Способ получения основы для смазочных материалов и теплоносителей

 

Использование: нефтехимия. Сущность: проводят алкилирование ароматического сырья при повышенной температуре α-олефинами в присутствии жидкого катализаторного комплекса, содержащего толуол, хлористый алюминий, хлористый водород. В качестве ароматического сырья используют кубовый остаток от выделения моноалкилбензолов из продуктов алкилировании бензола линейными олефинами С₁₀-С₁₄ в присутствии фтористого водорода, в качестве алкилирующего агента используют α-олефины С₁₀-С₁₈ или фракции С₁₀-С₁₈. Процесс проводят при соотношении компонентов, вес. ч.: кубовый остаток : α-олефины : катализаторный комплекс 1:0,1-0,3:0,05-0,09. Технический результат - повышение качества целевого продукта, утилизация кубовых остатков процесса получения моноалкилбензолов. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, в частности к технологическим процессам получения основ смазочных материалов, используемых в автотракторной и др. отраслях промышленности, а также для производства теплоносителей, используемых в энергосистемах.

В качестве основ для смазочных материалов и теплоносителей преимущественно используют смеси моно-, ди- и триалкилароматических соединений, которые характеризуются низкой температурой застывания, повышенным индексом вязкости, имеют высокие смазочные свойства в широком диапазоне температур, высокую температуру вспышки и термохимическую стабильность.

При получении названных продуктов используют процесс алкилирования ароматического сырья (бензола, толуола) α-олефинами С₈-С₁₄ в присутствии катализатора, например АlСl₃ (см., пат. RU 2019560).

Известен способ получения основы смазочного материала, в котором смесь толуола, моноалкилтолуола, полиалкилтолуолов алкилируют α-олефинами С₁₀ или С₁₀-С₁₄, процесс осуществляют с использованием предварительно подготовленного жидкого катализаторного комплекса, содержащего толуол, хлористый алюминий и хлористый водород (пат. RU 2184768 ). Данный способ выбран в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения.

Получаемая при реализации способа основа для смазочных материалов наряду с эффективностью его показателей по температуре застывания и вспышки имеет недостаточно высокую вязкость, что ограничивает возможность использования ее, например, при приготовлении теплоносителей для энергетических систем.

Известен способ получения основы смазочного материала путем алкилирования моноалкилбензола предпочтительно α-олефинами С₁₀-С₁₄ в присутствии катализатора (пат. US 3909432, кл.585-456, 1975 г.).

Получаемая в результате реализации способа основа смазочного материала имеет недостаточную вязкость, что ограничивает возможности ее использования, в том числе в качестве основы теплоносителя для энергетических систем. Используемое для реализации данного способа ароматическое сырье в виде моноалкилбензола повышает стоимость получаемого продукта.

С учетом этих обстоятельств задача изобретения состояла в снижении затратной части способа по получению основы смазочного материала и теплоносителей, а также в получении основы смазочных материалов, удовлетворяющей технологическим требованиям вязкости.

Задача изобретения свелась к подбору и выбору компонентов для получения синтетической масляной основы, которые обеспечили бы максимальный выход получаемой основы, удовлетворяющей технологическим требованиям по температуре застывания, вспышки и вязкости.

Поставленная техническая задача решается тем, что при алкилировании ароматического сырья при повышенной температуре фракциями α-олефинов в присутствии жидкого катализаторного комплекса, содержащего толуол, хлористый алюминий, хлористый водород, согласно изобретению, в качестве ароматического сырья используют кубовый остаток от выделения моноалкилбензолов из продуктов алкилирования бензола линейными олефинами С₁₀-С₁₄ в присутствии фтористого водорода, в качестве алкилирующего агента используют α-олефины С₁₀-С₁₈ или фракции С₁₀-С₁₈, процесс проводят при соотношении, вес.ч.: кубовый остаток : α-олефины : катализаторный комплекс 1:0,1-0,3:0,05-0,09.

Согласно изобретению, используют кубовый остаток, содержащий, мас.%:

Моноалкилбензолы 5-10

Тетралиновые и индановые соединения 40-50

Диалкилбензолы Остальное

Согласно изобретению, используют жидкий катализаторный комплекс толуол : хлористый алюминий (АlСl₃) : хлористый водород при соотношении (вес.ч.): 1:0,47-0,5:0,1-0,12.

Согласно изобретению, процесс осуществляют при температуре 50-70°С. Согласно изобретению, полученный при алкилировании продукт отстаивают для удаления катализаторного комплекса, а оставшийся алкилат обрабатывают отбеливающей землей, не более 10 мас.% на алкилат.

Согласно изобретению, из полученного после очистки отбеливающими глинами продукта отгоняют толуол с возвратом в процесс приготовления катализаторного комплекса.

Согласно изобретению, используют α-олефины С₁₀-С₁₈ или фракции С₁₀-С₁₈ с молекулярным весом 168-240.

При реализации изобретения в результате использования кубового остатка от выделения моноалкилбензолов при алкилировании бензола линейными олефинами С₁₀-С₁₄ в присутствии фтористого водорода обеспечивается получение основы, имеющей низкую температуру застывания, высокую температуру вспышки и вязкость, что соответствует технологическим требованиям продукта для приготовления различных смазочных материалов и теплоносителей.

Используемый кубовый остаток образуется в процессе промышленного получения моноалкилбензолов. Процесс осуществляется по технологии, при которой предварительно методом каталитического дегидрирования н-парафинов получают линейные олефины С₁₀-С₁₄, которые в смеси с н-парафинами используют при алкилировании бензола в присутствии фтористого водорода. После завершения процесса из полученного продукта отделяют катализатор, продукт промывают NаОН и подвергают полученную смесь компонентов дистилляции. Значительная часть выделяемых при этом фракций является возвратными, выделение полезного продукта - моноалкилбензола - составляет не более 12-15% (на конвертируемый н-парафин). В результате процесса дистилляции образуется также кубовый остаток в виде смеси углеводородов диалкилароматических, тетралиновых и индановых соединений, содержащих углеводороды с температурой начала кипения 330-350°С.

В результате использования указанного кубового остатка в качестве ароматического сырья при реализации заявляемого способа уменьшается его затратная часть, снижается стоимость получаемого продукта.

При анализе известного уровня техники, относящегося к технологическим процессам получения основ смазочных материалов, не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому процессу совокупность признаков по составу алкилируемого ароматического сырья, катализаторного комплекса. Заявляемый способ является новым и существенно отличается от известных, может быть использован в промышленности, в том числе при утилизации кубовых остатков химической переработки нефтепродуктов с одновременным получением при этом полезного продукта, необходимого для производства товарных технических масел, технологических добавок и для применения продукта в качестве теплоносителей.

Заявляемое изобретение соответствует критериям - новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость, что и подтверждается нижеприведенным описанием.

Способ получения синтетической масляной основы был осуществлен в лабораторных условиях, моделирующих технологический процесс его промышленной реализации.

При проведении исследований было использовано традиционное лабораторное оборудование:

реакторы - колбы с перемешивающими устройствами, средствами измерения и регулирования температуры, объем реактора - колбы 2,2 л.;

ректификационная колонка длиной 1 м, работающая при атмосферном давлении и под вакуумом.

Для осуществления процесса использованы известные в промышленности химические реактивы и сырьевые компоненты, в том числе толуол; α-олефины С₁₀-С₁₈ или фракции С₁₀-С₁₈, которые являются готовым продуктом, например, в соответствии с ТУ-2411-057-05766801-96 и ТУ-2411-58-05766801-96; хлористый алюминий (АlСl₃); газообразный хлористый водород (НСl).

Используемые в процессе получения синтетической масляной основы α-олефины С₁₀-С₁₈ или фракции С₁₀-С₁₈ имеют молекулярный вес 168-240. Выбор алкилирующего агента с заданным молекулярным весом определяется заданностью получения технологических показателей (температуры застывания и вспышки, вязкость) по получаемой основе; кубовый остаток от выделения моноалкилбензолов из продуктов алкилирования бензола линейными олефинами С₁₀-С₁₄ в присутствии фтористого водорода и содержащий фракции углеводородов с температурой начала кипения 330-350°С соответствует ТУ-2414-040-04-68-9375-95. Кубовый остаток - слегка окрашенный флуоресцирующий продукт, плотность при 20°С 0,875 г/см³, температурный предел выкипания: начало кипения 330-350°С, конец - не выше 550°С.

Предварительно перед проведением основного технологического процесса была проведена оценка фракционного состава кубового остатка. Для исследований использовалось несколько образцов названных кубовых остатков. Оценка фракционного состава кубовых остатков производилась методом хроматографии. При проведении исследований установлено наличие в исследуемых образцах (99,9%) следующего состава компонентов, мас.%:

Моноалкилбензолы 5 - 10

Индановые и тетралиновые соединения 40- 50

Диалкилбензолы Остальное

Для проведения сравнительных испытаний использовалась основа смазочного материала, полученная в результате алкилирования ароматического сырья α-олефинами С₁₀-С₁₄ в присутствии жидкого катализаторного комплекса. Процесс получения данной основы описан в пат. 2184768. Полученный продукт по своим физико-химическим свойствам соответствует ТУ-0257-046-18948455-02. К данному ТУ относится класс алкилароматических соединений С₁₀-С₁₄, ди-, полиалкилбензолы или/и С₁₀-С₁₄ ди-, полиалкилтолуолы с плотностью при 20°С, равной 0,83-0,95 г/см³. В частности, для проведении сравнительных испытаний использован продукт - ди-, полиалкилбензолы С₁₀-С₁₄.

Способ получения синтетической масляной основы в соответствии с заявляемым изобретением осуществляют в следующей последовательности.

В реакторе-колбе, продутом сухим азотом, приготавливают жидкий катализаторный комплекс путем смешивания при температуре 60-70°С толуола, хлористого алюминия (АlСl₃) (порошкообразный) при подаче газообразного хлористого водорода. Процесс смешивания осуществляют предпочтительно при соотношении (вес.ч.): толуол : АlСl₃ : хлористый водород, как 1:0,5:0,11. Смешивание проводят при температуре 60-70°С до получения однородного гомогенного раствора, ориентировочно в течение 10-15 мин.

Заданное по изобретению соотношение между кубовым остатком, алкилирующим агентом и катализаторным комплексом (вес.ч.) оптимально. Уменьшение или увеличение кубового остатка при реализации изобретения приведет к недоиспользованию, заданного по изобретению, α-олефинов или - к ухудшению технических показателей получаемого по изобретению продукта.

Уменьшение или увеличение заданного по изобретению количества используемых α-олефинов на 1 вес.ч. кубового остатка приведет к снижению выхода или качества получаемого продукта по изобретению.

Уменьшение или увеличение заданного по изобретению количества используемого катализаторного комплекса на 1 вес.ч. кубового остатка приведет либо к снижению активности технологического процесса в целом, либо существенно не повлияет на него.

Лабораторные исследования полученной основы по изобретению были проведены с использованием примеров 1 и 2, в соответствии с которыми использовали образец кубового остатка, содержащий, мас.%: моноалкилбензолы 7, индановые и тетралиновые соединения 45, диалкилбензолы - остальное, α-олефины С₁₂ (пример 1) и α-олефины С₁₀-С₁₈ (пример 2).

При проведении исследований использовано:

пример 1 - кубовый остаток: α-олефины С₁₂: катализаторный комплекс, как 1:0,2:0,05, что соответствует загрузке: кубовый остаток 1 кг, α-олефины С₁₂ 200 г, катализаторный комплекс 60 г;

пример 2 - кубовый остаток : α-олефины : катализаторный комплекс, как 1:0,2:0,06, что соответствует загрузке: кубовый остаток 1 кг, α-олефины 200 г, катализаторный комплекс 50 г. В данном примере использованы α-олефины фракций С₁₀, С₁₂, С₁₄, С₁₆, С₁₈, имеющие молекулярный вес 180.

Реакционный процесс осуществляли при подаче в реакторы с предварительно приготовленным катализаторным комплексом указанных по примерам 1 и 2 смесей кубового остатка с названными по примерам 1 и 2 α-олефинами.

Процесс проводился при интенсивном перемешивании и при поддержании в реакторах температурного режима 50-70°С, что оптимально по условиям конверсии α-олефинов и качества получаемых продуктов. Завершение процессов осуществлялось по анализу ГЖХ на непрореагировавшие α-олефины и при количестве последних 0,05 мас.% и от общего количества α-олефинов, введенных в соответствующий реактор.

После окончания процесса алкилирования из реакторов отстоем был отделен отработанный катализаторный комплекс.

Оставшийся алкилат обрабатывали отбеливающей землей (не более 10 мас.% на алкилат). Данный режим технологической очистки оптимально обеспечивает удаление из полученного алкилата различных примесей, например остатков катализаторного комплекса.

Из полученного после очистки отбеливающими глинами продукта отгонялись низкокипящие фракции углеводородов, преимущественно толуола, с возвратом его в процесс приготовления следующей порции катализаторного комплекса.

В результате реализации процессов с использованием технологического сырья по примерам 1 и 2 были получены основы смазочных материалов, которые были подвергнуты исследованиям по определению их температур застывания, вспышки, вязкости с использованием для этих целей традиционных методик и оборудования.

Результаты испытаний продуктов, полученных с использованием примеров 1 и 2, а также данные по аналогичным свойствам известного продукта по ТУ-0257-046-18948455-02 приведены в таблице.

Из приведенных данных следует, что полученная при реализации изобретения основа (примеры 1 и 2) по своим техническим показателям (температура вспышки, вязкость) более предпочтительна по сравнению с основой аналогичного назначения - пример 3 (ТУ-0257-046-18948455-02). Температура застывания основы, полученной в результате алкилирования α-олефинами кубового остатка (примеры 1 и 2), соответствует современным требованиям продуктов аналогичного назначения.

Кроме гого, при осуществлении изобретения решается задача утилизации кубовых остатков процесса получения моноалкилбензолов.

Формула изобретения

1. Способ получения основы смазочных материалов и теплоносителей путем алкилирования ароматического сырья при повышенной температуре α-олефинами в присутствии жидкого катализаторного комплекса, содержащего толуол, хлористый алюминий, хлористый водород, отличающийся тем, что в качестве ароматического сырья используют кубовый остаток от выделения моноалкилбензолов из продуктов алкилировании бензола линейными олефинами С₁₀-С₁₄ в присутствии фтористого водорода, в качестве алкилирующего агента используют α-олефины С₁₀-С₁₈ или фракции С₁₀-С₁₈, процесс проводят при соотношении компонентов, (вес. ч.) кубовый остаток: α-олефины: катализаторный комплекс, как 1:0,1-0,3:0,05-0,09.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кубовый остаток содержит, мас.%:

Моноалкилбензолы 5-10

Тетралиновые и индановые соединения 40-50

Диалкилбензолы Остальное

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкий катализаторный комплекс содержит компоненты при соотношении (вес. ч.) толуол: AlCl₃: HCl = 1:0,47-0,5:0,1-0,12.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют при температуре 50-70°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный при алкилировании продукт отстаивают для удаления катализаторного комплекса, а оставшийся алкилат обрабатывают отбеливающей землей не более 10 мас.% на алкилат.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что из полученного после очистки отбеливающими глинами продукта отгоняют толуол с возвратом в процесс приготовления катализаторного комплекса.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют α-олефины С₁₀-С₁₈ или фракции С₁₀-С₁₈ с молекулярным весом 168-240.

РИСУНКИ

Рисунок 1