СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАКУУМНЫХ МАСЕЛ Российский патент 1999 года по МПК C10M105/06 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к производству органических жидкостей, используемых в качестве рабочего тела в вакуумных насосах (диффузионных, бустерных, форвакуумных).

Известен способ получения высоковакуумного масла путем алкилирования нафталина индивидуальными высшими α- олефинами, содержащими от 20 до 24 атомов углерода в молекуле. Процесс проводят при повышенной температуре в присутствии активной глины в качестве катализатора. Полученный готовый продукт обеспечивает при работе в диффузионных насосах получение вакуума порядка 10^-9 мм рт.ст. (патент США N 3563673, М. кл. C 07 C 15/24, опубл. 1971 г.).

К недостаткам этого способа следует отнеси труднодоступность индивидуальных высших α-олефинов, что существенно ограничивает масштабы производства этого масла.

Известен способ получения вакуумных масел, включающий алкилирование ароматических углеводородов нормальными вторичными алкилхлоридами C₈-C₁₂ при температуре 20 - 100^oC в присутствии хлористого алюминия и ректификованного полученного алкилата. Выделенные при ректификации фракции с различной температурой кипения используются как рабочие жидкости в различных вакуумных насосах (А.с. СССР N 973520, М. кл. C 07 C 15/24, опубл. 1982 г. Бюл. N 42 и А.с. СССР N 961369, М. кл. C 07 C 2/68, опубл. 1988 г. Бюл. N 23).

Однако, для осуществления этого способа необходимо предварительно получить алкилирующий агент. Алкилхлориды C₈-C₁₂ получают, в частности, присоединением газообразного хлористого водорода к олефинам C₈-C₁₂ в присутствии в качестве катализатора, например, силикагеля, содержащего 10% хлорида цинка (А.с. СССР N 772081, М. кл. C 07 C 19/02, опубл. 1988 г, Бюл. N 44).

Таким образом, технология получения вакуумных масел включает несколько стадий: получение сухого хлористого водорода, приготовление катализатора гидрохлорирования, присоединение хлористого водорода к α- олефинам (гидрохлорирование) и алкилирование ароматических углеводородов с последующей ректификацией. При этом получается значительное количество отходов, требующих утилизации, а именно: хлористый водород, выделяющийся при алкилировании в стехиометрических количествах, отработанный катализатор гидрохлорирования, осушитель хлористого водорода. Следует также отметить высокую коррозионность реакционной среды в связи с образованием и утилизацией больших количеств хлористого водорода.

Задачей изобретения является усовершенствование известного способа-прототипа, позволяющее упростить технологию получения вакуумных масел за счет сокращения числа стадий исключения из процесса хлористого водорода.

Поставленная задача решается заявленным способом получения вакуумных масел, который, как и известный, предусматривает алкилирование ароматических углеводородов алкилирующим агентом в присутствии хлористого алюминия с последующей ректификацией полученного алкилата. В отличие от известного в заявленном способе используют другой алкилирующий агент, а именно промышленную смесь синтетических α- олефинов, состоящую из фракции C₈-C₁₀, или фракции C₁₂-C₁₄, или смеси этих фракций, и процесс алкилирования проводят при температуре 50 - 60^oC и соотношении ароматический углеводород: алкилирующий агент (вес.) 1 : (2 - 3).

В качестве ароматического углеводорода предпочтительно используют дифенил или нафталин.

Указанное соотношение оптимально и позволяет получать вакуумные масла с такими же характеристиками, как и известный способ.

Применение олефинов C₈-C₁₀ и C₁₂-C₁₄ вместо вторичных алкилхлоридов C₈-C₁₂ позволило значительно упростить технологический процесс получения вакуумных масел, ограничить его рамками заявленного способа, т.е. проводить его только в две стадии: алкилирование ароматического углеводорода и ректификация полученного алкилата. Промышленная смесь синтетических α- олефинов является доступным сырьем и получается в промышленности олигомеризацией этилена.

Таким образом, предложенный алкилирующий агент не требует включения в технологический процесс дополнительных стадий, связанных с его получением, и, следовательно, дополнительных затрат на сырье, оборудование и утилизацию отходов. Новая технология малоотходна. Исключение из процесса хлористого водорода значительно снижает коррозионность среды и способствует упрощению процесса в целом.

Заявленный способ подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

В 100-литровом реакторе, снабженном мешалкой и змеевиком для обогрева и охлаждения среды, проводят реакцию алкилирования 10 кг дифенила 29,5 кг α- олефинов (соотношение 1 : 3) в присутствии 0,71 кг хлорида алюминия. Реакцию ведут 6 часов при температуре 60 ± 5^oC. После отстаивания нижний слой каталитического комплекса сливают, алкилат передавливают в другой такой же реактор, где нейтрализуют 10 литрами 2% едкого натра при тем-ре около 50^oC. Нейтрализованные сырые масла от двух операций алкилирования в количестве 75,85 кг подвергают ректификации на вакуумной установке с объемом куба колонны 160 л при P_ост. = 0,2 мм рт.ст. (26,6 Па).

Получают (пределы кипения ^oC; кг; выход в % от сырых масел):
I фракция - 100 - 180; 7,0; 9,1.

II фракция - 180 - 210; 9,4; 12,0.

III фракция - 210 - 240; 11,9; 15,7.

Кубовый остаток - 40,3; 61,0.

Первую фракцию, представляющую, в основном, смесь моноалкилдифенилов, возвращают на повторное алкилирование. Вторую фракцию после повторной перегонки в тех же температурных интервалах используют как рабочую жидкость в бустерных насосах для создания вакуума порядка 3,7 • 10^-5 мм рт. ст. (5,0 • 10^-3 Па). Третья фракция после повторной перегонки в тех же температурных интервалах (высоковакуумное масло) дает в диффузионных насосах вакуум 4,2 • 10^-8 мм рт. ст. (5,6 • 10^-6 Па), а в прогреваемой системе 4,6 • 10^-9 мм рт. ст. (6,5 • 10^-7 Па) Кубовый остаток с кинематической вязкостью 95,6 сСт применяется в форвакуумных механических насосах, обеспечивая вакуум порядка 5,0 • 10^-3 мм рт. ст. (6,6 • 10^-1 Па).

Пример 2.

Реакцию алкилирования проводят в тех же условиях, что в примере 1, при соотношении (вес. ) дифенила к α- олефинам 1 : 2,5. Из 49,9 кг смеси α- олефинов C₈-C₁₀ и C₁₂-C₁₄ (1 : 1,4 по весу), 20 кг дифенила и 1,26 кг хлорида алюминия после нейтрализации получают 66,4 кг сырых масел. После ректификации на вакуумной установке при P_ост. = 0,2 мм рт.ст. (26,6 Па) получают (пределы кипения ^oC; кг; выход в % от сырых масел):
I фракция - 100 - 180; 7,0; 10,5.

II фракция - 180 - 210; 9,5; 14,3.

III фракция - 210 - 240; 61,5; 24,8.

Кубовый остаток - 32,5; 48,9, = 92,9 сСт.

Пример 3.

В колбе с мешалкой алкилируют 260 г дифенила, 531,8 г α-олефинами C₈-C₁₀ (соотн. вес. 1 : 2,04) в присутствии 14,2 г хлорида алюминия при температуре 50 ± 5^oC. После отстаивания декантируют верхний углеводородный слой и нейтрализуют его 100 мл 2% едкого натра при нагревании до 80^oC. После нейтрализации сырые масла подвергают перегонке из колбы с обогреваемым дефлегматором при P_ост. = 0,1 мм рт.ст. (13,3 Па).

Получают (пределы кипения ^oC; г; выход в % от сырых масел):
I фракция - 60 - 152; 63,0; 8,2.

II фракция - 152 - 180; 91,5; 11,9.

III фракция - 180 - 210; 242,3; 31,7.

Кубовый остаток - 367,4; 48,1, кинематическая вязкость 93,4 сСт.

Пример 4.

Реакцию проводят в тех же условиях, что и в примере 3. Из 243 г α- олефинов C₁₂-C₁₄, 77,8 г нафталина и 4,8 г хлорида алюминия получают 298,2 г сырых масел, которые перегоняют из колбы с обогреваемым дефлегматором при P_ост. = 0,17 мм рт.ст. (22,6 Па).

Получают (пределы кипения ^oC; г; выход в % от сырых масел):
I фракция - 60 - 154; 28,2; 9,4.

II фракция - 154 - 198; 18,4; 6,1.

III фракция - 198 - 220; 75,0; 25,1.

Кубовый остаток - 169,6; 56,8, кинематическая вязкость 110,0 сСт.

Выделенные в результате ректификации фракции используются, в основном, как вакуумные масла. Масло для создания вакуума порядка 10^-6 - 10^-7 Па (III фракция) является высоковакуумным и применяется в диффузионных насосах. Масло для создания вакуума порядка 10^-2 - 10^-4 Па (II фракция) в бустерных насосах, а кубовый остаток - в форвакуумных насосах (вакуум порядка 10^-1 Па). Все типы масел отличаются повышенной термоокислительной стабильностью, нетоксичны. Высоковакуумное масло имеет низкую упругость пара, малый обратный поток и обеспечивает высокую скорость откачки. Форвакуумное масло имеет более низкую упругость пара чем минеральные масла того же назначения.

В настоящее время по данному способу выпускаются опытные партии вакуумных масел, которые маркируются товарным знаком "АЛКАРЕН" (свидетельство N 68283).

Использование: нефтехимия. Сущность: ароматические углеводороды алкилируют промышленной смесью синтетических α-олефинов, состоящей из фракции С₈ - С₁₀, или фракции С₁₂ - С₁₄, или смеси этих фракций, при повышенной температуре, в присутствии хлористого алюминия с последующей ректификацией полученного алкилата. Процесс алкилирования проводят при весовом соотношении ароматический углеводород: алкилирующий агент, равном 1: (2-3). В качестве ароматического углеводорода используют дифенил или нафталин. Температура алкилирования предпочтительно составляет 50 - 60°С. Технический результат -упрощение технологии, повышение экономичности процесса. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ получения вакуумных масел путем алкилирования ароматических углеводородов алкилирующим агентом при повышенной температуре в присутствии хлористого алюминия с последующе ректификацией полученного алкилата, отличающийся тем, что в качестве алкилирующего агента используют промышленную смесь синтетических α-олефинов, состоящую из фракции C₈-C₁₀, или фракции C₁₂-C₁₄, или смеси этих фракций, и процесс алкилирования проводят при весовом соотношении ароматический углеводород : алкилирующий агент 1 : (2-3). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ароматического углеводорода используют дифенил или нафталин. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс алкилирования проводят при температуре 50-60^oС.