L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОАЛКАНОВ C8 ИЛИ C10
| Название | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОАЛКАНОВ C8 ИЛИ C10 |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Цодиков М.В., Кугель В.Я., Яндиева Ф.А., Сливинский Е.В., Платэ Н.А., Мордовин В.П., Моисеев И.И., Гехман А.Е. |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2220940 |
| Дата регистрации | 12.07.2002 |
| Правообладатель | Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН |
Описание изобретения
Изобретение относится к области гетерогенно-каталитических превращений органических соединений и, более конкретно, к каталитическим превращениям алифатических спиртов в изоалканы C8 или С10. Сущноcть: изоалканы C8 или С10 получают путем контактирования алифатического спирта - изобутанола или изопентанола в среде инертного газа при 300-420oС, давлении 30-80 атм, объемной скорости 0,1-0,8 ч-1 с каталитической композицией, содержащей гидридную фазу железотитанового интерметаллического соединения, модифицированного металлами IV-VII групп, и промышленный алюмоплатиновый или алюмоникелевый катализатор, взятые в массовом отношении 10:1. Технический результат - повышение выхода изоалканов, расширение сырьевой базы исходных реагентов. 2 з.п.ф-лы, 5 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области гетерогенно-каталитических превращений органических соединений и, более конкретно, к каталитическому превращению алифатических спиртов в изопарафиновые углеводороды.
Алканы изостроения, как известно, являются наиболее ценными компонентами моторного, арктического дизельного и авиационного топлив, обеспечивая высокое октановое число, низкую температуру застывания, а также повышенную теплотворную способность наряду с высокой стабильностью при хранении.
Помимо топлив изопарафиновые углеводороды находят большой спрос в качестве растворителей и разбавителей многих органических промышленных материалов.
Учитывая, что одним из основных источников загрязнения окружающей среды является транспорт, в последнее время особые требования предъявляются к составу топлив. Этим обусловлен дополнительно повышенный спрос на экологически наиболее приемлемые изопарафины.
В последнее время стала очевидной необходимость развития синтетических направлений, альтернативных нефтяному, и предназначенных для получения высокооктановых компонентов топлив.
Одним из наиболее перспективных таких направлений считается так называемый Mobil-процесс, в одной из модификаций которого парафиновые углеводороды до С5 получают в две стадии, осуществляя на первой стадии синтез метанола в присутствии медь-цинк или хром-цинк-алюминиевых катализаторов и на второй стадии в присутствии цеолитных катализаторов превращение метанола в парафиновую фракцию, содеращую до 20% алканов изостроения [US 4086262, 25.04.1978]. Этот способ нами принят в качестве аналога. К недостаткам известного способа можно отнести невысокую концентрацию изопарафинов.
В работе [A.K. Talukdar et.all "HZSM-5 catalysed conversion of agueons ethanol to hydrocarbous". Appl. Catal., A:General, 148,357 (1997)] была показана возможность получения углеводородной бензиновой и дизельной фракции путем пропускания этанола через цеолитный катализатор ZSM-5 при температуре 400-450oС и давлении водорода до 10 атм. Однако жидкие продукты реакции согласно этому способу состоят из ароматических углеводородов.
Превращение низших алифатических спиртов С2-С5 в присутствии промышленных полифункциональных никель- и медьсодержащих катализаторов исследовалось в работе [Закономерности превращения спиртов на медьсодержащих катализаторах. Материалы XIII Международной Научно-технической конференции. "Химические реактивы и процессы малотоннажной химии" Вып.3 Тула, Из-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2000, с. 156]. В этой работе показано, что в присутствии металлооксидных катализаторов реакции этерификации и гомологенизации являются основными маршрутами каталитических превращений алифатических спиртов С2-С5. В результате протекания этих реакций, главным образом, образуются кислородсодержащие продукты: простые и сложные эфиры, альдегиды, кетоны, ацетали, а также алифатические спирты, содержащие большее число углеродных атомов в цепи углеводородного остова по сравнению с исходными реагентами. Изоалканы в продуктах конденсации составляют лишь ~2,0%.
Ближайшим известным решением аналогичной задачи является способ получения изоалканов путем контактирования алифатического спирта - этанола в среде диоксида углерода при повышенных температуре и давлении (300oС, 15 атм) и объемной скорости 0,2 ч-1 с каталитической композицией, состоящей из гидридной фазы железотитанового интерметаллического соединения, модифицированного металлами IV-VII групп и γ-оксид алюминия, взятых в массовом соотношении 10: 1 [М.В. Цодиков и др. Совместные превращения диоксида углерода и этанола в присутствии интерметаллида TiFe0,95Zr0,03Mo0,02, Pd/SiO2 и Аl2О3. Изв. РАН, (сер.хим.) 7, 1360, 1998].
Согласно известному способу при использовании каталитической композиции, содержащей в качестве гидридной фазы железотитановое интерметаллическое соединение, модифицированное металлами IV-VII групп, в частности [TiFe0,95Zr0,03Mo0,02] H2 (ГФИС), при конверсии этанола получают до 40% алканов в виде смеси C8-C15, в которой содержание изопарафинов не превышает 50%. Выделение индивидуальных изоалканов, например С8 или С10, сопряжено с большими трудностями.
Задачей настоящего изобретения является получение изоалканов C8 или С10, преимущественно диметилалканов, и повышение их выхода при использовании в качестве алифатического спирта изобутанола или изопентанола.
Для решения поставленной задачи предложен настоящий способ получения изоалканов C8 или С10 путем контактирования алифатического спирта, в качестве которого используют изобутанол или изопентанол, с каталитической композицией, содержащей гидридную фазу железотитанового интерметаллического соединения, модифицированного металлами IV-VII групп, и промышленный алюмоплатиновый или алюмоникелевый катализатор при массовом отношении промышленного катализатора к интерметаллическому соединению, равном 1:10, в среде инертного газа при температуре 300-420oС, давлении 30-80 атм и объемной скорости 0,1-0,8 ч-1, предпочтительно при температуре 350oС, давлении 50 атм и объемной скорости 0,5 ч-1.
Предложенный способ предусматривает использование каталитической композиции, содержащей в качестве гидридной фазы железотитанового интерметаллида соединение общей формулы: Ti1-xFe1-yMzHn, где М - один или несколько элементов из группы: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Th, Cu, Y; лантаниды или их смесь в виде мишметалла; x=0-0,3; у=0-0,7; z=0-0,7; n>0. [Мордовин В. П. и др. II Международное совещание по использованию энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ) в экологии, транспорте и космосе, Москва, 2001, с. 121-127].
В способе согласно изобретению предпочтительно используют [TiFe0,95Zr0,03Mо0,02]H2, [ТiFе0,95Мn0,03Сr0,02]Н2.
В качестве промышленных катализаторов используют алюмоплатиновые (АП)56, АП-64), или алюмоникелевые катализаторы (Нi/Аl2О3) [Ал.А. Петров. Химия алканов. - М.: Наука, 1974, с. 131-133].
При использовании изобутанола и изопентанола, превращения в изоалканы с большим числом углеродных атомов, чем в исходном спирте, реализуются при относительно высоком давлении в результате склонности реагентов к развитию побочных реакций конденсации, которые приводят к образованию кислородсодержащих продуктов. При этом, как показали наши опыты, в среде СО2 происходит его включение в промежуточные продукты превращения спиртов с образованием формиатных эфиров и других кислородсодержащих соединений. В связи с этим для получения изоалканов согласно изобретению используют инертный газ. По нашему мнению, в этом случае необходимость использования бифункциональных катализаторов обусловлена координирующей способностью нанесенных металлов, Pt и Ni, к образованию промежуточных комплексов с карбеновыми интермедиатами. В присутствии γ-Аl2О3 развиваются побочные реакции конденсации с преимущественным образованием простых и сложных эфиров и карбонилсодержащих соединений (особенно кетонов).
Способность гидридной фазы интерметаллического соединения, содержащегося в используемой каталитической смеси, к мягкому гидрированию не приводит к обрыву цепи превращений на стадии образования карбеновых интермедиатов. Дозированное выделение водорода способствует гидрированию ненасыщенных продуктов конденсации.
Формула изобретения
1. Способ получения изоалканов C8 или С10 путем контактирования алифатического спирта при повышенной температуре и давлении с каталитической композицией, включающей гидридную фазу железотитанового интерметаллического соединения, модифицированного металлами IV-VII групп, отличающийся тем, что в качестве алифатического спирта используют изобутанол или изопентанол, каталитическая композиция дополнительно содержит промышленный алюмоплатиновый или алюмоникелевый катализатор, взятый в массовом отношении к интерметаллическому соединению, равном 1:10, и процесс проводят в среде инертного газа при температуре 300-420°С, давлении 30-80 атм и объемной скорости 0,1-0,8 ч-1.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят при температуре 350°С, давлении 50 атм и объемной скорости 0,5 ч-1.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют каталитическую композицию, содержащую в качестве гидридной фазы железотитанового интерметаллического соединения соединение, выбранное из группы, включающей [TiFe0,95Zr0,03Mo0,02]H2 и [TiFe0,95Mn0,03Cr0,02]H2.
Медаль Альфреда Нобеля