Композиция, включающая нефтепродукт и маркер, способ и раствор для маркирования нефтепродукта и способ идентификации нефтепродукта
Изобретение относится к бесцветным или почти бесцветным соединениям, используемым для маркировки нефтепродуктов, а также к способу маркирования нефтепродуктов, способу идентификации нефтепродукта и раствору для маркирования нефтепродуктов. В композиции, способах и растворе в качестве маркера используют соединения, описываемые общей формулой 1 или 2, где R1 - алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода; R2 и R3 - водород, алкильные или алкоксильные группы; R4 - бром, хлор или водород и R5 - атом водорода, или алкильная, или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода; за исключением тимолфталеина. Изобретение расширяет ассортимент используемых маркеров. 4 с. и 26 з.п. ф-лы, 1 табл.

где R1 - алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода: R2 и R3 - водород, алкильные или алкоксильные группы; R4 - любая комбинация брома, хлора или водорода; или формулой (II):
Здесь R1-R4 являются такими же радикалами, как это описано выше, a R5 - это водород, алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода. При этом в соединениях (I) и (II) суммарное количество алкильных атомов углерода в позициях R1, R2, и R3 предпочтительно выбирается не превышающим 12. Согласно предпочтительному варианту, композиция по настоящему изобретению содержит указанный маркер в количестве не менее 0,5 м.д., например, не менее 5 м.д. или от около 0,5 до около 100 м.д. Настоящее изобретение включает также способ маркирования жидкого нефтепродукта, заключающийся в добавлении в него обнаружимого количества маркера, выбираемого из группы, состоящей из соединений, описываемых приведенными выше формулой (II) и формулой (I), за исключением тимолфталеина. Маркер предпочтительно добавляют в количествах, указанных выше, причем при добавлении его к указанному нефтепродукту маркер предпочтительно находится в жидком состоянии. Настоящее изобретение относится также к способу идентификации жидкого нефтепродукта путем отбора пробы жидкого нефтепродукта, содержащего обнаружимое количество описанного выше маркера, добавления проявляющего реактива в эту пробу для проявления цвета (окрашивания). Окрашивание пробы возникает вследствие основного гидролиза с образованием окрашенного дианиона. Соответственно, проявляющий реактив предпочтительно содержит сильное основание, желательно, выбранное из группы, состоящей из гидроокисей щелочных металлов. В этом случае он имеет pH от 10 до 14. Проявляющий реактив может также являться гидроокисью четвертичного аммония и иметь pH от 11 до 13. При этом в пробу предпочтительно добавляют экстрагирующую среду, причем экстрагирующую среду и жидкий нефтепродукт комбинируют в соотношении примерно 1 к 17 по объему. Экстрагирующая среда является смесью, содержащей воду и усилитель фазового разделения, который выбирают из группы, состоящей из алифатических спиртов, ароматических спиртов, гликолей и гликолевых эфиров. Указанная смесь включает соединение гидроокиси четвертичного аммония. Предусматривается также, что для придания маркированному нефтепродукту первоначального вида окрашенный проявленный маркер нейтрализуют добавлением кислоты. Настоящее изобретение охватывает также раствор для маркирования нефтепродуктов, содержащий описанный выше маркер и растворитель для маркера, смешиваемый с нефтепродуктом. При этом маркер при вводе его в указанный нефтепродукт визуально не обнаружим. Растворитель предпочтительно выбирается из группы, состоящей из ароматических углеводородов, ароматических спиртов и апротонных растворителей. При этом раствор согласно настоящему изобретению содержит по весу примерно 5 - 50% (например, 15 - 25%) маркера и примерно 50 - 95% (например, 75 - 85%) растворителя. В одном из предпочтительных вариантов раствор по настоящему изобретению содержит по весу примерно 5 - 50% (предпочтительно, примерно 10 - 30%) маркера, примерно 0 - 90% (предпочтительно, примерно 30 - 80%) ароматических растворителей и примерно 5 - 50% (предпочтительно, примерно 10 - 40%) апротонных растворителей. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Маркирующие растворы согласно настоящему изобретению могут добавляться к любым жидким нефтепродуктам, таким как топлива, жидкие смазочные масла и консистентные смазки. Примерами жидких нефтепродуктов, к которым относится настоящее изобретение, могут служить бензин, дизельное топливо, топливный мазут, керосин и осветительное масло. Маркер, будучи проявлен, обнаруживается визуально в широком диапазоне концентраций, однако предпочтительным является уровень не менее 0,5 - 5 м.д., а самым предпочтительным - интервал концентраций от примерно 0,5 м.д. до примерно 100 м.д. Поскольку маркеры, вводимые в нефтепродукты, практически бесцветны, их присутствие обнаруживается в результате их реакции с проявителем или проявляющим реактивом. Для использования в рамках настоящего изобретения проявляющий реактив должен содержать сильное основание, такое как гидроокись щелочного металла или, более предпочтительно, гидроокись четвертичного аммония. Уровень pH для проявляющего реагента лежит в пределах примерно от 10 до 14 и предпочтительно от 11 до 13. Представляется, что при контакте с указанными основаниями маркер ионизируется с быстрым образованием интенсивно окрашенного дианиона. Интенсивность окраски маркера обеспечивает его легкое визуальное обнаружение. В том случае, если требуется только качественное обнаружение присутствия маркера, окрашенное маркером ("проявленное") топливо может быть возвращено обратно в исходную емкость для последующего использования. Таким образом, маркер и проявляющий реагент сжигаются или используются вместе с нефтепродуктом, без накапливания каких-либо потенциально опасных отходов, подлежащих специальной обработке, например, в результате тестов прямо в условиях дороги. До возврата "проявленной" на присутствие маркера пробы топлива в исходную емкость, проявленный маркер может быть обесцвечен добавлением кислоты, смешиваемой с топливом, предпочтительно карбоновой кислоты, такой как олеиновая или стеариновая. Благодаря этому топливо в исходной емкости не будет окрашиваться в результате добавления в него "проявленного" топлива, в котором может содержаться активный, непрореагировавший проявитель. В случае если окраска проявленного маркера маскируется другими окрашенными агентами, присутствующими в нефтепродукте, цветной маркер может быть сделан видимым путем его экстракции в экстрагирующую среду. Эта операция может быть выполнена путем добавления к пробе в качестве экстрагирующей среды одной воды, однако предпочтительным является применение для этой цели смесей воды и сильных разделителей фаз, таких как алифатические спирты, гликоли или гликолевые эфиры. Использование подобных усилителей способствует более легкому разделению водной и органической фаз. Кроме названных, для стабилизации окрашенного дианиона, или маркера, могут присутствовать и другие вещества, например соли, используемые в качестве буфера pH. Предпочтительные экстрагирующие композиции могут также содержать соединения гидроокиси четвертичного аммония для обеспечения простого способа проявления цвета за счет образования дианиона, или маркера, и для формирования подходящей экстрагирующей среды, в которую немедленно может экстрагироваться проявленный маркер. Могут применяться и другие сильные основания, например гидроокиси щелочных металлов. Для осуществления экстракции маркера экстрагирующую среду и жидкий нефтепродукт предпочтительно комбинируют в соотношении примерно 1 к 17 по объему. Экстрагированная фаза может визуально наблюдаться для качественного обнаружения присутствия маркеров. Как альтернатива, экстрагированный маркер можно обнаружить и определить его количественное содержание с помощью абсорбционной спектрофотометрии в видимой части спектра. Преимущество техники экстрагирования заключается в том, что она обеспечивает возможность повышения концентрации маркера по сравнению с концентрацией в топливе, повышая тем самым чувствительность тестовых процедур. Маркеры по изобретению соответствуют структуре (I), за исключением тимолфталеина:
Здесь R1 - алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода; R2 и R3 - водород, алкильные или алкоксильные группы; R4 - любая комбинация брома, хлора или водорода. Суммарное количество алкильных атомов углерода в позициях R1, R2 и R3 предпочтительно не должно превышать 12. В качестве альтернативы алкильные атомы углерода в позициях R2 и R3 могут являться частью системы нафталинового кольца, как это показано ниже:

Здесь R5 - это водород, алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода. Маркеры для использования согласно настоящему изобретению могут быть синтезированы различными подходящими способами, включающими конденсацию одного молярного эквивалента 1,2 фталевой кислоты или, что предпочтительнее, ее ангидрида, с двумя молярными эквивалентами 2-алкилфенола или 1-нафтола, где атом углерода в 4-й позиции по отношению к ароматической гидроксильной группе в 1-й позиции способен участвовать в реакции. Фактическая реакция конденсации начинается под действием нагрева, предпочтительно в присутствии дегидратирующей кислоты, такой как ортофосфорная кислота, серная кислота или метансульфокислота, или галоида металла типа используемых в синтезе Фриделя-Крафтса, прежде всего хлориды алюминия, олова или цинка. Последний из названных катализаторов особенно эффективен в случае его применения в технологии синтеза, рекомендованной в патентах США N 2522939 и 2522940 для синтеза фенолфталеина (описания изобретения к этим патентам полностью включены в данное описание посредством ссылки на них). Комбинация дегидратирующей кислоты и галоида металла по Фриделю-Крафтсу также дает удовлетворительные результаты. Маркеры могут быть использованы в сухом виде (в виде порошка или кристаллов) или как концентрированный жидкий раствор. Жидкие формы обычно предпочтительнее с точки зрения обращения с ними. Для получения концентрированного жидкого раствора, содержащего маркер, маркер растворяется в растворителе с образованием неводного раствора, обладающего высокой растворимостью в нефтепродуктах. Применительно к жидким нефтепродуктам подходящими растворителями являются ароматические углеводороды (в особенности алкилированные бензолы, такие как ксилен и нафталины), ароматические спирты, в особенности бензиловый спирт и фенолгликолевый эфир; а также апротонные растворители, подобные формамиду, N,N-диметилформамиду, N, N-диметилацетамиду или 1-метилпирролидону. Эти растворители могут использоваться либо по отдельности, либо в виде подходящих комбинаций. При комбинировании с соответствующими растворителями маркеры в соответствии с настоящим изобретением образуют стабильные жидкие растворы, которые легко растворяются в нефтепродуктах. Возможность получения маркерных композиций в виде стабильных, текучих растворов делают их особо привлекательными для нефтяной промышленности по сравнению с сухими или твердыми формами, прежде всего в связи с тем, что жидкости удобнее в обращении. Однако могут использоваться и твердые и сухие формы маркеров. Например, концентрированный жидкий раствор в общем случае может содержать примерно 5 - 50% (по весу) маркера и примерно 50 - 95% (по весу) растворителя. Предпочтительные варианты такого раствора могут содержать 15 - 25% (по весу) маркера и примерно 75 - 85% (по весу) растворителя. Как указывалось выше, подходящие растворители могут включать как апротонные, так и ароматические растворители. Количество апротонных растворителей, вводимых в раствор, зависит от количества добавленного маркера, вязкости раствора, относительной стоимости применяемого апротонного растворителя, а также от других факторов, известных специалистам в данной области. Выбор ароматического растворителя (растворителей) применительно к конкретному концентрированному жидкому раствору производится с учетом типа нефтепродукта, подлежащего маркированию. Например, более летучий растворитель будет выбран при маркировании бензина и менее летучий - для использования в жидких концентрированных растворах при маркировании и идентификации дизельного топлива и топлива для обогрева жилых зданий. Следующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение, не ограничивая при этом его объем. Пример 1
В литровую стеклянную колбу при непрерывном перемешивании добавляют 500 граммов безводной метансульфокислоты, 110 граммов фталевого ангидрида и 144 грамма ортокрезола. Смесь нагревают до 40oC и добавляют к ней 40 граммов безводного хлорида алюминия. Смесь нагревают до 85oC и поддерживают при этой температуре в течение 4 часов. Затем ее выливают в холодную воду и нейтрализуют до значения pH, равного 2, с помощью водного раствора гидроокиси натрия. Осажденный продукт фильтруют, промывают холодной водой и высушивают. Выход серовато-белого твердого вещества составляет 160 граммов при содержании ортокрезолфталеина 98,2%. Это эквивалентно 68,1% от теоретически ожидаемого количества. Пример 2
Процедуру Примера 1 повторяют, заменяя 144 граммов ортокрезола 235 граммами 2 циклогексилфенола. В результате синтеза получено 215,8 граммов кремово-белого твердого вещества с содержанием активного продукта 79,5%, что соответствует 65% от теоретически ожидаемого количества. Пример 3
400 граммов метансульфокислоты в форме ангидрида добавляют при непрерывном перемешивании в литровую стеклянную колбу. Затем добавляют 195 граммов 1-нафтола (чистота 98%) с последующим добавлением 110 граммов фталевого ангидрида. Реакционную смесь нагревают до 85oC и поддерживают при этой температуре в течение 5 часов. После этого содержимое колбы выливают в емкость, содержащую 1500 миллилитров тщательно перемешиваемой холодной воды, где продукт выпадает в осадок в виде красного гранулированного твердого вещества, соответствующего его оксониевой соли. К перемешиваемой смеси добавляют достаточное количество 40% раствора гидроокиси натрия, чтобы повысить уровень pH до 4. В результате происходит гидролиз оксониевой соли и продукт преобразуется в твердое вещество. Затем продукт фильтруют, промывают холодной водой и высушивают при 70oC. Выход продукта в целом составляет 255 граммов. Пример 4-11
С использованием реакций синтеза, по существу схожих с описанными в примерах 1 - 3, были также получены и оценены следующие продукты (см. табл. 1). Оценка применимости продуктов, полученных в примерах 1-11, проведена с применением следующих вариантов предлагаемых способов маркирования и идентификации нефтепродуктов, т. е. следующей технологии проявления. 500 граммов раствора соответствующего продукта растворяют в толуоле, доводя объем раствора в мерной колбе до 100 мл. 1,0 мл этого раствора вводят с помощью пипетки в 100 мл высокосортного бензина (приобретенного в розничной продаже), уже окрашенного в красный цвет с помощью 3 миллионных долей Unisol Liquid Red B (торговая марка, используемая фирмой United Color Mfg. для красителя, основным окрашивающим компонентом которого является C.I. Solvent Red 164) и содержащегося в делительной воронке. Проба бензина содержит в качестве маркера эквивалент 100 м.д. продукта, полученного в одном из вышеописанных примеров. Теперь к маркированному бензину в делительной воронке добавляют 5 мл водного раствора, содержащего 15% хлорида натрия и гидроокись калия в количестве, достаточном для повышения pH до 12. Обе фазы встряхивают вместе в течение двух-трех минут, после чего дают им возможность разделиться. Верхняя бензиновая фаза сохраняет свой светло-красный цвет, но нижняя водная фаза имеет теперь интенсивный цвет, соответствующий цвету маркера (см., например, примеры 4-11). Эту фазу можно отделить и измерить количество красителя с помощью спектрофотометрии на длине волны, соответствующей максимуму его поглощения. Следует отметить, что под влиянием растворителей длины волн, соответствующие максимальному поглощению, могут смещаться относительно приведенных значений при различных условиях наблюдения. Изобретение было описано применительно к предпочтительным вариантам осуществления. Возможны многочисленные модификации описанного изобретения, не выходящие за пределы изобретения.
Формула изобретения

и формулой II

где R1 - алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода;
R2 и R3 - водород, алкильные или алкоксильные группы;
R4 - бром, хлор или водород;
R5 - атом водорода, или алкильная, или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода. 2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что маркер содержится в указанном нефтепродукте в количестве не менее чем 0,5 м.д. 3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит маркер в количестве не менее чем около 5 м.д. 4. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она содержит маркер в количестве около 0,5 - 100 м.д. 5. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что суммарное количество алкильных атомов углерода в позициях R1, R2 и R3 выбрано не превышающим 12. 6. Способ маркирования нефтепродукта, включающий добавление в нефтепродукт обнаружимого количества маркера, отличающийся тем, что маркер выбирают из группы, состоящей из соединений, описываемых формулой I, за исключением тимолфталеина

и формулой II

где R1 - алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода;
R2 и R3 - водород, алкильные или алкоксильные группы;
R4 - бром, хлор или водород;
R5 - атом водорода, или алкильная, или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что маркер добавляют в количестве не менее чем около 0,5 м.д. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что маркер добавляют в количестве не менее чем около 5 м.д. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что маркер добавляют в количестве от 0,5 до 100 м.д. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что при добавлении его к указанному нефтепродукту маркер находится в жидком состоянии. 11. Способ идентификации нефтепродукта, содержащего маркер, включающий: а) отбор пробы нефтепродукта, содержащей обнаружимое количество маркера, и б) добавление проявляющего реактива в указанную пробу, который в контакте с указанным маркером вызывает ее окрашивание, отличающийся тем, что маркер выбирают из группы, состоящей из соединений, описываемых формулой I, за исключением тимолфталеина

и формулой II

где R1 - алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода;
R2 и R3 - водород, алкильные или алкоксильные группы;
R4 - бром, хлор или водород;
R5 - атом водорода, или алкильная, или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода. 12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что окрашивание возникает вследствие основного гидролиза с образованием окрашенного дианиона. 13. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанный проявляющий реактив содержит сильное основание. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что указанный проявляющий реактив имеет рН 10 - 14. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что указанное основание выбирают из группы, состоящей из гидроокисей щелочных металлов. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что указанное основание является гидроокисью четвертичного аммония. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что указанный реактив, имеет рН 11 - 13. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что в указанную пробу добавляют экстрагирующую среду. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что экстрагирующую среду и жидкий нефтепродукт комбинируют в соотношении примерно 1 к 17 по объему. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что указанная экстрагирующая среда является смесью, содержащей воду и усилитель фазового разделения, который выбирают из группы, состоящей из алифатических спиртов, ароматических спиртов, гликолей и гликолевых эфиров. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что указанная смесь включает соединение гидроокиси четвертичного аммония. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что окрашенный проявленный маркер нейтрализуют добавлением кислоты для придания маркированному нефтепродукту первоначального вида. 23. Раствор для маркирования нефтепродуктов, содержащий: а) маркер, который приобретает цвет при контакте с проявляющим реагентом, и б) растворитель для указанного маркера, который смешивается с указанным нефтепродуктом, отличающийся тем, что маркер выбран из группы, состоящей из соединений, описываемых формулой I, за исключением тимолфталеина

и формулой II

где R1 - алкильная или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода;
R2 и R3 - водород, алкильные или алкоксильные группы;
R4 - бром, хлор или водород;
R5 - атом водорода, или алкильная, или алкоксильная группа, содержащая от одного до восьми атомов углерода. 24. Раствор по п.23, отличающийся тем, что указанный маркер при вводе его в указанный нефтепродукт визуально не обнаружим. 25. Раствор по п.24, отличающийся тем, что указанный растворитель выбран из группы, состоящей из ароматических углеводородов, ароматических спиртов и апротонных растворителей. 26. Раствор по п.25, отличающийся тем, что содержит по весу примерно 5 - 50% маркера и примерно 50 - 95% растворителя. 27. Раствор по п.26, отличающийся тем, что содержит по весу примерно 15 - 25% маркера и примерно 75 - 85% растворителя. 28. Раствор по п.26, отличающийся тем, что содержит по весу примерно 5 - 50% маркера, примерно 0 - 90% ароматических растворителей и примерно 5 - 50% апротонных растворителей. 29. Раствор по п.28, отличающийся тем, что содержит по весу примерно 10 - 30% маркера, примерно 30 - 80% ароматических растворителей и примерно 10 - 40% апротонных растворителей. 30. Раствор по п.29, отличающийся тем, что указанный апротонный растворитель выбран из группы, состоящей из 1-метилпирролидона, N,N-диметилформамида и N,N-диметилацетамида.
РИСУНКИ
Рисунок 1



















