Патент на изобретение №2325228

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2325228 (13) C1
(51) МПК

B01J37/02 (2006.01)
B01J35/08 (2006.01)
B01J27/047 (2006.01)
B01J27/055 (2006.01)
B01J27/138 (2006.01)
B01J27/125 (2006.01)
C07D333/10 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 27.10.2010 – действует

(21), (22) Заявка: 2007109180/04, 12.03.2007

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

12.03.2007

(46) Опубликовано: 27.05.2008

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
SU 380658, 01.01.1973. SU 186393 A1, 01.01.1966. SU 186502 A1, 01.01.1966. US 5166362 A, 24.11.1992. ЕР 0751138 А, 02.01.1997.

Адрес для переписки:

630090, г.Новосибирск, пр. Акад. Лаврентьева, 5, Институт катализа им. Г.К. Борескова, патентный отдел, Т.Д. Юдиной

(72) Автор(ы):

Исмагилов Зинфер Ришатович (RU),
Яшник Светлана Анатольевна (RU),
Хайрулин Сергей Рифович (RU),
Мазгаров Ахмет Мазгарович (RU),
Вильданов Азат Фаритович (RU),
Копылов Александр Юрьевич (RU),
Садыков Радик Равкатович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество “Волжский научно-исследовательский институт углеводородного сырья” (ОАО “ВНИИУС”) (RU),
Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской Академии наук (RU)

(54) КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИОФЕНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к химии гетероциклических соединений серы, а именно к способам получения тиофена из продуктов нефтепереработки, и может найти применение в химической промышленности. Тиофен и его гомологи применяются в химической промышленности и фармакологии для синтеза полиорганосилоксанов, гербицидов, физиологически активных и душистых веществ. Описан катализатор для получения тиофена из серосодержащих соединений и С4-углеводородов, содержащий хромат магния и/или меди, оксид алюминия и возможно оксиды магния и/или калия, и/или лантана, и катализатор, имеющий общую формулу: tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3, где, мас.%: t=5-25, n=0-1, х=0-3.2, у=0-2, z=0-10, Al2O3 – остальное. Процесс проводят при объемной скорости 400-1800 ч-1 и температуре 400-600°С, в качестве серосодержащих соединений используют органические дисульфиды. Технический эффект – высокий выход тиофена. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к химии гетероциклических соединений серы, а именно к способам получения тиофена из продуктов нефтепереработки, и может найти применение в химической промышленности. Тиофен и его гомологи применяются в химической промышленности и фармакологии для синтеза полиорганосилоксанов, гербицидов, физиологически активных и душистых веществ.

Известны некаталитические способы получения тиофена, например, из серы и н-алифитических парафинов или олефинов, преимущественно С4-углеводородов (GB 633239, 12.12.1949), или термической конденсацией полисульфидов с ацетиленом при 400-550°С [SU 1442522, 07.11.88; RU 2063967, 20.07.1996]. В качестве полисульфидов используют диметилдисульфид, диэтилдисульфид или дисульфидное масло следующего состава, мас.%: диметилдисульфид – 27, диэтилдисульфид – 25, метилэтилдисульфид – 48. К недостаткам известного способа можно отнести относительно низкий выход тиофена, не превышающий 30%, за счет образования большого количества побочного высококипящего продукта тиенотиофена, высокую скорость осмоления основного и вспомогательного оборудования продуктами крекинга и полимеризации ацетилена.

Существующие каталитические способы получения тиофенов описаны в обзоре М.А.Ряшенцевой [Успехи химии, т.63 (5), с.456-466, 1994]. Например, известен способ синтеза тиофена из ацетилена и сероводорода в присутствии оксида алюминия. Исследованы каталитические свойства оксидов переходных металлов, нанесенных на оксид алюминия. Наиболее высший выход тиофена – 26,3% – из ацетиленводородной смеси был получен на катализаторе состава: 5% – Cr2О3, -Al2О3 – остальное, при температуре 490-500°С [М.А.Ряшенцева, там же].

Другая группа способов – синтез тиофена из сероводорода и C4– углеводородов. В ряде работ М.А.Ряшенцевой с соавторами описаны катализаторы состава, мас.%: 5 – Cr2О3, 5 – La2O3, 90 – Al2О3 [А.с. 186393, 28.10.1966] и 5 – Cr2O3, 5 – La2O3, 1 – K2O, 89 – Al2О3 [SU 199103, 13.07.1967, SU 380658, 15.05.1973], предлагаемые для синтеза тиофена из сероводорода и н-бутана или бутилена-2, или бутадиена-1,3, или бутан-бутиленовой фракции (ББФ). Катализаторы обеспечивают выход тиофена на уровне 31-40.9% при температуре 575-580°С и скорости потока 175-330 ч-1. В работе [В.Б.Абрамович, К.М.Вайсберг и др. Нефтехимия, т.14, с.289, 1974] отмечено, что выход тиофена в расчете на ББФ достигал 89,1% при 595°С в реакторе с виброкипящим слоем катализатора состава, мас.%: 5 – Cr2O3, 1 – К2О, 5 – РЗЭ, Al2О3 – остальное.

В патентах [DE 2441414, 06.03.1975; GB 1428343, 17.03.1976; US 3939179, 17.02.1976] описан способ газофазного получения тиофена в результате взаимодействия сероводорода и С4-углеводородов, преимущественно н-бутана и н-бутена, в присутствии паров серы, вводимых в соотношении S/C4 – 0.57-1.8/1. Процесс протекает при повышенных температурах (482-593°С) и соотношениях H2S/C4 (15-20/1) на катализаторе дегидрирования, преимущественно хромалюмооксидного (19 мас.% Cr2О3). Выход тиофена составляет 20-60% в зависимости от состава катализатора и времени его эксплуатации, в качестве побочных продуктов наблюдается образование дисульфида углерода и водорода.

В патенте [US 4143052, 06.03.1979] описан способ получения тиофена из сероводорода и органических ненасыщенных соединений, содержащих не менее 4 атомов углерода и атом кислорода или серы, в основном алдегидов, тиоальдегидов, кетонов или тиокетонов. Реакция протекает в паровой фазе при температурах 250-500°С и соотношении углеводород/H2S в пределах 1/(2-5) в присутствии оксида алюминия, промотированного щелочными или щелочноземельными элементами, в основном К2О, Na2O, K2S, Na2S в количестве 0.5-15 мас.%. Процесс обеспечивает высокий выход тиофена и селективность на уровне 67-77%.

В патентах [DE 2225443, 11.01.1973; GB 1345203, 30.01.1974] описан способ получения тиофена из соединений серы, преимущественно CS2, и органических соединений, содержащих не менее 4 атомов углерода, соединенных одинарными или двойными связями, преимущественно спиртов и кетонов. Процесс проводят в паровой фазе при температуре 350-650°С, времени контакта 0.1-20 с и соотношении углеводород/CS2 в пределах 1/(1-4), в присутствии хромалюмооксидного или молибденалюмооксидного катализатора, промотированного щелочными или щелочноземельными элементами. В ряде более поздних патентов описан аналогичный способ получения тиофена, отличающийся тем, что процесс ведут в присутствии катализаторов на основе оксидных соединений железа и хрома [ЕР 0751138, 02.01.1997; ЕР 075139, 02.01.1997; US 5723629, 03.03.1998] или катализатора с яроситоподобной структурой [JP 9025277, 28.01.1997; JP 9031073, 04.02.1997]. Описанный процесс обеспечивает выход тиофена на уровне 17-49% в зависимости от активности катализатора.

Известные каталитические способы получения тиофена и его производных имеют ряд недостатков. Во-первых, использование труднодоступных дорогостоящих реагентов, для получения которых требуется проведение предварительных синтезов, например, в случае бутадиена, кетонов, H2S и CS2 и др., или высокой степени очистки, например, для н-бутана и H2S. Во-вторых, низкий выход тиофена. В-третьих, использование дисульфида углерода не вполне приемлемо технологически в силу его высокой токсичности. Использование же сероводорода в качестве реагента требует подвода тепла, поскольку реакция С4-углеводородов с сероводородом является эндотермической. В-четвертых, катализаторы, предлагаемые в перечисленных патентах, быстро дезактивируются за счет отложений кокса и неорганических сульфидов в условиях процесса и требуют замены или сложной регенерации. Перечисленные недостатки приводят к повышению себестоимости тиофена.

В еще одной группе способов получения тиофена используют в качестве реагентов гетероциклические соединения. Например, алкилтиофены подвергают деалкилированию в присутствии катализатора, в качестве которого используют цеолит типа Y в кальцевой или Н-форме [SU 259906, 22.12.1969] или пятиокись ванадия, нанесенную на двуокись кремния или окись алюминия [SU 445667, 05.10.1974]. Тиофен получают из фуранов и сероводорода в присутствии катализатора на основе оксидов и сульфидов кобальта (5 мас.%) и молибдена (16 мас.%), нанесенных на оксид алюминия [BE 1008868, 06.08.1996], или оксидов бора (3.1-4.2 мас.%) и алюминия [RU 2263537, 10.11.2005]. Среди более поздних разработок отметим способ получения тиофена путем каталитического дегидрирования тетрагидротиофена в присутствии сульфида рутения [US 5166362, 24.11.1992].

Наиболее близким по технической сущности является способ получения тиофена [SU 380658, 15.05.1973], основанный на получении тиофена из сероводорода и С4-углеводородов в присутствии алюмохромового катализатора, содержащего окисные добавки смеси редкоземельных и щелочных элементов, в качестве С4-углеводорода используется бутан-бутиленовая фракция, содержащая изобутилен.

Основными недостатками известного способа являются невысокий выход тиофена, достигающий 31-41% при достаточно высоких временах контакта (9-12 с) и 510-580°С, и необходимость предварительной очистки сероводорода. К недостаткам можно отнести также крекирующие свойства катализатора, что приводит к его дезактивации за счет отложения на поверхности C13-продуктов крекинга и коксообразования.

Задача, решаемая изобретением, – разработка каталитического способа получения тиофена из дисульфидного масла и С4-углеводородов в присутствии катализатора, обеспечивающего высокий выход тиофена и подавление коксообразования.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе получения тиофена, включающем взаимодействие С4-углеводородов с органическими дисульфидами или их смесями, используют катализаторы общей формулы tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3, где: мас.%: t=5-25, х – не выше 3.2, у – не выше 2, z – не выше 10, n – не выше 1.

Процесс ведут в каталитическом реакторе с неподвижным или ожиженным (вибро-, псевдоожиженным или другим) слоем катализатора, при объемной скорости 400-1800 ч-1, температуре 400-600°С, в качестве углеводородного компонента используют предельные и непредельные С4-углеводороды или их смеси, преимущественно фракцию нормального бутана, бутан-бутиленовую фракцию (ББФ) или бутилен-дивинильную фракцию (БДФ), а в качестве органического дисульфида используют диметилдисульфид или смесь диалкилдисульфидов, преимущественно дисульфидное масло (ДМ), при мольном соотношении C4-углеводород/диалкилдисульфид в пределах 1/(1-2). В реакторе при температурах 400-600°С протекают реакции разложения диалкилдисульфидов с образованием меркаптанов и сероводорода, дегидрирования углеводородов и целевой процесс образования тиофена.

Катализатор общей формулы tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3 содержит рентгеноаморфную фазу хромата магния и/или меди, Mg1-nCunCr2O4, и фазы – или (+)-Al2O3, промотированные оксидами калия, лантана и/или магния. Введение в промотированный оксидами калия и лантана хромалюмооксидный катализатор дополнительно оксида магния и формирование рентгеноаморфной фазы хромата магния и/или меди, содержащей катионы Cr3+, обеспечивает снижение крекирующей способности катализатора и снижает коксообразование.

Несомненным преимуществом предлагаемого способа получения тиофена является возможность рационального использования дисульфидного масла (смесь органических диалкилсульфидов), образующегося в виде многотоннажных отходов при очистке природных газов и нефти от меркаптанов, и бутан-бутиленовой или бутилен-дивинильной фракций, которые зачастую не находят применения в основном цикле нефте- и газохимических производств и сжигаются на факеле. Предлагаемый способ обеспечивает выход высоколиквидного продукта тиофена на уровне не менее 50 вес.%.

Для иллюстрации заявляемого способа приводим примеры его осуществления.

Исследования процесса синтеза тиофена проводят на лабораторной установке. Установка включает 1) блоки подготовки и дозирования газов (бутан, ББФ, БДФ), 2) блок подачи жидкого реагента – шприцевой насос или сатуратор, 3) каталитический кварцевый реактор, расположенный в трубчатой электропечи, 4) блок хроматографического анализа. Для поддержания состояния виброожижения используют устройство, включающее двигатель, эксцентрик, к которому металлической штангой крепился разъем реактора. Температуру измеряют с помощью хромель-алюмелевых термопар и фиксируют на самописце КСП-4. Анализ исходных веществ и продуктов реакции проводят хроматографическим методом на приборе ЛХМ-80 с точностью не ниже 0.1 об.% по каждому компоненту. В реактор загружают расчетное количество оксидного катализатора.

Выход тиофена определяют из расчета на пропущенный углеводород по формуле:

Y=[СтиофенаC4]*К*100%,

где Стиофена – массовая концентрация тиофена в продуктах реакции (г/г),

СC4 – массовая концентрация С4-углеводорода в реагентах (г/г),

К = Молекулярная масса (тиофена) / Молекулярная масса (C4 – углеводорода).

Катализатор общей формулы: tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3, где: мас.%: t=5-25, х – не выше 3.2, у – не выше 2, z – не выше 10, n – не выше 1, синтезируют одним из следующих методов.

Пример А

Катализатор готовят методом пропитки по влагоемкости. Для приготовления катализатора используют сферические гранулы -Al2О3, в том числе модифицированного добавками оксидов калия и/или лантана, и/или магния.

Модифицирование гранул пористого алюмооксидного носителя добавками оксидов калия и/или лантана, и/или магния проводят методом пропитки по влагоемкости раствором, содержащим нитраты соответствующих элементов (в частности, К, La и/или Mg) или гидрооксид калия, заданной концентрации. Пропитанные гранулы сушат на воздухе при 70-120°С и прокаливают при 500°С в течение 4 ч. После прокаливания алюмооксидный носитель имеет удельную поверхность 130-260 м2/г и объем пор 0.3-0.6 см2/г, характеризуется фазовым составом: -Al2О3 или смесь – и -Al2О3. Содержание К2О, La2O3 и MgO в носителе варьируют в интервале 0-2, 0-10, 0-3.2 мас.%.

Гранулы пористого алюмооксидного носителя, в том числе модифицированного добавками оксидов калия и/или лантана, и/или магния, пропитывают по влагоемкости раствором бихроматов магния и/или меди заданной концентрации. Пропитанные гранулы сушат на воздухе при 70-120°С и прокаливают при 700°С в течение 4 ч для формирования структуры шпинели. Суммарное содержание бихроматов магния и меди в катализаторах, рассчитанное из данных атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), варьируют в интервале от 5 до 25 мас.%.

Пример Б

Катализатор готовят методом пропитки по влагоемкости, отличие заключается в последовательности нанесения активного компонента и модифицирующих добавок.

Для приготовления катализатора используют сферические гранулы -Al2О3, в том числе модифицированного оксидом магния. Модифицирование гранул пористого алюмооксидного носителя проводят путем пропитывания «влажных» гранул на основе гидрооксида алюминия (псевдобемит) раствором нитрата магния с последующей сушкой гранул на воздухе в течение суток и в сушильном шкафу при 80-110°С в течение 2 ч и прокаливанием при 550°С в течение 4 ч. После прокаливания алюмооксидный носитель имеет удельную поверхность 170-260 м2/г и объем пор 0.3-0.6 см3/г, характеризуется фазовым составом: -Al2О3 или смесь – и -Al2О3. Содержание оксида магния составляет 2.5-3.2 мас.%.

Гранулы пористого алюмооксидного носителя, в том числе модифицированного оксидом магния, пропитывают по влагоемкости раствором бихроматов магния и/или меди заданной концентрации. Пропитанные гранулы сушат на воздухе при 70-120°С и прокаливают при 700°С в течение 4 ч для формирования структуры шпинели. Суммарное содержание бихроматов магния и меди в катализаторах, рассчитанное из данных атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП), варьируют в интервале от 5 до 25 мас.%.

На последнем этапе приготовления гранулы катализатора, содержащего бихромат магния и/или меди, промотируют добавками оксидов калия и/или лантана. Для чего гранулы пропитывают раствором нитратов калия и/или лантана заданной концентрации, сушат на воздухе при 70-120°С и прокаливают при 500°С в течение 4 ч для формирования оксидов. Содержание оксидов калия и лантана варьируют в пределах 0-2 и 0-10 мас.% соответственно.

Пример В

Катализатор готовят методом экструзии. Для чего готовят формовочную массу, содержащую оксиды или карбонаты калия и/или лантана, и/или магния; оксид хрома (VI) и оксид магния или меди (или основной карбонат меди); гидрооксид алюминия псевдобемитной структуры, пептизированный азотной кислотой. Содержание компонентов в формовочной массе соответствует общей формуле катализатора, мас.%: Mg1-nCunCr2O4 – 5-25, MgO – 0-3.2, K2O – 0-2, La2О3 – 0-10, Al2O3 – остальное.

После формовки через экструдер гранулы катализатора сушат на воздухе в течение суток и далее в сушильном шкафу при 80-110°С в течение 2 ч и прокаливают при 700°С в течение 4 ч.

Гранулы катализатора могут иметь форму сфер, черенков, трилистников, четырехлистков и другую.

Синтез тиофена проводят в соответствии со следующими примерами.

Примеры 1-21

В качестве катализатора используют нанесенную систему общей формулы: tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3, приготовленную в соответствии с примерами А, Б и В. Катализатор загружают в реактор в количестве 3 см3 и подвергают сульфидированию в смеси сероводорода (10 об.%) с водородом при температуре 400°С в течение 2 ч.

Далее слой катализатора разогревают до температуры 580°С и подают в реактор н-бутан и диметилдисульфид в мольном соотношении 1/1. Состав использованных н-бутана и диметилдисульфида приведены в таблицах 1 и 2. Начальная концентрация реагентов в смеси 4.7 об.%. Объемная скорость подачи реагентов составляет 800 ч-1. Периодически отбирают пробы на анализ исходной смеси и продуктов реакции. По данным хроматографического анализа рассчитывают выход тиофена, который в зависимости от состава и способа приготовления катализатора составляет 44-78%.

Данные о составе и способе приготовления катализатора и достигаемом выходе тиофена в присутствии данного катализатора приведены в таблице 3.

Из примеров 1-7 видно, что при одинаковом содержании активного компонента (в качестве которого использован хромат магния, MgCr2O4, в количестве 19.2 мас.%) все модифицированные катализаторы обеспечивают выход тиофена в пределах 59-84%. Выход тиофена увеличивается в присутствии в составе модифицирующей добавки оксида калия (с 44 до 74 мас.%) и в присутствии оксида калия с оксидом лантана и/или магния (с 44 до 78-84 мас.%).

Из примеров 7-13 видно, что при близком составе модифицирующей добавки (К2О, La2О3 и MgO) выход тиофена возрастает с 28 до 77-84% при увеличении содержания хромсодержащей фазы с 0 до 15-25 мас.%, и несколько снижается (до 67%) при дальнейшем увеличении содержания хромсодержащей фазы (до 34 мас.%).

Из примеров 5 и 14-17 видно, что выход тиофена практически не зависит от значения n в общей формуле хромата Mg1-nCunCr2O4 и способа приготовления катализатора. В присутствии в составе катализатора модифицирующей добавки К2O в количестве 0.6-1.1 мас.% и содержании активного компонента Mg1-nCunCr2O4 в количестве 15-19 мас.% выход тиофена составляет 70-83%.

Из примеров 1-7 и 18-21 видно, что выход тиофена составляет 68-78% при содержании К2О и La2O3 в пределах 0.6-3.5 мас.% и 2.1-10.0 мас.% соответственно.

Ниже приведены примеры влияния условий сульфидирования катализатора общей формулы tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3 на выход тиофена.

Пример 22

Состав катализатора аналогичен примеру 7. Сульфидирование катализатора проводят в смеси H2S (10 об.%) с водородом при 400°С в течение 2 ч.

Далее слой катализатора разогревают до температуры 580°С и подают в реактор н-бутан и диметилдисульфид в мольном соотношении 1/1. Состав н-бутана и диметилдисульфида приведены в таблицах 1 и 2. Начальная концентрация реагентов в смеси 4.7 об.%. Объемная скорость подачи реагентов составляет 1800 ч-1. Выход тиофена составляет 61%.

Пример 23

Аналогичен примеру 22, но сульфидирование проводят при 450°С в смеси ДМДС с гелием в течение 2 ч. Весовой выход тиофена составил 80-82%.

Пример 24

Аналогичен примеру 22, но сульфидирование проводят при 400°С в смеси ДМДС с водородом в течение 2 ч. Весовой выход тиофена составил 83-87%.

Из примеров 22-24 видно, что при одинаковых условиях синтеза тиофена катализаторы, переведенные в сульфидную форму с помощью диметилдисульфида, обеспечивают несколько более высокий выход тиофена по сравнению с катализаторами, сульфидированными в смеси сероводорода.

Ниже приведены примеры влияния времени контакта, температуры, состава и концентрации реагентов на выход тиофена, получаемого по предлагаемому способу.

Пример 25-28. Влияние времени контакта

В реактор на катализатор, состав и условия сульфидирования которого аналогичны примеру 5, подают диметилдисульфид и н-бутан с объемной скоростью 400, 720, 970 и 1800 ч-1. Концентрация реагентов составляет 5 об.%. При температуре 580°С весовой выход тиофена составляет 78, 74, 74 и 61% соответственно.

Пример 29. Влияние состава реакционной смеси

В реактор на катализатор, состав и условия сульфидирования которого аналогичны примеру 5, подают смесь диметилдисульфида и бутадиена. Концентрация реагентов составляет 5 об.%. Объемная скорость – 800 ч-1. Температура 580°С. Весовой выход тиофена составляет 83%.

Пример 30. Влияние состава реакционной смеси

В реактор подают смесь ДМ (состав приведен в таблице 1) и бутадиена. Прочие условия аналогичны примеру 29. Весовой выход тиофена составляет 87%.

Пример 31. Влияние температуры

Температура проведения реакции – 500°С.

Прочие условия аналогичны примеру 30. Весовой выход тиофена составляет 77%.

Пример 32. Влияние температуры

Температура проведения реакции – 400°С.

Прочие условия аналогичны примеру 30. Весовой выход тиофена составляет 64%.

Пример 33. Влияние концентрации реагентов

Состав и условия сульфидирования катализатора аналогичны примеру 23.

Условия процесса синтеза тиофена из диметилдисульфида и н-бутана аналогичны примеру 23, но концентрация реагентов составляет 10 об.%. При температуре 580°С и объемной скоростью – 1800 ч-1 весовой выход тиофена составляет 43-50%.

Пример 34. Влияние состава реакционной смеси

Состав и условия сульфидирования катализатора аналогичны примеру 23.

Условия процесса синтеза тиофена аналогичны примеру 33, отличия заключаются в том, что в реактор подают ДМ и БДФ (составы приведены в таблицах 1 и 2), концентрация реагентов составляет 5 об.%, температура – 540°С. При объемной скорости 1800 ч-1 весовой выход тиофена составляет 60-65%.

Пример 35. Влияние концентрации реагентов

Аналогичен примеру 34, но концентрация ДМ и БДФ составляет 10 об.%. При температуре 540°С и объемной скорости 1800 ч-1 выход тиофена составляет 25-30%.

Пример 36

Объемная скорость реагентов соответствовала 800 ч-1. Прочие условия аналогичны примеру 34. Весовой выход тиофена при 580°С составляет 89%.

Пример 37. Влияние температуры

Температура проведения реакции – 500°С.

Прочие условия аналогичны примеру 36. Весовой выход тиофена составляет 74%.

Пример 38. Влияние температуры

Температура проведения реакции – 400°С.

Прочие условия аналогичны примеру 36. Весовой выход тиофена составляет 67%.

Пример 39

Катализатор приводят в состояние виброожижения.

Прочие условия аналогичны примеру 38. Весовой выход тиофена составляет 73%.

Выходы тиофена, получаемые в примерах 22-38 и указанный в прототипе, приведены в таблице 4. По сравнению с лучшими примерами прототипа, примеры 22-38 показывают большую эффективность заявляемого способа синтеза тиофена из С4-углеводородов (предельных, непредельных или их смесей) и органического дисульфида (диметилдисульфид, дисульфидное масло).

Заявляемый способ обеспечивает выход тиофена на уровне не менее 50% (исключение пример 35) в широком диапазоне изменения температуры (400-600°С) и объемной скорости (400-1800 ч-1) в присутствии катализатора общей формулы: tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3, где значение t находится в интервале 5-25 мас.%, n – не выше 1, а значения х, у, и z не выше 3.2, 2 и 10 мас.% соответственно.

Примеры 22-38 подтверждают промышленную применимость заявляемого способа.

Таблица 1
Состав диметилдисульфида (ДМДС) и дисульфидного масла (ДМ)
Наименование компонентов Содержание, мас.%
в ДМДС в ДМ
Метилмеркаптан 0.01
Диметилсульфид 0.03
Диметилдисульфид 99.57 3.18
Метилэтилдисульфид 0.1 24.76
Метилизопропилдисульфид 0.02 4.85
Метилпропилдисульфид 1.16
Диэтилдисульфид 0.16 41.60
Этилизопропилдисульфид 0.05 15.16
Этилпропилдисульфид 0.01 3.62
Метилвторичный бутилдисульфид 0.46
Диизопропилдисульфид 1.04
Этилвторичный бутилдисульфид 0.68
Изопропилпропилдисульфид 1.32
Дипропилдисульфид 0.2
Остальные диалкилдисульфиды 1.376
Диалкилсульфиды 0.004
Меркаптаны 0.15
Углеводороды 0.44
Остальные компоненты 0.05
100 100

Таблица 2
Состав н-бутана и бутилен-дивинильной фракции (БДФ)
Наименование компонентов Содержание, мас.%
н-бутан БДФ
С2 0,1
пропана и пропилена 1,0 0,5
Изобутан н.н. 2,9
Бутилен, n – C4H8 2,0 42,0
Нормальный бутан 88,0 11,5
Пентан 5,0
Дивинил 39,9
Винилацетилен 0,5
Метилацетилен 0,2
Сероводород и меркаптановая сера 0,01
96,01 97,6

Таблица 3
Выход тиофена при взаимодействии н-бутана и диметилдисульфида при температуре 580°С, времени контакта 4.5 с и начальных концентрациях реагента 4.7±0.2 об.% в присутствии катализаторов различного состава
№ примера Состав катализатора tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3 Способ приготовления Выход тиофена %
n, атомн. t, мас.% x, мас.% У, мас.% z, мас.%
1 0 19.2 0 0 0 А или Б 44
2 0 19.2 0 0.93 3.7 Б 78
3 0 19.2 2.8 0 0 Б 59
4 0 19.2 0.2 0 3.2 А 59
5 0 19.2 0.05 0.77 0 А или Б 74
6 0 19.2 3.2 0.60 0 Б 78
7 0 19.2 2.8 1.10 5.2 Б 84
8 0 0 3.2 0.59 3.9 А 28
9 0 4.9 2.8 0.85 3.2 А 36
10 0 9.4 2.8 0.63 3.2 Б 57
11 0 15.7 2.8 0.59 2.1 А 77
12 0 25.0 2.8 0.77 3.2 В 75
13 0 34.0 0.05 0.90 0 В 67
14 1 18.4 0.05 0.59 0 А 70
15 0.7 15.2 0.05 0.85 0 А 72
16 0.25 19.8 0.05 0.57 0 Б 51
17 0.1 16.6 0.05 0.60 0 А 83
18 0 15.2 2.0 2.20 0 Б 76
19 0 15.2 2.0 3,50 0 Б 78
20 0 15.2 0 0.60 7.2 А 70
21 0 15.2 0.05 0.90 10.0 А 68

Таблица 4
Выход тиофена в зависимости от условий процесса
№ примера Состав* и условия сульфидирования катализатора Условия процесса синтеза тиофена Выход тиофена, %
Т, °С GSHV, ч-1 Углеводород, об.% Соединение серы, об.%
22 №7/ H2S+Н2, 400°С 580 1800 н-С4Н10, 4.7 ДМДС, 4.7 61
23 №7/ДМДС+He, 450°С 580 1800 н-С4Н10, 4.7 ДМДС, 4.7 80-82
24 №7/ДМДС+H2, 400°С 580 1800 н-С4Н10, 4.7 ДМДС, 4.7 83-87
25 №5/ H2S+Н2, 400°С 580 400 н-С4Н10, 5.0 ДМДС, 5.0 78
26 №5/ H2S+Н2, 400°С 580 720 н-С4Н10, 5.0 ДМДС, 5.0 74
27 №5/ H2S+Н2, 400°С 580 970 н-С4Н10, 5.0 ДМДС, 5.0 74
28 №5/ H2S+Н2, 400°С 580 1800 н-С4Н10, 5.0 ДМДС, 5.0 61
29 №5/ H2S+Н2, 400°С 580 800 н-С4Н6, 5.0 ДМДС, 5.0 83
30 №5/ H2S+Н2, 400°С 580 800 н-С4Н6, 5.0 ДМ, 5.0 87
31 №5/ H2S+Н2, 400°С 500 800 н-С4Н6, 5.0 ДМ, 5.0 77
32 №5/ H2S+Н2, 400°С 400 800 н-С4Н6, 5.0 ДМ, 5.0 64
33 №7/ДМДС+Не, 450°С 580 1800 н-С4Н10, 10.0 ДМДС, 10.0 43-50
34 №7/ДМДС+Не, 450°С 540 1800 БДФ, 5.0 ДМ, 5.0 60-65
35 №7/ДМДС+Не, 450°С 540 1800 БДФ, 10.0 ДМ, 10.0 25-30
36 №7/ДМДС+Не, 450°С 580 800 БДФ, 5.0 ДМ, 5.0 89
37 №7/ДМДС+Не, 450°С 500 800 БДФ, 5.0 ДМ, 5.0 74
38 №7/ДМДС+Не, 450°С 400 800 БДФ, 5.0 ДМ, 5.0 67
SU 380658 Al-Cr-K, содержащий смесь окисей РЗЭ 580 393 ББФ** H2S 34.1
SU 380658 Al-Cr-K, содержащий смесь окисей РЗЭ 579 332 ББФ** H2S 38.9
* указан № примера из таблицы 3, состав которого аналогичен. ** – бутан – бутиленовая фракция состав (в об.%): С23-углеводороды 2.36; н-бутан 22.64; изобутан 18.39; н-бутилены 25.2; изобутилен 21.2; С56-углеводороды 1-1.5

Формула изобретения

1. Катализатор для получения тиофена из серосодержащих соединений и С4-углеводородов, содержащий хромат магния и/или меди, оксид алюминия и возможно оксиды магния, и/или калия, и/или лантана, и катализатор имеет общую формулу tMg1-nCunCr2O4-xMgO-yK2O-zLa2O3/Al2O3, где, мас.%: t=5-25, n=0-1, х=0-3,2, у=0-2, z=0-10, Al2O3 – остальное.

2. Способ получения тиофена из серосодержащих соединений и С4-углеводородов в присутствии катализатора, состоящего из оксидов хрома, калия, лантана и алюминия, отличающийся тем, что процесс проводят при объемной скорости 400-1800 ч-1 и температуре 400-600°С, в качестве серосодержащих соединений используют органические дисульфиды, а в качестве катализатора используют катализатор по п.1.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве органических дисульфидов используют диалкилдисульфиды или их смеси, преимущественно дисульфидное масло, при мольном соотношении C4-углеводород/алкилдисульфид в пределах 1/(1-2).

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве С4-углеводородов используют предельные и непредельные С4-углеводороды или их смеси.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве С4-углеводородов преимущественно используют фракцию н-бутана, н-бутена, н-бутадиена, бутан-бутадиеновую фракцию или бутан-дивинильную фракцию.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что процесс проводят в неподвижном слое катализатора.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что процесс проводят в ожиженном слое катализатора.

Categories: BD_2325000-2325999