- b Disolvente es xileno
Claims (9)
- REIVINDICACIONES1. Método para reducir la concentración de mercaptanes en un hidrocarburo que comprende mezclar una composición con un hidrocarburo que tiene una primera concentración de mercaptanes mayor de O bajo condiciones5 de reacción suficientes para producir un hidrocarburo que tiene una segunda concentración de mercaptanes que es menor que la primera concentración de mercaptanes, en donde dicha composición comprende·(A) un primer componente que tiene la fórmula general:en donde: (i) Rl, R2 Y RJ son independientemente grupos alquilo saturados o insaturados y (ii) al menos dos de R" 10 R2 Y R3 incluyen una cadena de al menos dos atomos de carbono enlazada a los dos atomos de N;(6) un segundo componente que comprende un aceptor nucleófilo, en donde dicho aceptor nucleófilo es un epóxido.
- 2. Método según la reivindicación 1, en donde la composición está presente en una concentración de 10 a 1.000 partes por millón (ppm).
- 3. Método según la reivindicación 2, en donde la composición está presente en una concentración de 100 a 900 15 ppm.
-
- 4.
- Método según la reivindicación 2, en donde la composición está presente en una concentración de 100 a 200 ppm
-
- 5.
- Método según la reivindicación 1, en donde la composición se mezcla con el hidrocarburo empleando un mezclador en la linea de producción
20 6 Método según la reivindicación 1, en donde la composición se mezcla durante el transporte -
- 7.
- Método según la reivindicación 1, que comprende además las etapas de determinar el contenido en sulfuro de hidrógeno del hidrocarburo y utilizar un barredor de sulfuro de hidrógeno para reducir el nivel de sulfuro de hidrógeno antes de mezclar el hidrocarburo con la composición.
-
- 8.
- Un hidrocarburo que tiene una concentración reducida de mercaptanes que comprende el producto de mezclar
25 una composición como la utilizada en el método de la reivindicación 1 con un hidrocarburo que tiene una primera concentración de mercaptanes mayor de O bajo condiciones de reacción suficientes para producir un hidrocarburo que tiene una segunda concentración de mercaptanes y es menor que la primera concentración de mercaptanes -
- 9.
- Un hidrocarburo según la reivindicación 8, en donde el hidrocarburo es un fuelóleo
-
- 10.
- Un hidrocarburo según la reivindicación 9, en donde el hidrocarburo es un fuelóleo residual
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