Способ получения олигомеров индена

Изобретение относится к способу получения олигомеров индена путем каталитической олигомеризации индена, характеризующемуся тем, что в качестве катализаторов используют цеолиты Y и BETA в количестве 10-30% мас. по отношению к индену, реакцию проводят при 80-200°С в среде растворителя или без него. Применение данного способа позволяет упростить получение олигомеров индена. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области нефтехимического синтеза, а именно к способу получения олигомеров индена.

Олигомеры индена входят в состав нефтеполимерных смол и различных полимерных материалов, которые широко используются в лакокрасочной, резиновой, шинной, строительной промышленности [1. Думский Ю.Ц. и др. Нефтеполимерные смолы. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1983, 65 с; 2. Беренц А.Д. и др. Переработка жидких продуктов пиролиза М.: Химия, 1985, 216 с.].

Олигомеризацию фракции ароматических углеводородов C₈-C₉ легкой смолы пиролиза, в которой содержание индена может достигать 17-20%, в промышленности проводят в присутствии катализаторов Фриделя-Крафтса или серной кислоты [2].

Описана олигомеризация индена в присутствии фосфорной кислоты [3. W.Е.Noland, L.L.Landucci, J.С.Darling. J. Org. Chem. 1979, v.44, №8, p.1358-1359]. Инден (200 г) добавляли к раствору 200 мл 85%-ной H₃PO₄ в 200 мл воды. Образующуюся двухфазную смесь кипятили при интенсивном перемешивании от 15 до 23 ч. Полученная реакционная масса представляла собой смесь олигомеров, в которой 82% составляли димеры и 18% более высокомолекулярные соединения.

В работе [4. J.Jovanovic, M.Spliteller W.Elling, J. Serb. Chem. Soc., 2002, 67, (6), p.393-406] изучали состав олигомеров, образующихся при олигомеризации индена в присутствии BF₃ и H₂SO₄. Олигомеризация индена в присутствии BF₃*OEt₂ при 120°C приводит к получению, в основном, олигомеров со степенью олигомеризации n=7-32 и небольшого количества димеров (9,2%) и тримеров индена (5,6%).

На серной кислоте реакция протекает с образованием небольшого количества высокомолекулярных олигомеров. Так, при олигомеризации 10 г индена в присутствии 40 мл 48% серной кислоты при 125-130°C в течение 8 ч получали реакционную массу следующего состава: 88,1% - димеры, 6,1% - тримеры, 2,3% - олигомеры, неидентифицированные соединения - 3,5%.

Недостатками указанных выше способов является использование агрессивных, токсичных, вызывающих сильную коррозию катализаторов. Процесс отделения катализатора от реакционной массы является многостадийным и включает стадии нейтрализации кислоты, промывки олигомеризата водой, последующей его осушки и сопровождается образованием значительного количества стоков.

Задачей изобретения было упрощение способа олигомеризации индена.

Решение этой задачи достигается тем, что способ получения олигомеров индена осуществляют в присутствии цеолитных катализаторов при 80-200°С в растворителе или без него. В качестве цеолитных катализаторов используют широкопористые цеолиты Y, BETA. Концентрация катализатора составляет 10-30% мас. в расчете на инден. В качестве растворителя используют различные алифатические или хлорированные углеводороды. Соотношение инден:растворитель составляет 1:2-4.

Состав олигомеров индена можно варьировать, изменяя природу вводимого в цеолит катиона, степень ионного обмена иона Na⁺ на Н⁺ и структуру кристаллического каркаса цеолита. В присутствии цеолита Y со степенью декатионирования 96% (обозначен 0,96HY) в растворителе получают олигомеризат, в составе которого димеры составляют - 30-40%, тримеры - 22-29%, олигомеры с числом мономерных звеньев n=4-17 - 35-47%.

На цеолите 0,96HY, модифицированном катионами редкоземельных элементов (РЗЭ) или N1, олигомеризация проходит с образованием 44-46% димеров, 19-20% тримеров и 34-36% олигомеров n=4-17.

Проведение олигомеризации в присутствии цеолита BETA приводит к изменению состава олигомеров: степень олигомеризации индена составляет n=2-5. В составе олигомеров преобладают димеры.

Увеличить выход высокомолекулярных олигомеров с молекулярной массой до 2100-2200 (n=18) можно, проводя олигомеризацию индена в хлорированных углеводородах или без растворителя. При этом возрастает выход олигомеров со степенью олигомеризации n≥5 и появляется фракция с n≈18.

Катализатор отделяется от реакционной массы фильтрованием или декантацией и может быть использован повторно.

Использование предлагаемого способа позволяет следующее.

1. Существенно упростить процесс олигомеризации индена за счет уменьшения количества стадий.

2. Исключить вредные, токсичные реактивы, а также стоки и отходы.

3. Значительно снизить энерго- и материалоемкость процесса.

Предлагаемый способ олигомеризации осуществляют следующим образом.

В качестве катализаторов используют цеолиты типа Y и BETA. Цеолит Y с мольным соотношением SiO₂/Al₂O₃=6,0 синтезировали по методике, приведенной в [5. Патент РФ №2151739, 1997].

Путем ионного обмена из раствора NH₄NO₃ цеолит NaY переводят в NH₄-форму; последующей прокалкой при 540°C в течение 4 ч полученные образцы переводят в H-форму с различной степенью ионного обмена - 0,5HNaY и 0,96HY (цифры перед обозначением цеолита показывают степень обмена ионов Na⁺ на Н⁺).

Ионным обменом цеолита 0,96HY из растворов соответствующих солей получают цеолиты NiHY (содержание Ni 6,8% мас.) и РЗЭHY (содержание РЗЭ 2,6% мас.).

Цеолит BETA в NH₄-форме синтезируют в ОАО "Ангарский завод катализаторов и органического синтеза" по ДК 01-21303-008-2004. Цеолит BETA в H-форму переводят прокаливанием при 540°C в течение 4 ч. Мольное отношение SiO₂/Al₂O₃=18; степень кристалличности более 85%.

Олигомеризацию индена проводят в стеклянном реакторе или металлическом автоклаве.

Инден и растворитель помещают в стеклянный реактор и при температуре реакции добавляют катализатор в количестве 10-30% (в расчете на инден). Суспензию перемешивают при температуре реакции в течение 4-7 ч.

В автоклав загружают инден, растворитель и катализатор, герметично закрывают и помещают в термостатируемый шкаф, где автоклав непрерывно вращается. По окончании реакции реакционную массу охлаждают, отфильтровывают от нее катализатор. Текущую концентрацию индена и состав димеров анализируют методом газожидкостной хроматографии. Условия анализа: хроматограф HRGS 5300 Mega Series "Carlo Erba" с пламенно ионизационным детектором; условия анализа: стеклянная капиллярная колонка с SE-30 длиной 25 м, температура анализа 50-280°C с программированным нагревом 8°C/мин, температура детектора 250°C, температура испарителя 300°C, газ-носитель - гелий со скоростью подачи 30 мл/мин). Состав олигомеров определяли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе HP-1090. Условия анализа: полистирольная колонка Plgel 50 Å, скорость подачи толуола 0,8 мл/мин, скорость ленты 1,5 см^-1, рефрактометрический детектор.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В стеклянный реактор загружают 50 мл нонана и 25 г (0,22 моль) индена. При 80°C добавляют 7,5 г (30%) цеолита H-BETA и перемешивают при этой температуре 7 ч. После окончания реакции реакционную массу охлаждают, отфильтровывают катализатор. От полученного раствора отгоняют растворитель и непрореагировавший инден. Получают 23,5 г олигомеризата, представляющего собой вязкую темно-желтую массу. Состав олигомеров (% мас.): димеры - 50,1; тримеры - 27,4; тетрамеры - 7,2; олигомеры с числом мономерных звеньев n=5-17 - 15,3. Конверсия индена - 97,0%

Пример 2. В металлический автоклав загружают 10 мл нонана и 5 г (0,04 моль) индена, затем добавляют 0,5 г (10%) цеолита 0,96HY, автоклав герметично закрывают и помещают в термостатируемый шкаф. Реакцию проводят при температуре 150°C 7 ч при непрерывном вращении автоклава. После окончания реакции реакционную массу охлаждают, отфильтровывают катализатор. От полученного раствора отгоняют растворитель и непрореагировавший инден. Получают 3,49 г олигомеризата, представляющего собой вязкую темно-желтую массу. Состав олигомеров (% мас.): димеры - 29,7; тримеры - 23,3; тетрамеры - 16,9 и олигомеры n=5-17 - 30,1. Конверсия индена - 72,0%.

Примеры 3-13 приведены в таблице. Примеры №6, 8, 10, 11, 15 аналогично примеру 1 (120°). Примеры №3-5, 7, 9, 13-14 (≥150°C) - аналогично примеру №2.

Таблица
Олигомеризация индена в присутствии цеолитных катализаторов
№ п/п	Катализатор	раство ритель	инден: растворитель (об.)	Кол-во катализатора, % мас.	Т, °С	τ, ч	Конверсия индена, % мас.	Состав олигомеров, % мас.
n=2	n=3	n=4	n=5-17	n=18
3	0,96HY	нонан	1:2	30	150	5	81,6	35,2	29,2	17,3	18,3	-
4	-,,-	нонан	1:2	20	170	6	86,5	40,8	21,9	20,0	17,3	-
5	-,,-	нонан	1:2	30	200	5	93,5	32,7	23,3	19,5	24,5	-
6	-,,-	*	-	30	120	5	71,6	15,7	9,2	4,5	-	70,6
7	0,5HY	нонан	1:2	30	150	5	92,9	44,1	25	13,3	17,6	-
8	NiHY	гептан	1:4	20	120	5	98,2	44	19,3	11,7	24,3	0,7
9	РЗЭНY	нонан	1:2	30	200	5	95,1	46,2	19,7	14,2	19,9	-
10	BETA	нонан	1:2	10	120	7	67,8	64,1	15,7	7,7	12,4	-
11	-,,-	нонан	1:2	30	120	5	97,5	52,8	29,6	10,9	6,7	-
12	-,,-	нонан	1:2	20	170	4	95,7	40,5	29,0	17,6	12,9	-
13	-,,-	CH2Cl2	1:4	30	80	10	65,5	21	10,6	10,6	33,8	24,2
14	-,,-	CHCl3	1:4	30	80	5	73,1	34,3	17,7	11,5	32,6	3,8
15	-,,-	-	-	10	120	6	61,3	34,4	11,3	5,8	36,2	12,3
* - без растворителя

1. Способ получения олигомеров индена путем каталитической олигомеризации индена, отличающийся тем, что в качестве катализаторов используют цеолиты Y и BETA в количестве 10-30 мас.% по отношению к индену, реакцию проводят при 80-200°С в среде растворителя или без него.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве цеолитов используют цеолиты типа Y в декатионированной (0,5HNaY и 0,96HY) и катион-декатионированной (NiHY, РЗЭНУ) форме и цеолит BETA в Н-форме.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют алифатические или хлорированные углеводороды при соотношении инден: растворитель, равном 1:2-4 (об.).