СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗОМЕРНОГО СТРОЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C07C5/27 B01J19/08 

Изобретение относится к способу получения углеводородов изомерного строения, которые могут использоваться для получения высокооктановых моторных топлив.

Каталитические методы получения углеводородов изомерного строения хорошо известны и промышленное применение данных технологий является весьма обширным. Однако при использовании катализаторов трудно достигнуть высокой селективности процесса. К существенным недостаткам этих способов также можно отнести применение повышенных давлений и температур, что значительно увеличивает затраты на получение конечных продуктов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является (N 5276241 США) процесс димеризации алканов C₃-C₄ с образованием димерных разветвленных алканов C₆ или C₈ окислением перекисью Ba в присутствии в качестве КТ переходных металлов IБ, III-V, VII или VIII групп Периодической системы. Реакцию проводят при 200 - 450^oC (300- 400^oC) и давлении до 140 ат. (28 - 84 ат.), при этом получают целевые углеводороды и BaO, которую вновь превращают в перекись Ba нагреванием при температуре > 400^oC в присутствии O₂.

Основными недостатками данного способа являются невысокая скорость реакции, низкая селективность процесса, применение катализаторов, повышенных давлений и температур.

Задача изобретения - получение углеводородов изостроения с молекулярной массой большей, чем у исходных соединений, увеличение селективности, снижение рабочих давлений и температур.

Технический результат достигается тем, что углеводороды изостроения получают под воздействием барьерного электрического разряда на парогазовую смесь углеводорода и газа-носителя, а продукты реакции выводят из рязрядной зоны реактора при помощи жидкой пленки углеводорода, стекающей по стенкам реактора.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Процесс проводят с использованием проточного газоразрядного реактора коаксиальной конструкции, выполненного из пирексового стекла по типу озонатора Сименса. Поток газа-носителя из баллона по трубопроводу через систему регулировочных вентилей направляют в смеситель. Насыщение газа-носителя парами углеводорода осуществляют путем смешения их в смесителе. Пары углеводорода получают в испарителе. Дозирование углеводорода в испаритель производят при помощи присоединенного к нему перистальтического насоса. Из смесителя парогазовую смесь направляют в реактор. В верхней части реактора происходит конденсация паров углеводорода. Образовавшийся конденсат стекает в виде пленки вниз по стенкам реактора. Концентрация несконденсировавшегося углеводорода в газе-носителе соответствует равновесной при данной температуре. Стенки реактора термостатируют при помощи змеевика, присоединенного к термостату. Конденсат и растворенные в нем продукты реакции собирают в приемнике. Газоразрядный реактор имеет рабочую зону длиной 12 см и объем 10,52 см³. Система электродов состоит из коаксиально расположенных внешнего заземленного электрода и внутреннего потенциального. Величина зазора между диэлектрическими барьерами составляет 1,1 мм. Возбуждение разряда осуществляется высоковольтными импульсами напряжения, подаваемыми от генератора. В качестве исходных соединений используются предельные углеводороды C₃-C₆, газом-носителем служат гелий, аргон, криптон, водород, предельные углеводороды C₃-C₄, гелий с парами воды, водород с парами воды.

Во всех примерах объемная скорость прокачки газа-носителя и углеводорода через реактор составляет 60 мл•мин^-1 и 0,5 мл•мин^-1 соответственно; время контакта парогазовой смеси с зоной разряда соответствует 10,52 с (для газа-носителя); температура стенок реактора равняется 20^oC; длительность импульса питающего напряжения по основанию равняется 320 мкс; удельная мощность разряда равняется 1,54 Вт•см^-3.

Пример 1. Смесь углеводородов изомерного строения получают при использовании гелия как газа-носителя и н-гексана в качестве исходного соединения. Массовая концентрация паров н-гексана в гелии после установившегося равновесия составляет 6,27 • 10^-4 г•см^-3. За один проход парогазовой смеси через реактор достигают конверсии н-гексана 5,36 мас.%. Селективность по углеводородам изостроения составляет 92,47 мас.%.

В таблице 1 представлен состав продуктов плазмохимического воздействия барьерного разряда на пары н-гексана и в гелии.

Пример 2. Процесс проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 1. В качестве газа-носителя используют водород. За один проход парогазовой смеси через реактор достигают конверсии н-гексана 2,21 мас.% при селективности по углеводородам изостроения 94,52 мас.%.

Пример 3. н-Гексан подвергают воздействию барьерного разряда, как описано в примере 1. При использовании аргона как газа-носителя, за один проход парогазовой смеси через реактор селективность по углеводородам изостроения составляет 92,14 мас.%. Конверсия н-гексана 4,90 мас.%.

Пример 4. Процесс получения углеводородов изостроения проводят по примеру 1 при использовании в качестве газа-носителя криптона. За один проход парогазовой смеси через реактор достигают конверсии н-гексана 3,90 мас.%. Доля углеводородов изостроения в продуктах реакции составляет 92,67 мас.%.

Пример 5. н-Гексан подвергают воздействию барьерного разряда, как описано в примере 1. В качестве газа-носителя используют гелий с водяным паром. Масса паров воды в гелии составляет 2,39 • 10^-5 г•см^-3. За один проход парогазовой смеси через реактор достигают конверсии н-гексана 4,49 мас.%, при селективности по смеси углеводородов изостроения 92,32 мас.%.

Пример 6. Процесс проводят в условиях, аналогичных описанным в примере 5. В качестве газа-носителя используют водород с водяным паром. За один проход парогазовой смеси через реактор продукты реакции содержат 91,87 мас.% углеводородов изостроения. Конверсия н-гексана 3,02 мас.%.

Пример 7. Процесс получения изомерных углеводородов проводят по примеру 1 при использовании в качестве газа-носителя пропан-бутановой фракции. За один проход парогазовой смеси через реактор достигают конверсии 6,21 мас.% в расчете на общую массу углеводородов, пропущенных через реактор. Доля углеводородов изостроения в продуктах реакции составляет 92,43 мас.%. Состав пропан-бутановой смеси приводится в таблице 2. В таблице 3 представлены результаты процесса получения углеводородов изомерного строения в условиях по примерам 1 - 7.

Пример 8. Ток i-C₄H₁₀ при 343^oC и 57 ат, пропускают через слой окислителя (1% Fe на BaO[2]), получают мас.%: конверсия i-C[4]H[10] 20,2, селективность образования димеров 72,8 (смесь 2,2,3,3-тетраметилбутана, 2,2,4-триметилпентана и 2,5-диметилгексана в соотношении 1:1, 82:1,14), продуктов дегидрирования 22,4 (бутены), 4,8 продуктов фрагментации и крекинга.

Как видно из примеров и таблицы 3, процесс протекает с высокой селективностью при 20^oC и 1 ат без применения катализаторов.

Использование: изобретение относится к способам получения углеводородов изомерного строения, которые могут использоваться для получения высокооктановых моторных топлив. Сущность: нормальные углеводороды C₃-C₆ в смеси с газом-носителем подвергают воздействию барьерного электрического разряда, при этом продукты реакции выводят из разрядной зоны реактора при помощи жидкой углеводородной пленки, стекающей по стенкам реактора. Способ позволяет получать углеводороды изостроения с молекулярной массой большей, чем у исходных соединений, увеличить селективность, снизить температуру и давление процесса. 3 табл.

Способ получения углеводородов изомерного строения из нормальных углеводородов, отличающийся тем, что нормальные углеводороды C₃ - C₆ в смеси с газом-носителем подвергают воздействию барьерного электрического разряда, при этом продукты реакции выводят из реакционной зоны при помощи углеводородной пленки, стекающей по стенкам реактора.