Каталітична олігомеризація олефінвмісних фракцій - Автореферат

Відпадки нафтохімії - фракції рідких продуктів піролізу (РПП) етиленових виробництв - це вторинні продукти, що містять ациклічні, циклічні диолефіни, моноолефіни та арени. При цьому економічно ефективним є як виробництво власне НПС (зростає рентабельність етиленових установок внаслідок отримання прибутку від реалізації нафтополімерних смол), так і використання їх у різноманітних галузях промисловості: як замінників дорогих природніх продуктів (рослинних олій, каніфолі і т.п.); як пластифікуючих речовин у лакофарбовій промисловості; в антикорозійних покриттях, котрі володіють високою твердістю, водо-, хімічною та механічною стійкістю. Дисертаційна робота є складовою частиною наукового напрямку кафедри технології органічних продуктів Національного університету “Львівська політехніка” - “Теоретичні основи створення високоефективних ініціюючих і каталітичних систем та процесів селективних перетворень органічних сполук з метою одержання полімерів та мономерів”. Робота виконувалась у рамках науково-технічних програм Міносвіти і науки України: “Дослідження активності олефінів та дієнів у реакціях кополімеризації фракцій С5 і С9 побічних продуктів виробництва етилену та хімічної модифікації нафтополімерних смол” (2000-2001 р. р.) № державної реєстрації 0100U000483, “Наукові основи процесів одержання кисневмісних сполук і полімерних продуктів з олефінвмісних сумішей” (2002-2003 р. р.) № державної реєстрації 0102U001195, у виконанні яких автор приймав безпосередню участь. Вперше одержано експериментальні дані та обґрунтовано вплив природи компонентів каталітичної системи, мольного співвідношення компонентів каталітичної системи на перебіг реакції олігомеризації мономерів фракцій С5, С9.Тому в дослідженнях закономірностей олігомеризації мономерів фракції С9 застосовували каталітичні комплекси наступного складу, % мас: ALCL3 : HCL : AB = 3 : 0.1 : 96.9; (1) При оптимальному часі олігомеризації 0.75 год вихід НПС складає 31.2 % мас. і одержується смола з такими фізико-хімічними показниками: молекулярна маса - 1550, показник кольору - 30 МГJ2/100 см3, температура розмякшення - 357 К. Встановлено, що при збільшенні кількості мономерів фракції С5 від 1 до 5 мас.ч., густина олігомеризату та вихід НПС зменшуються (з 1001 до 939 кг¤м3 та з 61.5 до 29.0 % мас, при одночасному зростанні ненасиченості НПС (з 15.0 до 40.2 ГBR2/100г). Проте, враховуючи задовільний вихід (40.1 % мас), температуру розмякшення - 350 К, високе бромне число НПС (27.6 г Br2 ¤ 100г), що дозволяє здійснювати модифікацію синтезованої смоли, подальші дослідження проводили при двох співвідношеннях: С5:С9 = 3:7 та 1:9 мас.ч. Зростання температури коолігомеризації від 333 до 353 К позитивно впливає на перебіг реакції: збільшується вихід НПС від 40.1 до 61.5 % мас. та від 38.7 до 40.1 % мас.Одержані наукові та експериментальні результати дозволили розвязати конкретну народногосподарську задачу - теоретично обгрунтувати та створити основи технології каталітичної олігомеризації мономерів фракцій С5, С9 та коолігомеризації алкенілароматичних та дієнових вуглеводнів фракцій С5 і С9. Використання такого комплексу в процесі олігомеризації мономерів фракції С9 дозволяє одержувати НПС з високим виходом (57.4 % мас.), молекулярною масою 1370 та ненасиченістю 32.9 ГBR2/100г. Встановлено основні закономірності реакції каталітичної олігомеризації алкенів та дієнів фракції С5. Визначені оптимальні умови процесу: температура - 293 К; тривалість - 0.75 год; Ск=1.0 % мас, за яких синтезовані світлі аліфатичні смоли з виходом - 31.2 % мас, їх бромне число - 36.0 ГBR2/100г, молекулярна маса - 1550, температура розмякшення - 357 К та колір - 30 мг J2/100см3. Синтезовані смоли характеризуються втричі вищою молекулярною масою (2700), порівняно з попередньо одержаними НПС, і високою ненасиченістю (67.4 ГBR2/100г), що дозволяє здійснити їх подальшу модифікацію та розширює можливість практичного використання.Участь дисертанта полягає у вивченні основних закономірностей одержання НПС на основі фракції С5 у присутності каталітичної системи. Внесок автора полягає у здійсненні експериментальних досліджень олігомеризації ненасичених вуглеводнів фракції С5 у присутності каталітичного комплексу при різних температурах процесу. Дисертантом проведено олігомеризацію фракції С5 у присутності каталітичної системи з різними співвідношеннями її компонентів. Дисертантом досліджено характер впливу співвідношення фракції С5 і С9 на перабіг коолігомеризації у присутності каталітичних систем. Дисертантом одержано НПС методом двостадійної олігомеризації фракцій С5 і С9 у присутності каталітичних систем.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО У ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

Одержані наукові та експериментальні результати дозволили розвязати конкретну народногосподарську задачу - теоретично обгрунтувати та створити основи технології каталітичної олігомеризації мономерів фракцій С5, С9 та коолігомеризації алкенілароматичних та дієнових вуглеводнів фракцій С5 і С9.

Вибраний ефективний гомогенний каталітичний комплекс на основі промислового каталізатора - алюміній хлориду. Встановлено оптимальне співвідношення його компонентів (ALCL3:ЕА:КС=1:0.5:2). Використання такого комплексу в процесі олігомеризації мономерів фракції С9 дозволяє одержувати НПС з високим виходом (57.4 % мас.), молекулярною масою 1370 та ненасиченістю 32.9 ГBR2/100г.

Встановлено основні закономірності реакції каталітичної олігомеризації алкенів та дієнів фракції С5. Визначені оптимальні умови процесу: температура - 293 К; тривалість - 0.75 год; Ск=1.0 % мас, за яких синтезовані світлі аліфатичні смоли з виходом - 31.2 % мас, їх бромне число - 36.0 ГBR2/100г, молекулярна маса - 1550, температура розмякшення - 357 К та колір - 30 мг J2/100см3.

Вперше встановлена можливість одержання смол каталітичною коолігомеризацією аліфатичних та терпенових мономерів. Синтезовані смоли характеризуються втричі вищою молекулярною масою (2700), порівняно з попередньо одержаними НПС, і високою ненасиченістю (67.4 ГBR2/100г), що дозволяє здійснити їх подальшу модифікацію та розширює можливість практичного використання.

Вивчені плівкоутворюючі властивості композицій на основі НПС. Встановлена можливість використання отриманих смол як додатків до композиційних систем на основі промислової епоксидної смоли ЕД-20. Вперше досліджена можливість застосування нафтополімерних смол як компонентів бітумів.

Методами ІЧ-спектроскопії, мас-спектрометрії встановлена структура синтезованих продуктів. За результатами хроматографічного аналізу зразків сировини та дистилятів розрахована конверсія основних смолоутворюючих вуглеводнів.

Запропоновані принципова технологічна схема періодичного процесу виробництва коолігомерих смол та принципова технологічна схема безперервного процесу одержання аліфатичних НПС. Розраховані матеріальні баланси вказаних виробництв.

Проведено порівняльну оцінку методів синтезу НПС. Показано, що використання каталітичних процесів, у порівнянні з методами термічної чи ініційованої олігомеризації, дозволяє на 125 - 175 К знизити температуру процесу; зменшити його тривалість до 0.75 ? 3 год. При цьому одержують НПС з високими виходами (30.0?57.4 % мас.) та показниками, що повністю відповідають ТУ У 6-05743160.020-99 на смолу нафтополімерну лакофарбову синтетичну.

Рекомендовані шляхи практичного застосування синтезованих продуктів.