Окисление пироконденсата и некоторых его непредельных компонентов пероксидом водорода в присутствии полиоксовольфрамата, модифицированного катионами церия

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Приведены результаты жидкофазного каталитического окисления фракции пироконденсата, выкипающего при 130–190℃, полученного от этиленовых установок различной мощности пероксидом водорода. В качестве катализатора использованы РЗЭ (церий, лантан) содержащие полиоксовольфраматы, нанесенные на микроструктуированный углеродный материал. Показана возможность использования полученного оксигената как противодымной присадки в составе дизельного топлива. С целью изучения и идентификации состава оксигената рассматриваются результаты окисления индивидуальных непредельных углеводородов, входящих в состав данной фракции (стирола, α-метилстирола, 4-метилстирола, дициклопентадиена) в условиях, принятых за стандартные (температура 70–80℃, продолжительность 7 ч, мольное соотношение субстрат : H2O2 = 1 : (1–2)). По данным ГХ, ГХ-МС, ИК-спектроскопии и иодометрического анализов, конверсия непредельных углеводородов при окислении фракции достигает 95–99%. Установлено, что основными продуктами реакции окисления стирола и его метилпроизводных являются соответствующие эпоксиды, диолы и альдегиды; при окислении дициклопентадиена образуются моно- и диэпоксиды, полиолы и продукты окислительной олигомеризации. Оксигенатная фракция испытана в качестве противодымной присадки к дизельному топливу. Добавление ее в количестве 0.25–0.5 мас. % согласно ГОСТ 21393-75 способствует снижению расхода топлива на 1.5–1.7 мас. %, а задымления – 10–15 мас. % относительно исходной базы. Углеводородная фракция, выкипающая при 80–170°С, выделенная после перегонки при атмосферном давлении, состоит преимущественно из ароматических углеводородов С7–С10. Приведены сравнительные характеристики полученного оксигената с присадками «Цетан-плюс SMT-2» и «Цетан-корректор BBF».

Full Text

Пироконденсат как жидкий продукт процесса пиролиза прямогонного бензина с целью получения этилена состоит в основном из ароматических и конденсированных непредельных углеводородов (УВ) [1–4]. Квалифицированная переработка этого сырья – одно из важных направлений современной нефтехимии.

В частности, жидкие продукты пиролиза, выкипающие при 130–190°С, используются для выделения С5-, С9-, бензол–толуол–ксилольной (БТК) или бензол–толуольной (БТ) фракций. С5- и С9-фракции применяются в производстве светлых нефтеполимерных смол [1]. Во фракции С9 содержится значительное количество алкенилароматических УВ и дициклопентадиена, из которого они выделяются.

В литературных источниках окисление фракции пироконденсата рассмотрено недостаточно и носит эпизодический характер. Однако имеется достаточное количество работ по окислению индивидуальных УВ, входящих в его состав [5–11]. В данных работах приведены результаты процесса окисления стирола и его метилпроизводных с участием кислорода воздуха или пероксида водорода в присутствии гомогенных каталитических систем на основе соединений металлов V–VII групп, проявляющих высокую каталитическую активность и селективность. Однако производительность их невысока. Выделение и повторное использование данных каталитических систем является трудоемким процессом, что приводит к усложнению технологической схемы процесса [12–17].

В описываемых источниках окисление алкенилароматических УВ осуществляется в основном кислородом воздуха. При указанных условиях реакция окисления с участием молекулярного кислорода протекает неселективно и сопровождается образованием смолистых соединений. Первичный продукт – эпоксид (оксиран) – частично превращается в соединения с карбонильной и карбоксильной группами, что усложняет выделение целевых продуктов, а также аппаратурное оформление процесса [18–21].

Цель данной работы – изучение реакции жидкофазного окисления фракции пироконденсата с температурой кипения 130–190°С, а также индивидуальных непредельных УВ, входящих в ее состав, с участием пероксида водорода как окислителя и катализатора на основе полиоксовольфрамата, модифицированного катионами церия (или лантана), нанесенного на микроструктурированный углеродный материал (МУМ), и возможности использования полученного оксигената в качестве присадки, снижающей дымность при сгорании дизельного топлива.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Катализаторы окисления стирола, его метилпроизводных, дициклопентадиена, а также фракции пироконденсата, с температурой кипения 130–190°С готовили смешиванием и кипячением в течение 2 ч водных растворов (NH4)10W12O41, Ce(NO3)3 [или La(NO3)3] (99.9%, Sigma-Aldrich, Германия), 85%-ного раствора H3PO4 и микроструктурированного углеродного материала с последующим выпариванием раствора, сушкой твердого остатка при 100–120°С и термообработкой при 180–200°С в течение 4 ч [11]. Микроструктурированный углеродный материал получен путем перемешивания при 75–76°С избыточного количества CCl4 со стружкой металлического алюминия [21]. Реакцию проводили до полного израсходования алюминия в течение 3–4 ч. Полученный углеродный материал выделяли из смеси фильтрацией, осадок промывали CCl4, сушили в токе азота при 180–200°С и подвергали термообработке при 200–250°С до полного прекращения выделения НCl и сублимации AlCl3.

Окисление свежеперегнанных под вакуумом непредельных УВ [стирола, α- и 4-метилстирола или дициклопентадиена] (все реактивы Alfa Aesar, степень чистоты 99%) и фракции пироконденсата, выкипающей при 130–190°С, проводили в жидкой фазе при атмосферном давлении в лабораторной установке со стеклянным реактором, снабженным системой для подачи окислителя – 35%-ного водного раствора Н2О2. В реактор одновременно загружали субстрат (0.1 моль), катализатор и толуол (20 мл, в качестве растворителя) и перемешиванием при 50°С вводили дозированное количество окислителя (0.2 моль) в течение 50–60 мин. Скорость перемешивания 600–700 об./мин. При окислении стирола, 4-метилстирола и дициклопентандиена с целью снижения скорости оксиолигомеризации субстрата использовали α-нафтол.

Окисление сопровождается повышением температуры до 70–75°С. Продолжительность реакции 6–7 ч. Контроль за расходом Н2О2 осуществляли перманганатометрическим методом. Состав исходной и возвратной фракций пироконденсата, с температурой кипения 130–190°С, определяли по данным газохроматографического анализа на хроматографе Auto-System-XL фирмы Perkin-Elmer (капиллярная колонка 100 м ´ 0.25 мм со стационарной фазой метилполифенилсилоксан (5 мас. %), газ-носитель – гелий, скорость программированного нагревания колонки в интервале (5–200)°С с программой 10°С/мин (Тинж – 250°С, Тдет – 280°С). Состав продуктов окисления УВ определяли на хроматографе Цвет-500 с ПИД (колонка 2000 × 3 мм, фаза полиэтиленгликольсукцинат (ПЭГС) на хромосорбе – 5 мас. %), газ-носитель – гелий (Ткол – 160°С, Тисп – 280°С). Реакционную способность индивидуальных субстратов определяли по сумме продуктов окисления. Газохромато-масс-спектрометрические исследования (ГХ-МС) проводили на приборе GC37890А-MSD 5975С (Agilent Technologies, США) – колонка HP5-MS, температурный режим от 40 до 280°С с программированным нагревом со средней скоростью 5–6°С/мин с учетом выхода молекулярных пик и радикалов, газ-носитель – гелий, ионизация электронами (70 эВ)). ИК-спектры катализаторов и некоторых продуктов окисления регистрировали на ИК-Фурье-спектрометре Alpha (фирмы Bruker, Германия). ЯМР 1Н-спектры выделенных продуктов окисления регистрировали на 300 MHz Фурье-спектрометре фирмы Bruker. В качестве растворителя использовали CDCl3.

Испытание оксигената в качестве противодымной присадки проведено согласно нормам и методам измерении по ГОСТ 21393-75.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Состав поверхности синтезированных образцов определяли методами ИК-Фурье-спектроскопии и рентгеновской дифракции. Наличие в ИК-спектрах обоих образцов полос поглощения в областях 1081, 1037, 982, 920, 888 и 775 см−1 показывает образование аниона со структурой Кеггина. Уменьшение интенсивности полосы при 1081 см−1 и появление новых полос при 1065 и 1037 см−1 (рис. 1) указывает на наличие связи между фрагментами РО4 и WO. Введение в состав полиоксовольфрамата (ПОВ) катиона церия (или лантана) приводит к замене одного WO-фрагмента, что способствует нарушению симметрии и появлению новых полос поглощения в области 406, 486, 566, 587, 603, 620 и 775 см–1, характерных для связи О–Се(La)–O. Полосы поглощения при 982, 920, 888 и 871 см–1 относятся к валентным колебаниям фрагментов WO4+ и W=O.

 

Рис. 1. ИК-Фурье спектры синтезированных Се- (1) и La- (2) содержащих образцов полиоксофосфорвольфрамата (ПОВ).

 

Перед использованием синтезированной каталитической системы в окислении субстрата ее выдерживали в растворе 35%-ного Н2О2 при соотношении катализатор : Н2О2 = 1 : (100–150). Согласно данным [22, 23], образуется смесь различных оксопероксокомплексов золотисто-желтого цвета. Полосы поглощения в ИК-спектрах при 890, 680, 589, 561 см−1 относятся к валентным колебаниям пероксидной связи W(O–O). ИК-спектры гетерогенизированных образцов также содержат все вышеуказанные полосы поглощения.

Изменение морфологии кристаллической структуры синтезированного образца при обработке Н2О2 определено также с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) и рентгенофазного анализа (РФА).

По данным СЭМ, размер частиц исходного и обработанного катализатора меняется в пределах 1–3 мкм. На рис. 2 представлены дифрактограммы синтезированных Ce- и La-содержащих образцов ПОВ, согласно которым введение катионов РЗЭ приводит к изменению дифрактограммы исходного ПОВ. Анализ межплоскостных расстояний, рассчитанных из значений 2θ по дифрактограмме, показал наличие в образце фаз СеPO4 и Се[PW12O41] (рис. 3).

 

Рис. 2. Дифрактограммы Се- (1) и La- (2)-ПОВ-содержащих каталитических систем. Элементный состав катализатора, мас. %: C – 24.58; Ce – 3.55; P – 1.57; W – 56.0; О – 18.3; в атомн. %: C – 53.0; Ce – 0.77; P – 1.56; W – 9.4; О – 35.3.

 

Рис. 3. Зависимость конверсии 4-метилстирола и селективности по продуктам окисления (в %) от температуры реакции (мольное соотношение 4-метилстирол : Н2О2 = 1 : 2, τ = 7 ч). 1 – конверсия 4-метилстирола; 2 – селективность по метилфенилоксирану, 3 – селективность по 4-метилбензальдегиду; 4 – селективность по 4-метилфенилацетальдегиду; 5 – селективность по метилфенилэтандиолу; 6 – селективность по 4-ме- тилбензойной кислоте.

 

При окислении стирола пероксидом водорода основными продуктами реакции (по данным хроматографии и ГХ-МС) являются фенилоксиран, бензальдегид, фенилацетальдегид, фенилэтан-1,2-диол, ацетофенон, бензойная кислота и продукты окислительной олигомеризации, образующиеся по маршрутам [11]:

 

Примечание. В данной схеме маршруты I, III, VI–VIII ответственны за окисление стирола и его метилпроизводных с участием H2O2, маршрут II – за окислительное дигидроксилирование их с участием H2O2, IV – за дегидратацию диола, а маршрут V – за изомеризацию оксиранов в альдегиды.

 

Полосы поглощения при 1027, 1097 и 3418 см−1 в ИК-спектрах оксидата характеризуют валентные колебания, С–О- и Н–О-связей спирта, а при 828, 898 и 1232 см−1 соответствуют эпокси-группе. Наблюдаются также полосы поглощения при 636, 730, 756 см−1, относящиеся к деформационным колебаниям С–Н-связи бензольного кольца. Кроме того, имеется полоса при 1620 см−1, характерная для С=С-связи бензольного кольца; полоса поглощения при 1703 см−1 соответствует С=О-связи кислоты, а при 1724 см−1 – С=О-связи альдегида. При окислении стирола, 4-метилстирола, дициклопентадиена с целью уменьшения скорости оксиолигомеризации углеводородов использовали α-нафтол (0.005 мас. %).

Результаты реакции жидкофазного окисления стирола с различным мольным соотношением субстрата и окислителя приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Влияние мольного соотношения стирол : H2O2 на состав оксидата при использовании 35%-ного водного раствора H2O2. Катализатор – CePO4∙СеPW12O41nH2O/МУМ – 3 г/л; 70°С; 7 ч; растворитель – толуол; ингибитор – α-нафтол

Мольное соотношение

стирол : Н2О2

Конверсия стирола, %

Состав оксидата, мас. %

С1

С2

С3

С4

С5

С6

1:0.5

1:1.0

1:1.2

1:1.5

1:2.0

25

47

52

69

96

46

25

22

18

15

16

27

28

32

33

19

14

12

13

16

12

12

12

8

6

1

8

9

13

12

6

14

17

16

18

Примечание. С1 – фенилоксиран; С2 – бензальдегид; С3 – фенилацетальдегид + ацетофенон; С4 – фенилэтан-1,2-диол; С5 – бензойная кислота; С6 – олигомерные продукты; МУМ – микроструктурированный углеродный материал.

 

При конверсии стирола 25.0–46.6% селективность по фенилоксирану достигает 25.2–46.3%, а при конверсии 68.7–96% селективность по бензальдегиду и фенилацетальдегиду составляет 45.1–48.3% соответственно.

В случае окисления α-метилстирола первичным продуктом окисления является 1-метил-1-фенилоксиран, который далее превращается в 2-фенилпропаналь и 1-метил-1-фенилэтан-1,2-диол. В катализате также имеется некоторое количество продукта перегруппировки 1-метил-1-фенилоксирана-фенилацетон. В отличие от стирола, при окислении α-метилстирола продукты окислительной олигомеризации практически не наблюдаются.

Состав оксидата при окислении α-метилстирола в зависимости от продолжительности процесса представлен в табл. 2.

 

Таблица 2. Результаты каталитического окисления α-метилстирола (α-МСт) пероксидом водорода в присутствии церий-полиоксофосфорвольфрамата.

Условия реакции: 70°С, мольное соотношение α-МСт : Н2О2 = 1 : 2, 35%-ного Н2О2, катализатор 10 г/л, растворитель толуол : пропан-2-ол = 1 : 1

Продолжительность,

ч

Конверсия, %

Выход, %

α-МСт

Н2О2

эпоксида

2-фенилпропаналя

фенилметилэтандиола

фенилацетона

3

5

7

10

5*

7*

10*

12

32

48

57

35

53

60

16

33

53

60

36

55

64

5

14

16

14

12

9

9

8

13

25

33

16

35

43

3

4

4

3

3

2

2

3

5

4

5

6

* Примечание. В этих опытах катализаторы предварительно обработаны пероксидом водорода.

 

По данным анализа методом ГХ-ПИД, выделенная из оксидата фракция 100–101°С/1.33 кПа (1.008, 1.5092) состоит из 2-фенилпропаналя (95.0%) и 1-фенилпропанона (5.0%) и имеет приятный запах гиацинта. При оптимальных условиях конверсия α-метилстирола составляет 48.4–53.2%, а селективность по 2-фенилпропаналю (гидротроповый альдегид) – 52.7–66.7%. Максимальный выход этих соединений достигается при температуре 70–80°С, продолжительности реакции 7 ч и мольном соотношении α-МСт : Н2О2 = 1 : 2.

Основные продукты реакции окисления 4-метилстирола: 4-метилфенилоксиран, 4-метилбензальдегид (п-толуиловый альдегид), 4-метилацетофенон, 4-метилфенилацетальдегид (п-толилацетальдегид), а также 4-метилбензойная кислота (п-толуиловая кислота). Образование продукта олигомеризации 4-метистирола происходит при более жестких условиях (80–90°С) и не превышает 8.0–11.0%. Максимальный выход 4-метилбензальдегида (29.2–49.0%) достигается при 70–80°С.

Следует отметить тот факт, что наличие в оксидате 4-метилфенилэтандиола, 4-метилацетофенона и 4-метилфенилацетальдегида показывает, что окисление 4-метилстирола, стирола и α-метилстирола протекает по единой схеме, главным образом через стадии образования оксирана, его гидролиза и изомеризации.

Большую роль при окислении 4-метилстирола играет температурный режим процесса. На рис. 3 представлены результаты влияния температуры на окисление субстрата пероксидом водорода и на состав оксидата.

Окисление дициклопентадиена (ДЦПД) при найденных для стирола и его метилпроизводных условиях с участием С1–С2-карбоновых кислот приводит к сложной смеси экзо- и эндоизомеров кислородсодержащих функциональных производных его (эпоксидов, многоатомных спиртов, эпоксиспиртов, оксикетонов и т.д.). Процесс сопровождается олигомеризацией продуктов окисления. Установлено, что каталитическое окисление ДЦПД без участия кислот не протекает. Учитывая это, дальнейшие исследования проводили при условиях, обеспечивающих невысокую степень превращения субстрата (50°С; продолжительность реакции – 4 ч; мольное соотношение ДЦПД : H2O2 = 1 : 1.5; pH среды 1–5) (рис. 4 и 5).

 

Рис. 4. Зависимость конверсии ДЦПД и селективности по продуктам окисления от продолжительности реакции (Т = 50°С, pH 3.8, мольное соотношение ДЦПД : H2O2 = 1 : 2). 1 – конверсия ДЦПД, 2 – селективность по эпоксидам, 3 – селективность по спиртам, 4 – селективность по продуктам окислительной олигомеризации ДЦПД.

 

Рис. 5. Зависимость конверсии ДЦПД и селективности по продуктам окисления от величины рH среды (Т = 50°С, τ = 4 ч). 1 – конверсия ДЦПД, 2 – селективность по эпоксидам, 3 – селективность по спиртам, 4 – селективность по продуктам окислительной олигомеризации ДЦПД.

 

Продуктами реакции являются соответствующие моно- и диэпоксиды, спирты и их моноацетаты (моноформиаты), содержание которых в зависимости от варьирования различных факторов меняется в широком диапазоне. Согласно данным ЯМР 1Н, моноэпоксидирование и окислительное дигидроксилирование ДЦПД протекает преимущественно по двойной связи пятичленного фрагмента. Сопоставление ЯМР 1Н-спектров исходного УВ и выделенного из смеси соответствующего моноэпоксида (Ткип = 104.5–105°С/2.4 кПа, nD20 = = 1.5136, d420 = 1.0998) показывает, что сигналы протонов двойной связи циклопентенового фрагмента (δ = 5.35 м.д.) по сравнению сигналами протонов двойной связи бициклогептенового фрагмента (δ = 5.87 м.д.) сильно уменьшаются и выходят в виде дублета, что соответствует эндо- и экзорасположению протонов при кратной связи (δ = 5.307 м.д. и δ = 5.54 м.д. соответственно). На хроматограмме моноэпоксид ДЦПД выходит в виде двух изомеров: 3,4-эпокситрицикло[5.2.1.02.6]децена-8 (87–90 мас. %) и 8,9-эпокситрицикло[5.2.1.02.6]децена-3 (10–13 мас. %). С повышением температуры в интервале 50–80°С оксирановые фрагменты моно- и диэпоксидов легко раскрываются, происходит их одновременное гидроксилирование и олигомеризация.

При найденных условиях окисления для индивидуальных непредельных УВ была приведена реакция жидкофазного окисления фракции пироконденсата, выкипающей при 130–190°С. Состав оксигената определяли на основе данных ГЖХ и ГХ-МС, полученных для вышеуказанных индивидуальных углеводородов.

Продуктами реакции окисления фракции пироконденсата, выкипающей при 130–190°С, согласно ГХ и ГХ-МС-анализу являются оксираны, моноацетаты соответствующих диолов, ароматические альдегиды. При сравнении ИК-спектров исходного пироконденсата и выделенных оксидатов четко наблюдаются валентные колебания С=О сложноэфирной группы в области 1705 см−1, валентные колебания оксиранового кольца в областях 3084, 3026, 907, 941, 819 см–1. Отсутствие валентных колебаний в областях 1630, 1604 см−1, соответствующих непредельным связям С=С, подтверждает образование кислородных функций с участием этих фрагментов.

Состав исходной фракции пироконденсата, выкипающей при 130–190°С, и возвратной непрореагировавшей смеси УВ представлен в табл. 3. Конверсия непредельных УВ при вышеуказанных условиях составляет 97.4%. Возвратная углеводородная фракция, согласно анализу методом ГХ-ПИД, состоит из 53–79.3 мас. % С6–С10-ароматических УВ. Содержание непредельных соединений при вышеуказанных условиях не превышает 0.7–2.0 мас. %. Йодное число исходной углеводородной фракции составляло 48, а возвратной смеси УВ – 2.0.

 

Таблица 3. Состав исходной смеси фракции пироконденсата, выкипающей при 130–190°С, и возвратной углеводородной фракции после окисления

Состав исходного сырья

ЭП-60

мас. %

ЭП-300

мас. %

Состав возвратного углеводорода

ЭП-60,

мас. %

ЭП-300,

мас. %

Бензол

3.0

0.5

Бензол

4.0

0.8

Толуол

12.6

1.8

Толуол

16.8

3.0

Этилбензол

4.6

3.3

Этилбензол

6.1

5.4

Изомеры ксилола

16.4

16.6

Изомеры ксилола

21.9

27.0

Стирол

11.7

10.3

Стирол

Изомеры триметилбензола

9.0

5.7

Изомеры триметилбензола

12.0

9.3

α-Метилстирол

6.2

7.6

α-Метилстирол

0.1

0.3

Дициклопентадиен

4.0

9.2

Дициклопентадиен

0.4

0.7

Изомеры метилстирола

3.2

5.8

Изомеры метилстирола

Индан

5.2

1.0

Индан

6.9

1.6

Инден

2.8

6.8

Инден

0.2

1.0

Ароматические УВ С10

8.4

11.0

Ароматические УВ С10

11.2

17.8

Неидентифицированные соединения

12.9

20.4

Неидентифицированные соединения

20.4

33.8

 

На хроматограмме оксигената наряду с пиками стирола, его метилпроизводных и дициклопентадиена присутствуют пики не идентифицированных нами соединений. Вероятно, эти соединения образуются при взаимодействии кислосодержащих компонентов оксигенатов между собой.

Полученный оксигенат был испытан в качестве противодымной добавки к дизельному топливу (согласно ГОСТ-21393-75). Для сравнения результатов испытаний в качестве эталона были использованы известные противодымные присадки Цетан-корректор BBF и Цетан-плюс SMT-2. Полученные сравнительные результаты приведены ниже (табл. 4).

 

Таблица 4. Сравнительные результаты испытаний полученного оксигената в качестве противодымной добавки к дизельному топливу с известными присадками

ПРИСАДКИ

Расход топлива

СО

СН

NOX

Дымность

Цетан-плюс SMT-2

−1.7

3.2

−16.3

−4.6

−14.5

Цетан-корректор BBF

−0.9

−4.5

−12.9

−4.9

−18.6

Оксигенат

−1.7

3.2

−8.9

−3.2

−14.1

* Где (−) – уменьшение данной величины по сравнению с топливом без добавки.

 

Результат проведенных испытаний показывает, что добавление оксигената к дизельному топливу в количестве 0.25–0.5 мас. % приводит к уменьшению расхода топлива на 1.5–1.7 мас. % и снижению уровня дымности при горении топлива на 10–15 мас. %. Приведенные данные действия добавки находятся на уровне указанных выше эталонов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Синтезирована каталитическая система CePO4∙Се[PW12O41nH2O]/МУМ и проверена ее активность в реакции жидкофазного окисления непредельных углеводородов (стирола, α-метилстирола, 4-метилстирола, дициклопентадиена), а также фракции 130–190°С пироконденсата с участием пероксида водорода.

Установлено, что окисление стирола, α-метилстирола, 4-метистирола и дициклопентадиена в присутствии этой каталитической системы протекает по единой схеме через стадии образования оксирана, его гидролиза и изомеризации. Основными продуктами окисления стирола и 4-метилстирола являются соответствующие эпоксиды, диолы и альдегиды, а при более жестких условиях – кислоты и продукты окислительной олигомеризации. В случае окисления α-метилстирола продукты окислительной олигомеризации практически не образуются, а основными продуктами реакции становятся гидротроповый альдегид и фенилацетон. При окислении дициклопентадиена при низких температурах (40–50°С) основными продуктами реакции являются соответствующие моно- и диэпоксиды. С повышением температуры количество эпоксидов уменьшается, а полиолов и продуктов оксиолигомеризации – увеличивается.

Изучено жидкофазное окисление пироконденсата фракции 130–190°С, выделенной из продуктов пиролиза УВ с целью разработки рекомендаций для использования оксигената в составе топливных композиций.

Полученный оксигенат был испытан в качестве противодымной добавки к дизельному топливу. Установлено, что добавка оксигената в количестве 0.25–0.5 мас. % способствует снижению дымности при горении дизельного топлива на 10–15 мас. % и расхода топлива на 1.5–1.7 мас. % относительно базы.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена в рамках государственного задания Института нефтехимических процессов им. Ю.Г. Мамедалиева МНО Азербайджана. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и образования Азербайджана.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

ИНФОРМАЦИЯ О ВКЛАДЕ АВТОРОВ

Авторы Х.М. Алимарданов, Н.И. Гарибов, Э.С. Мусаева принимали участие в разработке и исследовании химико-технологических закономерностей, режимных параметров процесса, а также выборе каталитической системы, Н.Р. Дадашова – в исследовании анализа состава катализаторов, а также продуктов реакции.

×

About the authors

Хафиз Муталлим Алимарданов

Институт нефтехимических процессов им. Ю.Г. Мамедалиева МНО Азербайджана

Author for correspondence.
Email: hafizalimardanov1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1392-5603

зав. лаб, д.х.н., чл.-корр. НАНА

Azerbaijan, Баку, Ходжалы 30, АZ 1025

Неймат Исмайыл Гарибов

Институт нефтехимических процессов им. Ю.Г. Мамедалиева МНО Азербайджана

Email: hafizalimardanov1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7366-0718

д.х.н.

Azerbaijan, Баку, Ходжалы 30, АZ 1025

Эльнара Сахиб Мусаева

Институт нефтехимических процессов им. Ю.Г. Мамедалиева МНО Азербайджана

Email: hafizalimardanov1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4373-4760

к.х.н., вед.н.с.

Azerbaijan, Баку, Ходжалы 30, АZ 1025

Нармин Расим Дадашова

Институт нефтехимических процессов им. Ю.Г. Мамедалиева МНО Азербайджана

Email: hafizalimardanov1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8061-0823

к.х.н., вед.н.с.

Azerbaijan, Баку, Ходжалы 30, АZ 1025

References

  1. Бондалетов В.Г., Бондалетова Л.И., Нгуен Ван Тхань. Использование жидких продуктов пиролиза углеводородного сырья в синтезе нефтеполимерных смол // Успехи современного естествознания. 2015. № 1 (часть 7). С. 1130–1133.
  2. Туркова Т.В., Агаронов В.С., Кузнецов Н.Н., Ермизин В.К., Лахман Л.И., Елин О.Л., Цветков В.В., Чижов В.Б., Довганюк В.Ф. Исследование изменения компонентного состава пироконденсата и его фракций в процессе селективного гидрирования в присутствии катализаторов серии АПКГС // Катализ в промышленности. 2005. № 6. С. 36–41.
  3. Белай А.В., Кравцов С.М., Курдюков А.М., Хряпин В.Н., Юрин В.П. Пат. РФ № 2215021. Способ переработки пироконденсата высокотемпературного гомогенного пиролиза предельных углеводородов состава C3–C5.
  4. Садыгов Ф.М., Магеррамова З.Ю., Гаджиев Г.Н., Джахандаров Ш. Дж., Мамедова И.Г. Рациональная переработка пироконденсата – побочного продукта производство этилена // Intern. Scientific and Practic. Conference World Science. 2018. V. 2. № 2 (30). P. 52–55.
  5. Мусаева Э.С. Каталитическое жидкофазное окисление фракции 130–190°C пироконденсата пероксидом водорода с участием церийсодержащего полиоксовольфрамата // Сумгаит: Научные известия. 2020. Т. 20. № 3. C. 29–31.
  6. Zhang Xu, Zeng Changfeng, Zhang Lixiong, Xu Nanping. Macro-kinetics of styrene oxidation catalyzed by Co2+-exchanged X // Kinetics and Catalysis. 2009. V. 50. № 2. P. 199–204. https://doi.org/10.1134/S0023158409020098
  7. Shen Yangyi, Zhu, Mingqiao, Du Jinpei, Yang Yangyang, Tang Yue. Epoxidation of styrene with molecular oxygen on Co3O4/SiO2 catalyst // Advanced Materials Research. 2012. V. 396–398. P. 1699–1702. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.396-398.1699
  8. Wang Y., Zhang Q.H., Shishido T., K. Takehira. Characterizations of iron-containing MCM-41 and its catalytic properties in epoxidation of styrene with hydrogen peroxide // J. of Catalysis. 2002. V. 209. № 1. P. 186. https://doi.org/10.1006/jcat.2002.3607
  9. Наджафова М.А., Алимарданов Х.М., Гарибов Н.И., Мусаева Э.С. Исследование радикальной природы тербийполиоксовольфрамата в качестве катализатора эпоксидирования стирола // Нефтепереработка и нефтехимия. 2018. № 4. С. 25–30.
  10. Алимарданов Х.М., Гарибов Н.И., Наджафова М.А., Мусаева Э.С. Тb- и Pr-содержащие полиоксовольфраматы в качестве катализаторов эпоксидирования стирола пероксидом водорода // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний (Москва). 2019. C. 9–23. doi: 10.32758/2071-5951-2019-0-04-4-9
  11. Алимарданов Х.М., Велиева Ф.М., Гарибов Н.И., Мусаева Э.С. Кинетические закономерности жидкофазного окисления стирола пероксидом водорода в присутствии полиоксовольфрамата модифицированного катионами церия // Журн. прикл. химии. 2020. Т. 93. Вып. 5. С. 722–734. doi: 10.31857/S004446182005014X [Alimardanov H.M., Veliyeva F.M., Garibov N.I., Musayeva E.S. Kinetic relationships of liquid-phase oxidation of styrene with hydrogen peroxide in the presence of polyoxotungstate modified with cerium cations // Russian J. of Appl. Chemistry. 2020. V. 93. № 5. P. 729–740]. https://doi.org/10.1134/S1070427220050146
  12. Liu H., Bai J., Wang S., Li C., Guo L., Liang H., Xu T., Sun W., Li H. The preparation of silver nanoparticles/carbon nanofibers as catalyst in the styrene epoxidation // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2014. V. 448. P. 154–159. http://dx.doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.02.024
  13. Huan Liu, Jie Bai, Chunping Li, Wei Xu, Weiyan Sun, Tong Xu, Yarong Huang, Hongqiang Li. An effective approach to preparing MgO–Ag NPs–CNFs and Al2O3–Ag NPs–CNFs for styrene epoxidation // RSC Advances. 2014. V. 4. P. 3195. https://doi.org/10.1039/C3RA44494E
  14. Zhang D.H., Li G.D., Li J.X., Chen J.S. One-pot synthesis of Ag–Fe3O4 nanocomposite: a magnetically recyclable and efficient catalyst for epoxidation of styrene // Chemical Communications. 2008. P. 3414–3416. https://doi.org/10.1039/B805737K
  15. Mukesh Suthar, Avinash K. Srivastava, Raj K. Joshi, Roy P.K. Nanocrystalline cerium-doped Y-type barium hexaferrite; a useful catalyst for selective oxidation of styrene // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2020. V. 31. Iss. 19. P. 16793–16805. https://doi.org/10.1007/s10854-020-04234-5
  16. Xing Li, Qingtao Wang, Jinghui Lyu, Xiaonian Li. Recent ınvestigation on epoxidation of styrene with hydrogen peroxide by heterogeneous catalysis // Chemistry Select. 2021. V. 6. Iss. 37. P. 9735–9768. https://doi.org/10.1002/slct.202101353
  17. Wen-Jing Cui, Qing Zhao, Hao-Tian Zhu, Na Hu, Yuan-Yuan Ma, Zhan-Gang Han, Yang-Guang. Keggin-type polyoxometalate-based supramolecular complex for selective oxidation of styrene to benzaldehyde // J. of Coordination Chemistry. 2020. V. 73. Iss. 17–19. P. 2521–2532. https://doi.org/10.1080/00958972.2020.1821881
  18. Jinhui Tong, Wenyan Li, Lili Bo, Huan Wang, Yusen Hu, Zhixia Zhang, Abdulla Mahboob. Selective oxidation of styrene catalyzed by cerium-doped cobalt ferrite nanocrystals with greatly enhanced catalytic performance // J. of Catalysis. 2016. V. 344. P. 474–481. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2016.10.003
  19. Alimardanov H.М., Suleymanova E.T., Garibov N.I., Musayeva.E.S. Liquid-phase catalytic oxidation of styrene and its derivatives into oxygen-containing compounds // Processes of Petrochemistry and Oil Refining (PPOR) (Baku). 2022. V. 23. № 3. P. 472–494.
  20. Zhang Zhang, Li Hui, Liu Yürong, Ye Yühua. Selective oxidation of styrene in ionic liquid and its reaction kinetics // Synthesis and reactivity in inorganic, metal-organic, and nano-metal chemistry. 2009. V. 39. № 3. P. 144–148. https://doi.org/10.1080/15533170902785018
  21. Алимарданов Х.М., Алиева А.А., Абасов С.И., Аббасов М.Ф., Кулиев А.Д. Влияние иммобилизированных наночастиц углерода на активность цеолитов в окислительном дегидрировании 4-винилциклогексена и этилбензола в стирол // Нефтехимия. 2012. Т. 52. № 2. С. 116–123 [Alimardanov Kh.M., Alieva A.A., Abasov S.I., Abbasov M.F., Kuliev A.D. Effect of immobilized carbon nanoparticles on the activity of zeolites in the oxidative dehydrogenation of 4-vinylcyclohexene and ethylbenzene to styrene // Petrol. Chemistry. 2012. V. 52. № 2. P. 97–104]. https://doi.org/10.1134/S0965544112010021
  22. Lane Benjamin S., Burgess Kevin. A cheap, catalytic, scalable, and environmentally benign method for alkene epoxidations // J. Am. Chem. Soc. 2001. V. 123. № 12. P. 2933–2937. https://doi.org/10.1021/ja004000a
  23. Тимофеева М.Н., Пай З.П., Толстиков А.Г., Кустова Г.Н. Эпоксидирование циклоолефинов пероксидом водорода в присутствии гетерополикислот в комбинации с катализатором фазового переноса // Изв. АН России. Сер. хим. 2003. № 2. С. 458–463.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig.

Download (155KB)
3. Fig. 1. IR-Fourier spectra of synthesized Ce- (1) and La-(2) containing samples of polyoxophosphorvolframate (POV).

Download (89KB)
4. Fig. 2. Diffractograms of Ce- (1) and La-(2)- containing catalytic systems. The elemental composition of the catalyst, wt. %: C – 24.58; Ce – 3.55; P – 1.57; W – 56.0; O – 18.3; in atomic %: C – 53.0; Ce – 0.77; P – 1.56; W – 9.4; O – 35.3.

Download (65KB)
5. Fig. 3. Dependence of the conversion of 4-methylstyrene and selectivity for oxidation products (in %) on the reaction temperature (molar ratio of 4-methylstyrene : H2O2 = 1 : 2, τ = 7 h). 1 - conversion of 4–methylstyrene; 2 – selectivity for methyl phenyloxirane, 3 – selectivity according to 4-methylbenzaldehyde; 4 – selectivity for 4-methylphenylacetaldehyde; 5 – selectivity for methylphenylethanediol; 6 – selectivity for 4- methylbenzoic acid.

Download (77KB)
6. Fig. 4. Dependence of the DCPD conversion and selectivity for oxidation products on the duration of the reaction (T = 50 °C, pH 3.8, molar ratio of DCPD : H2O2 = 1 : 2). 1 - DCPD conversion, 2 – selectivity for epoxides, 3 – selectivity for alcohols, 4 – selectivity according to the products of oxidative oligomerization of cerebral palsy.

Download (54KB)
7. Fig. 5. Dependence of DCPD conversion and selectivity for oxidation products on the pH of the medium (T = 50 °C, τ = 4 h). 1 - DCPD conversion, 2 – selectivity for epoxides, 3 – selectivity for alcohols, 4 - selectivity for products of oxidative oligomerization of DCPD.

Download (53KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».