способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы
Классы МПК: | C08B11/193 смешанные эфиры, те простые эфиры с двумя или более различными простыми эфирными группами |
Автор(ы): | Никонова В.И., Бондарь В.А. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "ПОЛИЦЕЛЛ" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-08-03 публикация патента:
10.07.2000 |
Изобретение относится к получению водорастворимых производных целлюлозы и может быть использовано для получения продукта, применяемого в качестве реагента-стабилизатора простых и минерализованных буровых растворов и тампонажных цементов при бурении, заканчивании и ремонте нефтяных и газовых скважин. Способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы заключается в обработке щелочной целлюлозы состава: целлюлоза 27-35, гидроксид натрия 10-13, вода 55-60, монохлоруксусной кислотой и/или ее натриевой солью в количестве 0,05-0,4 мас. ч. на 1 мас.ч, щелочной, целлюлозы, гидроксиэтилировании щелочной целлюлозы путем введения в реакционную массу циркулирующей парогазовой смеси, состоящей из оксида этилена и азота, имеющего влагосодержание на входе в реакционную среду 30-130 г/м3, при соотношении оксид этилена: азот (об.%) 65:35-70:30, при этом процесс ведут при 90-100oC до полной конверсии оксида этилена. Процесс экономичен, безопасен, экологичен. Полученный продукт имеет растворимость в воде не ниже 98,5%, МSоэ=1,25-1,6, СЗкм= 0,1-0,6, показатель водоотдачи раствора с добавлением 1% продукта 3,6-4,5 см3. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы, включающий гидроксиэтилирование щелочной целлюлозы газообразным оксидом этилена при повышенной температуре, нейтрализацию, выделение и сушку, отличающийся тем, что используют щелочную целлюлозу состава, мас.%: целлюлоза 27 - 35, гидроксид натрия 10 - 13, вода 55 - 60, при этом в щелочную целлюлозу дополнительно вводят монохлоруксусную кислоту и/или ее натриевую соль в количестве 0,05 - 0,4 мас.ч. на 1 мас.ч. щелочной целлюлозы, после чего проводят гидроксиэтилирование путем введения в реакционную массу циркулирующей парогазовой смеси, состоящей из оксида этилена и азота, имеющего влагосодержание на входе в реакционную среду 30 - 130 г/м3, при соотношении оксид этилена : азот (об. %) 65 : 35 - 70 : 30 и процесс ведут при 90 - 100oС до полной конверсии оксида этилена.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области получения водорастворимых производных целлюлозы и может быть использовано для получения продукта, применяемого в качестве реагента-стабилизатора простых и минерализованных буровых растворов и тампонажных цементов в условиях повышенной кальциевой агрессии и повышенной температуры при бурении, заканчивании и ремонте нефтяных и газовых скважин. Одной из основных эксплуатационных характеристик продуктов такого рода является показатель водоотдачи бурового раствора. Обычно этот показатель для буровых растворов, не содержащих реагентов-стабилизаторов, находится на уровне 60-80 см3, в некоторых случаях жидкость отделяется от бурового раствора полностью. Известные способы получения продуктов подобного назначения на основе простых эфиров целлюлозы включают в себя стадии обработки целлюлозы гидроксидом натрия, карбоксиметилирования полученной щелочной целлюлозы монохлоруксусной кислотой или ее солью, гидроксиалкилирования реакционной массы алкиленоксидом, нейтрализации, выделения целевого продукта и его сушки. Известен патент США N 3446795, описывающий способ получения смешанных эфиров целлюлозы, согласно которому целлюлозу обрабатывают 50%-ным водным раствором гидроксида натрия, после чего проводят карбоксиметилирование целлюлозы до степени замещения по карбоксиметильным группам (C3 км) 0,04, полученный продукт далее обрабатывают оксидом этилена до достижения мольного замещения 1,9, после чего в реакционную смесь вводят дополнительное количество монохлоруксусной кислоты до получения продукта с C3 км 0,4. Основным недостатком этого способа является необходимость проведения реакции карбоксиметилирования целлюлозы в две стадии, что значительно усложняет процесс получения и увеличивает его продолжительность. Кроме того, при обработке целлюлозы концентрированными водными растворами гидроксида натрия происходит недостаточная подготовка структуры целлюлозы, в результате чего требуется больший расход алкилирующих реагентов для достижения нужных свойств. Известен способ получения смешанных карбоксиметилгидроксиалкиловых простых эфиров целлюлозы, защищенный патентом США N 3448100, в соответствии с которым в измельченную целлюлозную массу распыляют водные растворы гидроксида натрия и монохлоруксусной кислоты и далее ведут реакцию карбоксиметилирования целлюлозы в течение 4,5 часов. Затем подачей раствора соляной кислоты доводят pH реакционной массы до 1,0 и промывают полученный карбоксиметиловый эфир целлюлозы водой. Избыток воды удаляют центрифугированием и сушкой, после чего КМЦ помещают в герметичный аппарат, вновь обрабатывают водным раствором гидроксида натрия и при температуре 40oC проводят реакцию гидроксиэтилирования, подавая в аппарат оксид этилена со скоростью 2,5 г/мин. По окончании синтеза продукт сушат при температуре 60oC в течение 24 часов. Недостатком данного способа является многостадийность и громоздкость технологического процесса, а также его продолжительность: без учета промежуточных стадий длительность стадии карбоксиметилирования составляет 4,5 часа, стадии оксиэтилирования - 3 часа. Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ получения водорастворимой гидроксиэтилцеллюлозы, описанный в авторском свидетельстве ЧССР N 194976. В соответствии с данным способом щелочную целлюлозу известного состава гидроксиэтилируют при температуре 48oC в течение 5,5 часов, после чего проводят нейтрализацию гидроксида натрия в среде этилового спирта, продукт реакции выделяют и сушат. Полученная водорастворимая гидроксиэтилцеллюлоза имеет мольное замещение по гидроксиэтильным группам (MSОЭ) 0,98; содержание золы 9,1%. Основным недостатком данного способа является то, что условия подготовки щелочной целлюлозы, а также режим синтеза гидроксиэтилцеллюлозы не обеспечивают получения продукта с величиной MSОЭ, достаточной для того, чтобы продукт мог быть использован в качестве эффективного понизителя водоотдачи буровых растворов. Недостатком известного способа является также чрезмерная длительность процесса, в связи с чем этот процесс технологически неприемлем при реализации в аппаратах крупного масштаба (![способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы, патент № 2152400](/images/patents/319/2152001/8776.gif)
![способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы, патент № 2152400](/images/patents/319/2152006/945.gif)
![способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы, патент № 2152400](/images/patents/319/2152026/177.gif)
состав щелочной целлюлозы (мас.%): целлюлоза - 27, гидроксид натрия - 13, вода - 60;
количество вводимой МХУК - 4,5 кг;
количество оксида этилена - 25 кг;
соотношение оксид этилена:азот - 70:30;
влагосодержание азота - 30 г/м3;
температура реакции гидроксиэтилирования - 98
![способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы, патент № 2152400](/images/patents/319/2152026/177.gif)
продолжительность синтеза - 30 мин. Полученный продукт имеет MSОЭ = 1,6; C3 км = 0,09; растворимость в воде 98,5%; показатель водоотдачи бурового раствора с добавлением 1% продукта составляет 3,6 см3, с добавлением 2% продукта - 2,8 см3. Состав исходного бурового раствора и его показатель водоотдачи, как в примере 1. Пример 3. Все технологические стадии проводят согласно примеру 1 при следующих параметрах процесса:
состав щелочной целлюлозы (мас.%): целлюлоза - 35, гидроксид натрия - 10, вода - 55;
количество вводимого модифицирующего реагента:
- МХУК - 16 кг,
- NaМХУК - 20 кг;
количество оксида этилена - 20 кг;
соотношение оксид этилена:азот - 65:35;
влагосодержание азота - 130 г/м3;
температура реакции гидроксиэтилирования - 92
![способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы, патент № 2152400](/images/patents/319/2152026/177.gif)
продолжительность синтеза - 60 мин. Полученный продукт имеет MSОЭ = 1,25; C3 км = 0,61; растворимость в воде 99,5%; показатель водоотдачи бентонитового раствора, насыщенного хлористым натрием, в присутствии 1,5% полученного продукта составляет 3,8 см3, этот же показатель для аналогичного раствора в отсутствие продукта - 62 см3. Пример 4. (Сравнительный). Щелочную целлюлозу состава: целлюлоза - 36, гидроксид натрия - 15, вода - 49 загружают в реакционный сосуд емкостью 10 дм3, снабженный перемешивающим устройством, термостатируют при температуре 25oC, затем в реактор при абсолютном давлении 58661,68 Па подают 182 мас.ч. оксида этилена, температуру в течение 60 мин повышают до 48oC и при этой температуре проводят гидроксиэтилирование в течение 340 мин. По окончании реакции продукт нейтрализуют 232 мас.ч. уксусной кислоты в 4000 мас.ч. этилового спирта. Полученную водорастворимую гидроксиэтилцеллюлозу выделяют и сушат. Продукт имеет MSОЭ=1,02; растворимость в воде 96,9%; показатель водоотдачи бурового раствора с добавлением 1% продукта составляет 16,8 см3, с добавлением 2% продукта - 11,0 см3. Показатель водоотдачи исходного бурового раствора и его состав, как в примере 1. Таким образом, заявляемый способ получения модифицированной гидроксиэтилцеллюлозы обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества:
получение продукта с большей эффективностью снижения водоотдачи;
сокращение времени процесса;
повышение безопасности процесса;
снижение расхода гидроксида натрия за счет использования раствора гидроксида натрия меньшей концентрации (10-13 мас.%) по сравнению с прототипом (18-20 мас.%).
Класс C08B11/193 смешанные эфиры, те простые эфиры с двумя или более различными простыми эфирными группами