Катализатор и способ гомогенной окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов

Изобретение относится к органической химии, в частности к окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов. Описан катализатор для окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов, являющийся производным фталоцианина, отличающийся тем, что он представляет собой надмолекулярный ионный ассоциат противоположно заряженных фталоцианинов структурной формулы I и II

I:(R+)nPcM, где II:(R-)nPcM, где R=-CH2N+(CH3)2CH2CH2OHCl- R=R1=R2=-C(O)O-Na+ (carb8- РсМ), (choln-PcM), n=2÷8, M=Co, Fe; n=8, M=Co, Fe; (pymn-PcM), PcM), R=Rl=-C(O)O-Na+, R2=H (carb4- n=2÷8, M=Co, Fe; n=4, M=Co; (R-)nPcM, где R=Rl=-S(O)2O-Na+, R2=H (sul4- PcM), R=-CH2P(=O)(O-Na+)2(phosn-PcM), n=4, M=Co n=8, M=Co.

Также описан способ окислительной каталитической демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов при комнатной температуре кислородом воздуха в щелочной среде в присутствии вышеописанного катализатора. Технический результат - обеспечение проведения процесса в технологически мягких условиях с достижением конверсии субстрата до 98%. 2 н. и 1 з.п., 2 табл.

 

Изобретение относится к органической химии, в частности к окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов, а более конкретно касается катализатора этого процесса и способа демеркаптанизации с использованием данного катализатора; и может быть использовано для очистки нефти и нефтепродуктов.

Используемый в промышленном процессе очистки нефти и нефтепродуктов от серусодержащих соединений гомогенный катализатор (динатриевая соль дисульфофталоцианина кобальта) в виде 0,5% раствора ведет окисление меркаптанов и сероводорода в водном растворе щелочи (2-20% NaOH) [Справочник современных процессов переработки газов. // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1986. №7. с.102]. Конверсия н-бутилмеркаптана в присутствии этого катализатора (14,2·10-6 М) при 30°С, в 10% щелочном растворе и при пропускании чистого кислорода составила 88,9% за 14 минут [ЖПХ. 1983. №9. с.2096]. Основным недостатком этого катализатора является использование достаточно больших концентраций катализатора для достижения высоких конверсии меркаптана.

Эту проблему решили, используя в качестве гомогенного катализатора гексабром-3,6,3,6,3,6,3,6-октаоксифталоцианин кобальта, который в присутствии 10% водного раствора щелочи (NaOH), при пропускании чистого кислорода и 30°С за 60 минут позволяет достигнуть 89% конверсии модельного н-пропилмеркаптана [ЖПХ. 1983. №9. с.2096] (прототип) [1]. При этом концентрация катализатора составляла 0,835·10-6 М.

Недостатками этого катализатора являются использование чистого кислорода при окислении н-пропилмеркаптана и проведение реакции при повышенной температуре.

Задача настоящего изобретения состоит в изыскании активных катализаторов гомогенного окисления серусодержащих соединений нефти и нефтеродуктов, обеспечивающих проведение процесса в более технологичных условиях: низкая температура и исключение использования пожаро-взрывоопасного окислителя кислорода.

Задача решается тем, что разработан катализатор, являющийся производным фталоцианина, отличающийся тем, что он представляет собой надмолекулярный ионный ассоциат разноименно заряженных фталоцианинов структурной формулы I и II.

I:(R+)nPcM, где II:(R-)nPcM, где
R=-CH2N+(CH3)2CH2CH2OHCl- R=R1=R2=-C(O)O-Na+ (carb8-
(choln-PcM), n=2÷8, M=Co, Fe; РсМ), n=8, M=Co, Fe;
R=Rl=-C(O)O-Na+, R2=H (carb4-
n=2÷8, M=Co, Fe; PcM), n=4, M=Co;
(R-)nPcM, где R=Rl=-S(O)2O-Na+, R2=H (sul4-
R=-CH2P(=O)(O-Na+)2(phosn-PcM), PcM), n=4, M=Co
n=8, M=Co

Поставленная задача также решается тем, что мольное соотношение компонентов в ассоциате 1:1-2.

Известен способ демеркаптанизации[1] с использованием катализатора, представляющего собой гексабром-3,6,3,6,3,6,3,6-октаоксифталоцианин кобальта, как описано выше. Он отличается высокой конверсией модельного н-пропилмеркаптана, но имеет технологические недостатки: применение чистого кислорода и повышенная температура проведения процесса.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа каталитической демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов, который бы обеспечивал высокую конверсию и был достаточно технологичен.

Поставленная задача решается тем, что процесс окисления модельного н-пропилмеркаптана проводят в щелочной среде с использованием кислорода воздуха с указанным выше катализатором при комнатной температуре.

Около 20 лет назад на примере порфиринов, а затем - смесей порфиринов и фталоцианинов было установлено, что при смешивании растворов комплексов с четырьмя противоположными по знаку заряда заместителями (R+ или R-) образуются прочные ассоциаты (в литературе используется и другие названия - супрамолекулярные агрегаты, комплексы, ионные пары с переносом заряда и проч.) строго определенного состава - димеры и триммеры [Т.Shimidzu and Т.lyoda, Chem. Phys. Lett. 1981. p.853.; H.Segawa, H.Nishino, Т.Kamikawa, К.Honda and Т.Shimidzu, Chem. Lett. 1989. p.1917; S.Gaspard, C.R., Acad. Sci. Paris. 1984. 298. p.379]. Использование нами термина «ассоциаты» обусловлено следующими причинами. Тетрапиррольные макроциклы в растворах склонны к взаимодействию друг с другом посредством нековалентного связывания. В результате образуются агрегаты, состоящие из нескольких одинаковых молекул. Для того чтобы отличать такие агрегаты от изучаемых нами мы используем термин «ассоциаты», так как наши образования состоят из разных молекул. Использовать термин «комплексы» также неудобно, так как исходные молекулы являются фталоцианиновыми комплексами. Таким образом, выражение «надмолекулярный ионный ассоциат» обозначает систему, состоящую из нескольких молекул (надмолекулярный), различных по своим свойствам, связанных между собой преимущественно ионными связями, но не только.

Фталоцианины с катионными аммониометильными заместителями choln-PcM и pymn-PcM получали хлорметилированием фталоцианина кобальта или фталоцианина железа α,α'-дихлорметиловым эфиром и последующим взаимодействием хлорметилзамещенного производного с 2-(диметиламино)этанолом или пиридином, соответственно. Среднюю степень замещения регулировали, изменяя время реакции хлорметилирования.

Аналогично получали и анионный фосфонатометилзамещенный фталоцианин кобальта phosn-PcCo, однако при взаимодействии с хлорметилзамещенным производным использовали триметилфосфит или триэтилфосфит с последующим гидролизом диалкилфосфонатных групп.

Натриевую соль тетракарбоксифталоцианина кобальта carb4-PcCo получали нейтрализацией известного 2,9,16,23-тетракарбоксифталоцианина кобальта [С.А.Михаленко, Л.И.Соловьева, Е.А.Лукьянец // ЖОХ. 2004. Т.74. Вып.3. С.496-505].

Натриевую соль октакарбоксифталоцианина кобальта carb8-PcCo получали по способу, описанному в работе [Патент РФ 2304582, 2007, БИ №23].

Натриевую соль тетрасульфофталоцианина кобальта sul4-PcCo получают как в работе [Rollman L.D. Ivamoto R.T. J. Amer. Chem. Soc. 1968. V.90. №5. P.1455].

Ассоциаты получали путем смешивания водных растворов фталоцианинов с разноименно заряженными заместителями. Состав ассоциатов регулировали, изменяя стехиометрическое соотношение компонентов (R-)nPcM:(R+)nPcM. Состав катализаторов в соответствии с изобретением приведен в таблице 1.

Для оценки каталитической активности заявленных катализаторов использовали такую же, как в прототипе реакцию каталитического окисления модельного н-пропилмеркаптана. Каталитическая активность катализаторов (оцененная по конверсии исходного н-пропилмеркаптана) приведена в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, все катализаторы проявили большую или такую же каталитическую активность, как у прототипа при более мягких условиях: при окислении кислородом воздуха при комнатной температуре.

При повторном использовании лучших катализаторов их активность незначительно снижается, оставаясь весьма высокой - 95%.

Таким образом, получен активный катализатор, являющийся производным фталоцианина, отличающийся тем, что он представляет собой надмолекулярный ионный ассоциат разноименно заряженных фталоцианинов структурной формулы I и II, который позволяет / эффективно проводить процесс окисления меркаптанов при комнатной температуре в атмосфере воздуха.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение.

Пример 1. Получение октакис(N-(2-гидроксиэтил)-N,N-диметиламмо-ниометил)фталоцианина кобальта (chol8-PcCo).

К 11 г (0,082 моль) хлористого алюминия добавляют при перемешивании 3 мл триэтиламина. После охлаждения массы до температуры 70-80°С к смеси приливают 6 мл (0,0075 моль) α,α'-дихлорметилового эфира, а затем загружают 3 г (0,0052 моль) фталоцианина кобальта. Смесь нагревают в течение 3 часов при перемешивании и температуре 90-93°С, после чего выгружают на лед. Осадок отфильтровывают, промывают водой, метанолом и сушат. Выход октакис(хлорметил)фталоцианина кобальта 5,65 г (78,6%)). Электронный спектр поглощения, λmax = 673 нм (ДМФА). Найдено, %: Cl 29,11. Вычислено % Cl 29,56.

К 0,7 г (0,00073 моль) окстакис(хлорметил)фталоцианина кобальта добавляют 5 мл диметилформамида и 1,5 мл. 2-(диметиламино)этанола, после чего смесь нагревают при перемешивании на кипящей водяной бане в течение 2-х часов. Осадок отфильтровывают, промывают ацетоном, переосаждают из метанола с ацетоном и сушат. Выход 1,0 г (83,3%) комплекса (I). Электронный спектр поглощения, λmax = 672 нм (Н2О). Найдено, %: Cl 16,51; N 13,02. Вычислено для C80H134N18O10C18Co, %: Cl 16,95; N13,4.

Пример 2. Получение октакис(пиридиниометил)фталоцианина кобальта октахлорид (pym8-PcCo).

К 0,49 г (0,00051 моль) окстакис(хлорметил)фталоцианина кобальта (примеры 1-2) добавляют 5,0 мл пиридина после чего смесь нагревают при перемешивании на кипящей водяной бане в течение 2-х часов. Осадок отфильтровывают, промывают ацетоном, переосаждают из метанола с ацетоном и сушат. Выход 0,43 г (83,3%) комплекса (II). Электронный спектр поглощения λmax = 672 нм (Н2О). Найдено, %: Cl 16,51; N 13,02. Вычислено для C90H74N18C18Co, %: Cl 16,95; N 13,4.

Пример 3. Получение октакис(фосфонометил)фталоцианина кобальта (phos8-PcCo).

К 2,0 г (0,00208 моль) окстакис(хлорметид)фталоцианина кобальта, полученного как в примере 1, добавляют 5 мл триэтилфосфита и смесь нагревают при 150°С в течение 2 ч. Избыток триэтилфосфита удаляют в вакууме, продукт переосаждают из бензола гексаном. Выход октакис[(диэтоксифосфонил)метил]фталоцианина кобальта 3,0 г (81,3%) комплекса (I). Электронный спектр поглощения λmax = 685 нм (Н2О). Найдено, %: Р 13,31; Со 3,51. Вычислено для C72H104CoN8O24P8, %: P 13.98; Со 3.33.

Смесь 0,50 г (0,000282 моль) выше полученного эфира и 1 мл концентрированной бромистоводородной кислоты нагревают при 110°С в течение 2 ч. Избыток бромистоводородной кислоты отгоняют в вакууме, остаток промывают водой, спиртом и сушат. Выход продукта 0,27 г (72,3%). Электронный спектр поглощения

λmax = 684 нм (водный раствор NaOH, рН 10). Найдено, %: Р 18,1; Со 4,2. Вычислено для

C40H40CoN8O24P8, %: P 18,72; Со 4,45.

Пример 4. Получение катализатора - ассоциата chol8-PcCo:carb8-PcCo = 1:1.

К 1 мл 3,30·10-4 М водного раствора carb8-PcCo прибавляют 1 мл 3,30·10-4 М водного раствора chol8-PcCo, перемешивают 15 мин. Концентрация раствора полученного ассоциата составляет 1,65·10-4 М.

Пример 5. Получение катализатора - ассоциата chol8-PcCo:carb8-PcCo = 1:2.

К 1 мл 6,60·10-4 М водного раствора carb8-PcCo прибавляют 1 мл 3,30·10-4 М водного раствора chol8-PcCo и перемешивают 15 мин, Концентрация раствора полученного ассоциата составляет 1,65·10-4 М.

Пример 6. Получение катализатора, включающего ассоциат chol8-PcCo:carb8-PcCo = 2:1.

К 1 мл 3,30·10-4 М водного раствора carb8-PcCo прибавляют 1 мл 6,60·10-4 М водного раствора chol8-PcCo и перемешивают 15 мин. Концентрация раствора полученного ассоциата составляет 1,65·10-4 М.

Примеры 7-14.

Остальные катализаторы согласно таблице 1 получали аналогичным образам.

Таблица 1
№ примера Состав катализатора
(R+)nPcM (R-)nPcM (R+)nPcM:(R-)nPcM
4 chol8-PcCo carb8-PcCo 1:1
5 1:2
6 2:1
7 chol4-PcCo carb4-PcCo 2:1
8 pym8-PcCo carb8-PcCo 1:1
9 1:2
10 2:1
11 pym8-PcCo carb4-PcCo 2:1
12 1:1
13 pym8-PcCo phos8-PcCo 1:1
14 pym4-PcCo sul4-PcCo 1:1

Пример 15. Каталитическое окисление н-пропилмеркаптана.

Смешивали в реакторе 20 мл 10% вес. гидроксида натрия (NaOH) и 0,56 мл н-пропилмеркаптана, добавляли 0,1 мл водного раствора (1,65·10-4) chol8-PcCo:car8-PcCo = 1:1 (пример 4). Конечная концентрация ассоциата в растворе 0,80·10-6 М. Реакцию проводили при комнатной температуре в атмосфере воздуха при интенсивном перемешивании в течение 60 минут. Анализы на остаточный меркаптан после опыта проводили методом потенциометрического титрования на универсальном иономере И-500 по стандартной методике раствором азотнокислого аммиаката серебра. Измерительный электрод - сульфид-серебряный, электрод сравнения - хлор-серебряный.

По результатам анализа конверсия н-пропилмеркаптана составила 98%.

Пример 16. Вторичное использование катализатора.

К каталитической смеси (пример 15) после того, как была отобрана проба (0,2 мл) для анализа остаточного меркаптана, прибавляли 0,56 мл н-пропилмеркаптана. Реакцию проводили при комнатной температуре в атмосфере воздуха при интенсивном перемешивании в течение 60 минут. Анализы на остаточный меркаптан после опыта проводили методом потенциометрического титрования на универсальном иономере И-500 по стандартной методике раствором азотнокислого аммиаката серебра. Измерительный электрод - сульфид-серебряный, электрод сравнения - хлор-серебряный.

По результатам анализа конверсия н-пропилмеркаптана составила 95%.

Пример 17-26.

Процесс проводили по примеру 15, но с использованием катализаторов по примерам 5÷14. Результаты приведены в таблице 2.

Таким образом, как видно из таблицы 2, предложенный катализатор и способ демеркаптанизации с его использованием обеспечивает увеличение конверсии модельного н-пропилмеркаптана до 98% при одновременной технологичности процесса (комнатная температура, окислитель - кислород воздуха).

Таблица 2
№ примера Состав катализатора Конверсия н-пропилмеркаптана, %
(R+)nPcM (R-)nPcM (R+)nPcM:(R-)nPcM
15 chol8PcCo car8PcCo 1:1 1 цикл - 98
16 2 цикл - 95
17 1:2 97
18 2:1 95
19 chol8PcCo car4PcCo 2:1 89,5
20 pym8PcCo car8PcCo 1:1 94
2f 1:2 91
22 2:1 90
23 pym8PcCo car4PcCo 2:1 89
24 1:1 89
25 pym8PcCo phos8PcCo 1:1 93
26 pym4PcCo sul4PcCo 1:1 90

1. Катализатор для окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов, являющийся производным фталоцианина, отличающийся тем, что он представляет собой надмолекулярный ионный ассоциат противоположно заряженных фталоцианинов структурной формулы I и II

I:(R+)nPcM, где
R=-CH2N+(CH3)2CH2CH2OHCl-
(choln-PcM), n=2÷8, M=Co, Fe;
n=2÷8, M=Co, Fe;
(R-)nPcM, где
R=-CH2P(=O)(O-Na+)2(phosn-PcM),
n=8, M=Co.

II:(R-)nPcM, где
R=R1=R2=-C(O)O-Na+ (carb8-PcM),
n=8, M=Co, Fe;
R=Rl=-C(O)O-Na+, R2=H (carb4-PcM),
n=4, M=Co;
R=Rl=-S(O)2O-Na+, R2=H (sul4-PcM),
n=4, M=Co

2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что мольное соотношение компонентов в ассоциате 1:1÷2.

3. Способ окислительной каталитической демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов кислородом в щелочной среде в присутствии катализатора, представляющего собой производное фталоцианина, отличающийся тем, что используют катализатор по п.1 и проводят процесс окисления при комнатной температуре кислородом воздуха.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к органической химии, в частности к самоорганизующимся надмолекулярным ионным ассоциатам разноименно заряженных фталоцианинов и их использованию для окисления сульфида натрия.

Изобретение относится к органической химии, в частности к окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов. .

Изобретение относится к области очистки углеводородного сырья или товарных углеводородных фракций от меркаптанов, в частности высококипящих третичных меркаптанов, и может быть использовано в газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Изобретение относится к способам очистки нефтяных фракций от сернистых соединений и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности. .

Изобретение относится к способам получения топливных фракций из жидкого углеводородного сырья и окислительной очистки их от сернистых соединений и может быть использовано в газонефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к способам очистки углеводородного сырья от сернистых соединений и может быть использовано в газо- и нефтеперерабатывающей промышленности. .

Изобретение относится к очистке продуктов нефтепереработки от сернистых соединений и может использоваться в газонефтеперерабатывающей промышленности. .

Изобретение относится к способам очистки углеводородного сырья от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов и может быть использовано в газонефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
Изобретение относится к способам окислительной очистки нефти, газоконденсата и их смеси, а также водонефтяных эмульсий от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов и может быть использовано в нефтяной, газовой и нефтегазоперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к органической химии, в частности к самоорганизующимся надмолекулярным ионным ассоциатам разноименно заряженных фталоцианинов и их использованию для окисления сульфида натрия.

Изобретение относится к органической химии, в частности к окислительной демеркаптанизации нефти и нефтепродуктов. .

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к новому производному металлопорфиразина-тетра-[(10-сульфо)бензо[ ]]антрахинонопорфиразину меди формулы Предложенный тетра-[(10-сульфо)бензо[ ]]антрахинонопорфиразин меди может быть использован в качестве красителя как для полимерных материалов, так и для крашения хлопчатобумажных и льняных тканей.

Изобретение относится к наборам красителей для приготовления красок для струйных принтеров, включая наборы из шести красок. .

Изобретение относится к наборам чернил для создания изображения с помощью струйного принтера, включающим наборы чернил, имеющие шесть видов чернил для струйного принтера.

Изобретение относится к чернилам для струйной печати, содержащим по меньшей мере один краситель, причем краситель является соединением, представленным следующей общей формулой (I), или его солью; содержание (мас.%) красителя составляет 3,0 мас.% или больше от общего веса чернил для струйной печати; в распределении по дальности рассеяния, измеренном способом малоуглового рентгеновского рассеяния, агрегатов молекул в чернилах для струйной печати, в которых концентрация красителя установлена на уровне 3,0 мас.%, значение расстояния рассеяния d75, соответствующее тому, что 75% распределения составляет 3,0 мас.%, составляет 6,50 нм или больше и 7,10 нм или меньше:общая формула (I) где М означает щелочной металл или аммоний; l означает от 0 до 1, m означает от 1 до 2 и n означает от 2 до 3 при условии, что l+m+n=3, и положение замещения заместителя является положение 4 и 4'.

Изобретение относится к новому соединению - мезо-трифенилтетра-[4-(п-трифенилметилфеноксибензо)]моноазапорфиринату цинка, который может быть использован в качестве жирорастворимого красителя зеленого цвета для крашения полимеров, материала для тонкопленочной микроэлектроники, катализатора, а также в других областях науки и техники.

Изобретение относится к новому химическому соединению - тетра-6-[4-(гексилокси)бензоилокси] антрахинонопорфиразину меди, которое может быть использовано в качестве красителя для полимерных материалов.

Изобретение относится к новому химическому соединению, тетра-4-(4-морфолин-4-ил)-тетра-5-(фенокси)фталоцианину меди, являющемуся красителем, растворимым в органических растворителях, который можно использовать для крашения углеводородов, восков, жиров, спиртов, полимерных материалов, пластических масс, резины, синтетических волокон.

Изобретение относится к органической химии, в частности к самоорганизующимся надмолекулярным ионным ассоциатам разноименно заряженных фталоцианинов и их использованию для окисления сульфида натрия.
Наверх