научная статья по теме ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ОБЕССЕРИВАНИЕ БЕНЗИНА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ОБЕССЕРИВАНИЕ БЕНЗИНА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА»

НЕФТЕХИМИЯ, 2013, том 53, № 3, с. 226-230

УДК 542.943.6

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ОБЕССЕРИВАНИЕ БЕНЗИНА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА

© 2013 г. Э. В. Рахманов, А. В. Анисимов, А. В. Тараканова, Н. С. Балеева, Д. Гулузаде

Московский Государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет

E-mail: anis@petrol.chem.msu.ru Поступила в редакцию 10.12.2012 г.

Исследовано обессеривание бензиновой фракции каталитического крекинга, содержащей метил- и диметилтиофены, а также следы бензотиофена и дибензотиофена, с пределом выкипания до 70оС действием пероксида водорода при 50оС в присутствии соединений переходных металлов Na2MoO4, Na2WO4, VOSO4, [Cu(NH3)4]CO3 с последующей адсорбцией на оксиде алюминия. Окисление углеводородной фракции последовательно в присутствии соединений меди и молибдена в двухфазных условиях обеспечивает удаление до 96% общей серы.

Ключевые слова: обессеривание, пероксид водорода, бензин, каталитический крекинг, пероксоком-плексы, переходные металлы.

Б01: 10.7868/8002824211303009Х

Ужесточение законодательных требований к содержанию серы в моторных топливах стимулирует совершенствование существующих технологических процессов обессеривания. В большинстве развитых стран (Европа, США, Япония) в настоящее время содержание серы в моторных топливах ограничивается 10 ррт [1]. Существующие в настоящее время методы облагораживания топлив на гетерогенных катализаторах в присутствии водорода не всегда дают желаемые результаты, особенно для малых производств, поэтому актуальным остается поиск новых способов обес-серивания, основанных на реакции окисления сернистых соединений [2, 3]. Значительный интерес к окислению особенно сульфидов, вызван также широким использованием сульфоксидов и сульфонов в качестве флотореагентов, для получения фармацевтических препаратов и других ценных продуктов [4—6].

Имеющиеся литературные данные по проведению окислительных реакций пероксидом водорода в присутствии пероксокомплексов переходных металлов ^ Мо, V, № свидетельствуют об их достаточно высокой каталитической активности в окислении индивидуальных алкилсульфидов и обессеривании модельных дизельных топлив [7, 8]. Несмотря на их невысокую активность в виде пероксокомплексов при окислении индивидуальных бензотиофенов, их использование в окислительном обессеривании оправдано в технологическом варианте двухфазной системы,

преимуществом которой является возможность использования низкопроцентных растворов пе-роксида водорода, простота отделения продуктов окисления от окислительной системы и возможность многократного использования соединения металла без его регенерации.

В настоящей работе проводилось исследование окислительного обессеривания бензиновой фракции продуктов каталитического крекинга действием 30%-ного водного раствора пероксида водорода в условиях двухфазной системы, когда окислитель — пероксид водорода — находится в водной фазе, окисляемые вещества в органической фазе, а пероксокомплекс, образующийся в результате взаимодействия соли металла и перок-сида водорода, с помощью поверхностно-активного вещества (ПАВ) переносится из водной фазы в органическую, где и происходит окисление.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Использовали широкую бензиновую фракцию каталитического крекинга с температурой кипения до 205оС (НК-205); после окончания окисления ее разгоняли, собирали фракцию с температурой кипения до 70оС (НК-70); далее для удаления сернистых соединений осуществляли адсорбционную очистку на оксиде алюминия. По данным хро-матомасс-спектрометрии исходные бензиновые фракции содержат метил- и диметилтиофены, а также следы бензотиофена и метилбензотиофена.

Таблица 1. Обессеривание бензиновой фракции каталитического крекинга пероксидом водорода в присутствии различных переходных металлов и ПАВ [50оС, 2 ч] (содержание общей серы определено для фракции НК-70)*

Соль металла Кол-во катализатора, мг Кол-во 30%-Н2О2, мл ПАВ Удаление общей серы, %

№2^04 • 2Н20 0.44 0.123 М,М-Диэтаноламид лауриновой кислоты Лаурилдиметилбензиламмоний хлорид Лаурилдиметилбензиламмоний хлорид [2,5]-Дибензо-21-краун-7 Дибензо-27-краун-9 60 53 69 58 65

0.38

№2Мо04 • 2Н20 0.62 0.123 М,М-Диэтаноламид лауриновой кислоты Лаурилдиметилбензиламмоний хлорид 63 67

0.38 Лаурилдиметилбензиламмоний хлорид [2,5]-Дибензо-21-краун-7 Дибензо-27-краун-9 71 60 59

У0804 • Н20 0.60 0.123 М,М-Диэтаноламид лауриновой кислоты Лаурилдиметилбензиламмоний хлорид 62 43

0.38 Лаурилдиметилбензиламмоний хлорид [2,5]-Дибензо-21-краун-7 Дибензо-27-краун-9 48 52 54

[Си(МН3)4]С03 1.86 0.123 Лаурилдиметилбензиламмоний хлорид 73

* В таблицах 1—3 исходное содержание серы во фракции НК-70 до очистки составляло 335 ррт.

Наличие высококипящих серосодержащих соединений в них вызвано обычным для практики проскоком при фракционировании. Содержание общей серы во фракции с концом кипения 70оС до окисления составляло 355 ррт.

Процесс окисления проводили при 50оС с использованием ПАВ и 30%-ного пероксида водорода в качестве окислителя, в качестве катализаторов применяли соли, содержащие переходные металлы Ш2Мо04, Ш^Оф У0804, [Си(МН3)4]С03, которые брались из коммерческих источников. В качестве ПАВ использовали лаурилдиметилбензи-ламмоний хлорид, М,М-диэтаноламид лауриновой кислоты СпН21С(0)М(СН2СН20Н)2 и краун-эфи-ры (табл.1).

Обессеривание бензиновой фракции каталитического крекинга в присутствии пероксокомплексов переходных металлов. Обессеривание бензиновой фракции проводили 30%-ным водным раствором пероксида водорода в присутствии солей переходных металлов: Ма2^04 • 2Н20, №2Мо04 х х 2Н20, У0804 • Н20 при температуре 50оС в течение 2 ч и постоянном перемешивании. Соли вводили в реакцию в виде 5%-ных водных растворов. В реактор помещали 35 мл (24.74 г) бензиновой фракции и поочередно прибавляли: 1) 0.123 мл (0.001 ммоль) 30%-ного водного раствора Н2О2,

смесь перемешивали 3—5 мин; 2) один из 5%-вод-ных растворов солей Мо или У): Ма2^04 х х 2Н20 - 8.87 мкл (0.44 мг, 0.0013 ммоль), Ш2Мо04 • 2Н20 - 12.08 мкл (0.62 мг, 0.0026 ммоль), У0804 • Н20 - 12.04 мкл (0.60 мг, 0.0033 ммоль) соответственно; 3) ПАВ — ^^ди-этаноламид лауриновой кислоты (0.5 мг) или лау-рилдиметилбензиламмоний хлорид (0.01 мл) в виде 35%-ного раствора в смеси С2Н5ОН/Н2О (1 : 9), краун-эфиры в количестве 10—6 моль. По окончании реакции (50оС, 2 ч) продукт промывали водой или 5%-ным водным раствором №0Н с последующей обработкой водой до нейтральной реакции, или диметилформамидом. Перегоняли, собирая фракцию с температурой кипения до 70оС, и анализировали на содержание серы.

Обессеривание бензиновой фракции каталитического крекинга в присутствии пероксокомплексов переходных металлов с пиридиновым лигандом. В

реактор помещали 35 мл (24.74 г) бензиновой фракции и поочередно прибавляли: 1) 0.38 мл (0.003 ммоль) 30%-ного водного раствора Н2О2, смесь перемешивали несколько минут; 2) один из 5%-ных водных растворов солей (^ Мо, У): Ш2^04 • 2Н20 - 8.87 мкл (0.44 мг, 0.0013 ммоль), Ш2Мо04 • 2Н20 - 12.08 мкл (0.62 мг, 0.0026 ммоль), У0804 • Н20 - 12.04 мкл (0.60 мг,

228

РАХМАНОВ и др.

0.0033 ммоль) соответственно; 3) 0.24 (0.003 ммоль), 0.47 (0.006 ммоль) или 0.56 мг (0.007 ммоль) пиридина для солей ^ Мо и V соответственно; 4) лау-рилдиметилбензиламмоний хлорид (ПАВ) — 0.01 мл 35%-ного раствора в смеси С2Н5ОН/Н2О (1 : 9). По окончании реакции (50оС, 2 ч) продукт промывали водой, перегоняли, собирая фракцию с температурой кипения до 70оС, и анализировали на содержание серы.

Обессеривание бензиновой фракции каталитического крекинга пероксидом водорода в присутствии катализатора [Cu(NH3)4]CO3 в щелочной среде. В реактор помещали 35 мл (24.74 г) бензиновой фракции и поочередно добавляли: 1) 0.123 мл (0.001 ммоль) 30%-ного водного раствора Н2О2;

2) 0.006 мл 25%-ного водного раствора №ОИ;

3) лаурилдиметилбензиламмоний хлорид (ПАВ) — 0.01 мл 35%-ного раствора в смеси С2Н5ОН/Н2О (1 : 9); 4) 0.0124 мл (1.86 мг, 0.00972 ммоль) 5%-но-го (по меди) водного раствора тетрааммиаката карбоната меди [Си(МИ3)4]СО3. По окончании реакции (50оС, 2 ч) продукт промывали 5%-ным водным раствором №ОИ, водой до нейтральной реакции. Перегоняли, собирая фракцию с температурой кипения до 70оС, и анализировали на содержание серы.

Обессеривание бензиновой фракции каталитического крекинга пероксидом водорода с последовательным использованием соединений разных переходных металлов. 1-ый этап. В реактор помещали 35 мл (24.74 г) бензиновой фракции и поочередно добавляли: 1) 0.123 мл (0.001 ммоль) 30%-ного водного раствора Н2О2; 2) 0.006 мл 25%-ного водного раствора №ОИ; 3) лаурилдиметилбензиламмоний хлорид — 0.01 мл 35%-ного раствора в смеси С2Н5ОН/Н2О (1 : 9); 4) 0.0124 мл (1.86 мг, 0.0097 ммоль) 5%-ного (по меди) водного раствора [Си(МИ3)4]СО3. Реакцию проводили при 50оС в течении 2-х ч; после ее окончания реакционную смесь промывали водой до нейтральной реакции и использовали далее без дополнительной очистки.

2-ой этап. К полученной смеси добавляли 0.38 мл (0.003 ммоль) 30%-ного водного раствора Н2О2, ПАВ (такое же количество, как и на 1-ом этапе), перемешивали 3—5 мин, затем добавляли водный раствор соли металла ^ или Мо): • 2И2О - 8.87 мкл (0.44 мг, 0.0013 ммоль), Ш2МоО4 • 2И2О - 12.08 мкл (0.62 мг, 0.0026 ммоль) соответственно. По окончании реакции (50оС, 2 ч) продукт промывали 5%-ным водным раствором №ОИ и водой до нейтральной реакции, перегоняли, собирая фракцию с температурой кипения до 70оС, и анализировали на содержание серы.

Аналитическая часть. Хроматомасс-спектро-метрический анализ бензиновых фракций катали-

тического крекинга НК-70 (т. кип. до 70оС) и фракции с т. кип. 70—205оС проводили на приборе Pegasus 4D фирмы LECO в режиме электронного удара с энергией ионизирующего излучения 70 эВ. Газохроматографическое разделение осуществляли на силиконовой капиллярной колонке Rxi-5Sil MS длиной 30 м и внутренним диаметром 0.25 мм в режиме программирования температуры от 50оС (2 мин) до 280оС (5 мин) со скоростью 20оС/мин. Сканируемые массы 29—500 Дальтон. Определение содержания серы в образцах до и после обессеривания п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком