RU2212936C2 - Catalytic system for oligomerization of olefins, method for its preparing and oligomerization method - Google Patents
Catalytic system for oligomerization of olefins, method for its preparing and oligomerization method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2212936C2 RU2212936C2 RU2001119249/04A RU2001119249A RU2212936C2 RU 2212936 C2 RU2212936 C2 RU 2212936C2 RU 2001119249/04 A RU2001119249/04 A RU 2001119249/04A RU 2001119249 A RU2001119249 A RU 2001119249A RU 2212936 C2 RU2212936 C2 RU 2212936C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- oligomerization
- olefins
- catalytic system
- chloride
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химии, конкретно к катионным каталитическим системам (катализаторам) олигомеризации индивидуальных или смесей олефинов С3-С14 в основы синтетических полиальфаолефиновых (точнее олигоолефиновых) масел (ПАОМ).The invention relates to chemistry, specifically to cationic catalytic systems (catalysts) for oligomerization of individual or mixtures of C 3 -C 14 olefins into the bases of synthetic polyalphaolefin (more precisely, oligoolefin) oils (PAOM).
Изобретение может найти применение в химической и нефтехимической промышленности, на заводах по производству основ ПАОМ и других продуктов с применением катионных катализаторов. The invention may find application in the chemical and petrochemical industries, in factories for the production of basic PAOM and other products using cationic catalysts.
Продукты олигомеризации олефинов С3-С14 используются в качестве основы для приготовления низкозастывающих всесезонных моторных (автомобильных, авиационных, вертолетных, тракторных, танковых и т.д.), трансмиссионных, редукторных, вакуумных, компрессорных, холодильных, трансформаторных, электроизоляционных, веретенных и других типов масел, а также в качестве теплоносителей; пластификаторов для пластмасс, каучуков, твердых ракетных топлив; сырья для получения присадок, эмульгаторов, флотореагентов, пенообразователей, компонентов смазочно-охлаждающих и гидравлических жидкостей и т.п. Известно [1. Дж. Кеннеди. Катионная полимеризация олефинов. М.: Мир, 1978. 430 С.; 2. J. P. Kennedy, E. Marechal. Carbocationic Polymerization. N.-Y., 1982. 510 P.], что катионную олигомеризацию олефинов С3-С14 можно инициировать (катализировать) с помощью: катализаторов на основе протонных кислот (кислот Бренстеда); апротонных кислот (кислот Льюиса); алкилалюминий- (или бор) галогенидов; солей стабильных карбкатионов R+A-; природных и синтетических алюмосиликатов, цеолитов или гетерополикислот в Н-форме; различных двух- и трехкомпонентных комплексов, включающих мономер; полифункциональных катализаторов Циглера-Натта; металлоценовых катализаторов; физических методов стимулирования химических реакций. Наиболее широкое промышленное применение в качестве катализаторов катионной олигомеризации олефинов и других мономеров нашли каталитические системы, включающие кислоты Льюиса (ВF3, АlСl3, АlВr3, TiCl4, ZrCl4 и др.), алкилалюминий- (или бор) галогениды RnМХ3-n (где R - алкил C1-С10-, арил-, алкенил- и другие группы; М-Аl или В; Х-Сl, Вr, I) и природные или синтетические алюмосиликаты, цеолиты и гетерополикислоты в Н-форме. При получении моторных ПАОМ на основе линейных альфа-олефинов (ЛАО) С3-С14 (преимущественно на основе децена-1) обычно используют каталитические системы, включающие кислоты Льюиса или алкилалюмиийгалогениды.The oligomerization products of C 3 -C 14 olefins are used as the basis for the preparation of low-curing all-weather motor (automotive, aviation, helicopter, tractor, tank, etc.), transmission, gear, vacuum, compressor, refrigeration, transformer, electrical insulating, spindle and other types of oils, as well as heat carriers; plasticizers for plastics, rubbers, solid rocket fuels; raw materials for additives, emulsifiers, flotation agents, foaming agents, components of cutting fluids and hydraulic fluids, etc. It is known [1. J. Kennedy. Cationic polymerization of olefins. M .: Mir, 1978. 430 S .; 2. JP Kennedy, E. Marechal. Carbocationic Polymerization. N.-Y., 1982. 510 P.] that the cationic oligomerization of C 3 -C 14 olefins can be initiated (catalyzed) using: proton acid catalysts (Bronsted acids); aprotic acids (Lewis acids); alkyl aluminum (or boron) halides; salts of stable carbocations R + A - ; natural and synthetic aluminosilicates, zeolites or heteropoly acids in the H-form; various two- and three-component complexes, including monomer; Ziegler-Natta polyfunctional catalysts; metallocene catalysts; physical methods of stimulating chemical reactions. Catalytic systems including Lewis acids (BF 3 , AlCl 3 , AlBr 3 , TiCl 4 , ZrCl 4 , etc.), alkyl aluminum (or boron) halides R n MX have found the widest industrial application as catalysts for the cationic oligomerization of olefins and other monomers. 3-n (where R is alkyl C 1 -C 10 -, aryl, alkenyl and other groups; M-Al or B; X-Cl, Br, I) and natural or synthetic aluminosilicates, zeolites and heteropoly acids in H- form. In the preparation of motor PAOMs based on linear alpha-olefins (LAO) C 3 -C 14 (mainly based on decene-1), catalytic systems are usually used, including Lewis acids or alkylaluminium halides.
Так, известно большое число модификаций катализаторов олигомеризации ЛАО С6-С14, включающих трехфтористый бор и различные протонодонорные сокатализаторы - воду, спирты, карбоновые кислоты, ангидриды карбоновых кислот, кетоны, полиолы и их смеси [3-20] [ 3. Пат. США 3780128 от 18.12.1973; Мкл. С 07 С 5/02; Нкл. 585-12; 260-683.9; 4. Пат. США 3997621 от 14.12.1976; Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-255; 260-683.15В; 5. Пат. США 4 032591 от 28.06.1977; Мкл. С 07 С 5/24, 5/18; Мкл. 585-643; 260-683.65; 6. Пат. США 4 376222 от 08.03.1983. Мкл. С 07 С 2/74; Нкл. 585/255; 7. Пат. США 4 225739 от 30.09.1980; Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585/525; 8. Пат. США 4263465 от 21.04.1981; Мкл. С 07 С 9/00; Нкл. 585/18; 9. Пат. США 4263467 от 21.04.1981; Мкл. С 07 С 9/00; Нкл. 585/18; 10. Пат. США 4 409415 от 11.10.1983. Мкл. С 07 С 3/02; Нкл. 585/525; 11. Пат. США 4 956512 от 11.09.1990. Мкл. С 07 С 2/024; Нкл. 585/521; 12. Пат. США 4 436947 от 13.03.1984. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585/525; 13. Пат. США 4 451689 от 29.05.1984. Мкл. С 07 С 3/0; Нкл. 585/525; 14. Пат. США 4 454366 от 12.06.1984. Мкл. С 07 С 7/12; Нкл. 585/525; 15. Пат. США 4 587368 от 06.05.1986. Мкл. C 10 L 1/16; С 07 С 2/02; Нкл. 585/12; 16. Пат. США 4910355 от 20.03.1990. Мкл. С 07 С 2/74; Нкл. 585/255; 17. Пат. США 5 254784 от 20.12.1991. Мкл. С 07 С 2/22; Нкл. 585/525; 18. Пат. США 5 191140 от 02.03.1993. Мкл. С 07 С 2/02; Нкл. 585/525; 19. Пат. США 5420373 от 30.05.1995. Мкл. С07 С 2/08; Нкл. 858/525; 20. Пат. США 5550307 от 27.08.1996. Мкл. С 07 С 2/14; Нкл. 585/525.]. Олигомеризацию олефинов С3-С14 под действием этих катализаторов осуществляют при температурах 20-90oС в массе в течение 2-5 часов. Концентрацию трехфтористого бора в реакционной среде варьируют в пределах от 0.1 до 10 мас.%. Конверсия исходных олефинов изменяется в пределах от 80 до 99 мас.%. В результате олигомеризации, например, децена-1 образуется смесь ди-, три-, тетра-меров и более высокомолекулярных олигомеров. Суммарное содержание ди- и тримеров в продуктах изменяется от 30 до 80 мас.%.So, there are a large number of modifications of the oligomerization catalysts of LAO C 6 -C 14 , including boron trifluoride and various proton donor cocatalysts - water, alcohols, carboxylic acids, carboxylic acid anhydrides, ketones, polyols and mixtures thereof [3-20] [3. Pat. US 3780128 dated 12/18/1973; Ml C 07
Главным недостатком всех катионных катализаторов этого типа является то, что они включают дефицитный, легколетучий, ядовитый, коррозионно-активный трехфтористый бор. The main disadvantage of all cationic catalysts of this type is that they include scarce, volatile, toxic, corrosive boron trifluoride.
Кроме того, активность катализаторов этого типа в процессе олигомеризации ЛАО относительно низка, из-за чего олигомеризация протекает в течение 2-5 часов. При промышленной реализации этих процессов используются дорогостоящие большие по объему и по металлоемкости реакторы смешения в антикоррозионном исполнении. Известно [21-32] [21. Пат. США 3725498 от 03.04.1973. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 22. Пат. США 3952071 от 20.04.1976. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 23. Пат. США 3 997622 от 14.12.1976. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 24. Пат. США 3 997623 от 14.12.1976; Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 25. Пат. США 4 006199 от 01.02.1977. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 26. Пат. США 4 031158 от 21.06.1977. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 27. Пат. США 4 031159 от 21.06.1977. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 28. Пат. США 4 066715 от 03.01.1978. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 29. Пат. США 4113790 от 12.09.1978. Мкл. С 07 С 3/10; Нкл. 585-532; 30. Пат. США 4167534 от 11.09.1979. Мкл. С 07 С 5/04; Нкл. 585-532; 31. Пат. США 4219691 от 26.08.1980. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 32. Пат. США 5196635 от 23.03.1993. Мкл. С 07 С 2/22; Нкл. 585-532] также большое число катионных катализаторов олигомеризации олефинов, включающих галогениды алюминия и протонодоноры - воду, спирты, карбоновые кислоты, простые или сложные эфиры, кетоны (например, диметиловый эфир этиленгликоля, этиленгликольдиацетат, диэтилмалонат), галоидалкилы [28, 32] [28. Пат. США 4 066715 от 03.01.1978. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 32. Пат. США 5196635 от 23.03.1993. Мкл. С 07 С 2/22; Нкл. 585-532]. В некоторых случаях эти катализаторы используют в комбинации с соединениями никеля [33. Пат. США 5 489721 от 06.02.1996. Мкл. С 07 С 2/20; Нкл. 585-532]. Добавки соединений никеля в эти катализаторы обеспечивают регулирование фракционного состава получаемых олигоолефинов. In addition, the activity of catalysts of this type in the process of LAO oligomerization is relatively low, due to which oligomerization proceeds within 2-5 hours. In the industrial implementation of these processes, expensive large-volume and metal-intensive mixing reactors are used in an anticorrosive design. It is known [21-32] [21. Pat. U.S. 3,725,498 of 04/03/1973. Ml C 07
Олигомеризацию альфа-(С4-С14) или внутренних С10-C15 олефинов (полученных путем дегидрирования парафинов) [29. Пат. США 4113790 от 12.09.1978. Мкл. С 07 С 3/10; Нкл. 585-532] осуществляют под действием катализаторов АlХ3 + протонодонор при температурах 100-140oС в течение 3-5 часов. Концентрацию АlХ3 варьируют в пределах от 0.1 до 10 мол.% в расчете на олефины, мольное соотношение протонодонор/Аl варьируют в пределах от 0.05 до 1.25. С повышением этого соотношения от 0.05 до 1.25 конверсия олефинов снижается от 99 до 12 мас.%.Oligomerization of alpha (C 4 -C 14 ) or internal C 10 -C 15 olefins (obtained by dehydrogenation of paraffins) [29. Pat. U.S. 4113790 dated 09/12/1978. Ml C 07
Катализаторы этого типа характеризуются следующими общими недостатками:
- сложной процедурой приготовления, включающей много операций - возгонка и размол АlСl3, приготовление комплекса;
- комплексы являются вязкими, клейкими веществами, плохо растворимыми в олефинах, имеются проблемы с выгрузкой их из реактора в ходе олигомеризации;
- низкой активностью в процессе олигомеризации, что требует применения больших по объему металлоемких реакторов смешения;
- высокими расходными коэффициентами для АlХ3 по отношению к продуктам;
Под действием катализаторов этого типа образуются в основном высокомолекулярные и высоковязкие продукты. При осуществлении олигомеризации олефинов под действием катализаторов на основе А1Хз имеются трудности с регулированием фракционного состава олигомеров. Разработано много бифункциональных комплексных катализаторов, включающих соединения переходных металлов (TiCl4, ZrCl4) и алкилалюминийгалогениды RnАlХ3-n (смотри, например, [34-46]. [34. Пат. США 4214112 от 22.07.1980. Мкл. С 07 С 3/18; Нкл. 585-532; 35. J. Skupinska. Oligomerization of alpha-olefins to higher oligomers // Chem. Rev. 1991. V. 91. N 4. P.613-648; 36. Пат. США 3168588. 12.03.1975. Мкл. С 07 С 2/22; Нкл. 260-683.15; 37. Пат. США 3884988. 20.05.1975. Мкл. С 07 С 3/10; Нкл. 584-524; Франц. Заявка 2221467. 1974. Мкл. С 08 F 1/32, 15/40; 38. Пат. США 4384089. Мкл. С 07 F 4/64; Нкл. 526-159; 39. Пат. США 4510342. 09.04.1985. Мкл. С 07 С 3/02; Нкл. 584-524; 40. Пат. США 4579991. 01.04.1986. Мкл. С 07 С 2/22; Нкл. 585-524; 41. Пат. США 4855526. 08.08.1989. Мкл. С 07 С 2/02; Нкл. 585-524; 42. Пат. Великобритании 1430497. Мкл. С 07 С 2/22; Пат. Великобритании 1522129. Мкл. С 07 С 2/22. Нкл. С3Р; 43. А.С. СССР 1073279. Мкл. С 07 С 2/32; Нкл. С 10 М 3/12; 44. Японский пат. 52-11350. 1977 (РЖХим. 1978. 2С270П), Мкл. С 08 F 10/14; 45. А.С. СССР 1075500.17.03.1982. Мкл. С 07 С 2/22. Нкл. В 01 J 31/14; 46. А.С. СССР 1192346. 12.08.1983. Мкл. С 07 С 2/22. Нкл. С 10 М 107/02]). В катализаторах этого типа образуется два типа активных центров - катионные и анионно-координационные. Из-за этого олигомеризация олефинов С3-С14 под действием катионных активных центров практически во всех случаях сопровождается полимеризацией олефинов С3-С14 под действием анионно-координационных активных центров в нерастворимые трудноудаляемые из реактора высокомолекулярные полиолефины. Под действием бифункциональных комплексных катализаторов во всех случаях образуются высокомолекулярные высоковязкие олигоолефины, которые не могут использоваться в качестве основы наиболее широко потребляемых моторных масел. Это является главным недостатком катализаторов такого типа. Кроме того, каталитические системы этого типа, так же как и упоминавшиеся ранее классические катионные катализаторы, обладают относительно низкой активностью, что требует, как уже отмечалось, применения в промышленных условиях больших по объему металлоемких малопроизводительных реакторов смешения.Catalysts of this type are characterized by the following general disadvantages:
- a complex cooking procedure, including many operations - sublimation and grinding AlCl 3 , preparation of the complex;
- complexes are viscous, sticky substances, poorly soluble in olefins, there are problems with unloading them from the reactor during oligomerization;
- low activity in the process of oligomerization, which requires the use of large-volume metal-intensive mixing reactors;
- high flow rates for AlX 3 in relation to products;
Under the action of catalysts of this type, mainly high molecular weight and highly viscous products are formed. When carrying out oligomerization of olefins under the action of catalysts based on A1X3, there are difficulties in controlling the fractional composition of oligomers. Many bifunctional complex catalysts have been developed, including transition metal compounds (TiCl 4 , ZrCl 4 ) and alkyl aluminum halides R n AlX 3-n (see, for example, [34-46]. [34. US Pat. No. 4,214,112 of 07/22/1980. Ml. C 07
В катионных процессах полимеризации, олигомеризации и алкилирования широко применяются также двухкомпонентные растворимые монофункциональные каталитические системы, включающие алкилалюминийгалогенид RnАlХ3-n и галоидорганическое соединение R'X (где R-СН3, C2H5, С3Н7 или изо-С4Н9; Х - хлор, бром или иод; n=1.0; 1.5 или 2.0; R' - Н [47. Пат. США 4952739. 28.08.1990. Мкл. С 07 С 2/18; Нкл. 585/18; 585/511], первичный, вторичный или третичный алкил, аллил или бензил [48-51] [48. Пат. США 4041098. 09.08.1977. Мкл. С 07 С 3/10; Нкл. 585-524; 49. Пат. Великобритании 1535324, 1535325. 1978. Мкл. С 07 С 3/21; Нкл. В1Е, С5Е; 50. 3аявка ФРГ 2526615. 13.06.1975. Мкл. С 07 С 3/21; Пат. ФРГ 2304314. 1980. Мкл. С 08 F 110/20; 51. А.С. СССР 1723101. 20.04.1989. Мкл. С 07 С 2/30. Нкл. С 10 М 107/10]) при мольном соотношении R'X/RnАlХ3-n, =1.0-5.0. В каталитических системах этого типа RnАlХ3-n является основой катализатора, a R'X - сокатализатором.In cationic processes of polymerization, oligomerization and alkylation, two-component soluble monofunctional catalytic systems are also widely used, including the alkylaluminum halide R n AlX 3-n and the organohalogen compound R'X (where R-CH 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 or iso- C 4 H 9 ; X - chlorine, bromine or iodine; n = 1.0; 1.5 or 2.0; R '- H [47. US Pat. No. 4,952,739. 08/28/1990. Ml C 07
Каталитические системы RnАlХ3-n-R'X используются для иницирования катионной олигомеризации индивидуальных или смесей линейных альфа-олефинов от пропилена до тетрадецена включительно в основы синтетических полиальфа-олефиновых масел в среде исходных олефинов или смесей их с продуктами олигомеризации и парафиновыми или ароматическими углеводородами при температурах до 250oС.The catalytic systems R n AlX 3-n- R'X are used to initiate cationic oligomerization of individual or linear alpha olefin mixtures from propylene to tetradecene, inclusive into the bases of synthetic polyalpha-olefin oils in the environment of the initial olefins or mixtures thereof with oligomerization products and paraffinic or aromatic hydrocarbons at temperatures up to 250 o C.
Катионные активные центры ([R,+ (RnАlХ4-n)-] и R,+) в каталитических системах RnАlХ3-n-R'X образуются в соответствии со следующей упрощенной схемой:
RnАlХ3-n+R'X<-->[R,+(RnАlХ4-n)-]<-->R,++( RnАlХ4-n)-
Образование катионных активных центров в рассматриваемых каталитических системах происходит с очень высокой скоростью. Благодаря этому сразу же после смешения растворов компонентов рассматриваемых каталитических систем достигается высокая концентрация катионных активных центров и процесс олигомеризации протекает без индукционного периода с очень высокой начальной скоростью. При этом 95-98 процентная конверсия исходных олефинов в олигомерные продукты при температурах 20-200oС достигается в течение шести-одной минут соответственно. Такой характер кинетики олигомеризации линейных альфа-олефинов (ЛАО) под действием рассматриваемых каталитических систем обеспечивает возможность проведения процесса олигомеризации в форсированном режиме в реакторах вытеснения трубчатого типа при временах пребывания от 1 до 6 минут [51. А. С. СССР 1723101. 20.04.1989. Мкл. С 07 С 2/30. Нкл. С 10 М 107/10], но затрудняет удаление выделяющейся теплоты олигомеризации.Cationic active sites ([R , + (R n AlX 4-n ) - ] and R , + ) in the catalytic systems R n AlX 3-n- R'X are formed in accordance with the following simplified scheme:
R n AlX 3-n + R'X <--> [R , + (R n AlX 4-n ) - ] <--> R , + + (R n AlX 4-n ) -
The formation of cationic active centers in the considered catalytic systems occurs at a very high speed. Due to this, immediately after mixing the solutions of the components of the considered catalytic systems, a high concentration of cationic active centers is achieved and the oligomerization process proceeds without an induction period at a very high initial rate. Moreover, 95-98 percent conversion of the starting olefins to oligomeric products at temperatures of 20-200 o C is achieved within six to one minutes, respectively. This nature of the kinetics of oligomerization of linear alpha-olefins (LAO) under the action of the considered catalytic systems makes it possible to conduct the oligomerization process in a forced mode in tube-type displacement reactors with residence times from 1 to 6 minutes [51. A.S. USSR 1723101. 04.20.1989. Ml C 07
В ходе олигомеризации ЛАО под действием этих каталитических систем в массе или в среде парафиновых углеводородов образуются высокоразветвленные застывающие при низких температурах олигомеры, содержащие одну ди-, три- или тетраалкилзамещенную двойную связь, а при олигомеризации в среде или в присутствии ароматических углеводородов (бензол, толуол, нафталин) образуются олигоалкилароматические маслообразные продукты (теломеры), не содержащие двойных связей [51. А.С. СССР 1723101. 20.04.1989. Мкл. С 07 С 2/30. Нкл. С 10 М 107/10]. During the oligomerization of LAO under the influence of these catalytic systems in the bulk or in the environment of paraffin hydrocarbons, highly branched oligomers freezing at low temperatures are formed containing one di-, tri- or tetraalkyl-substituted double bond, and during oligomerization in the medium or in the presence of aromatic hydrocarbons (benzene, toluene , naphthalene) oligoalkyl aromatic oily products (telomeres) are formed that do not contain double bonds [51. A.S. USSR 1723101. 04.20.1989. Ml C 07
Главным недостатком каталитических систем RnАlХ3-n-R'X является то, что применение их в процессе олигомеризации ЛАО (в частности децена-1) приводит к образованию преимущественно высокомолекулярных продуктов с широким молекулярно-массовым распределением и с низким (менее 20 мас.%) содержанием целевых низкомолекулярных фракций (димеров и тримеров децена-1) (таблица 1).The main disadvantage of the catalytic systems R n AlX 3-n- R'X is that their use in the process of oligomerization of LAO (in particular decene-1) leads to the formation of predominantly high molecular weight products with a wide molecular weight distribution and with a low (less than 20 wt. .%) the content of the target low molecular weight fractions (dimers and trimers of decene-1) (table 1).
Другим недостатком каталитических систем этого типа является то, что образующиеся под их действием димеры децена-1 являются линейными и после гидрирования имеют температуру застывания, превышающую -20oС.Another disadvantage of catalytic systems of this type is that the decen-1 dimers formed under their action are linear and after hydrogenation have a pour point exceeding -20 o C.
Третьим недостатком каталитических систем RnАlХ3-n-R'X является то, что они включают горючее самовоспламеняющееся на воздухе, опасное при производстве, при транспортировке и при использовании алюминийорганическое соединение RnАlХ3-n.The third disadvantage of the catalytic systems R n AlX 3-n- R'X is that they include a combustible self-igniting in air, which is dangerous during production, during transportation and when using the organoaluminum compound R n AlX 3-n .
Наиболее близкими к разработанным в соответствии с настоящим изобретением каталитическим системам для катионной полимеризации, олигомеризации, теломеризации олефинов и алкилирования ароматических углеводородов олефинами являются каталитические системы, включающие металлический алюминий. Сам по себе металлический алюминий не является катализатором упоминавшихся процессов. Для обеспечения этим системам каталитической активности алюминий обычно используют в комбинации с сокатализатором. The closest to the catalytic systems developed in accordance with the present invention for cationic polymerization, oligomerization, telomerization of olefins and alkylation of aromatic hydrocarbons by olefins are catalytic systems comprising aluminum metal. Aluminum metal itself is not a catalyst for the processes mentioned. To provide these systems with catalytic activity, aluminum is usually used in combination with a cocatalyst.
В соответствии с [ 52. Пат. Англии 868607. Нкл. 2/3 В. 1960] в качестве сокатализатора используют сухой хлористый водород. Катализатор для алкилирования бензола олефинами получают путем взаимодействия металлического алюминия с газообразным хлористым водородом в среде смесей бензола с алкилбензолами в отсутствие олефина. В ходе реакции образуются малоактивные в процессе олигомеризации олефинов тройные ареновые комплексы треххлористого алюминия: НСl•(арен)x•АlСl3.In accordance with [52. Pat. England 868607. Ncl. 2/3 Century 1960] as a cocatalyst use dry hydrogen chloride. A catalyst for the alkylation of benzene with olefins is obtained by reacting aluminum metal with gaseous hydrogen chloride in a mixture of benzene with alkylbenzenes in the absence of olefin. During the reaction, triple arene complexes of aluminum trichloride are formed, which are inactive during the oligomerization of olefins: HCl • (arene) x • AlCl 3 .
Недостатком такой каталитической системы и способа ее приготовления и использования является то, что во избежание интенсивной коррозии оборудования под действием соляной кислоты необходимо использовать тщательно осушенные реагенты. Другим недостатком рассматриваемой каталитической системы и способа ее приготовления и использования является то, что взаимодействие металлического алюминия с сухим хлористым водородом протекает медленно (в течение 2-3 и более часов) и только при повышенных температурах. Именно это исключает возможность приготовления катионных активных центров путем реакции алюминия с хлористым водородом непосредственно в процессе олигомеризации олефинов. The disadvantage of such a catalytic system and the method of its preparation and use is that in order to avoid intense corrosion of the equipment under the influence of hydrochloric acid, carefully dried reagents must be used. Another disadvantage of the considered catalytic system and the method of its preparation and use is that the interaction of aluminum metal with dry hydrogen chloride proceeds slowly (for 2-3 hours or more) and only at elevated temperatures. This excludes the possibility of preparing cationic active centers by reacting aluminum with hydrogen chloride directly in the process of oligomerization of olefins.
Известны также каталитические системы полимеризации, олигомеризации и теломеризации олефинов, а также алкилирования ароматических углеводородов олефинами, включающие металлический алюминий и галоидорганическое соединение [53-60] [53. А. С. СССР 541494. Нкл. В 01 J 37/00. 1975; 54. Пат. США 3303230. Нкл. 260-671. 1967; 55. Пат. США 3343911. Нкл. 260-683.15. 1969; 56. А. С. СССР 430581. Мкл. С 07 С 3/10. 1974; 57. А.С. СССР 732229. Мкл. С 07 С 15/02. 1975; 58. А.С. СССР 732003. Нкл. В 01 J 37/00. 1977; 59. А.С. СССР 1031046. Нкл. В 01 J 37/00. 1977; 60. А.С. СССР 803200. Нкл. В 01 J 31/14. 1979]. Also known are catalytic systems for the polymerization, oligomerization and telomerization of olefins, as well as the alkylation of aromatic hydrocarbons with olefins, including metallic aluminum and an organo-halide compound [53-60] [53. A. S. USSR 541494. Nkl. At 01
Ближайшей по технической сущности и достигаемому эффекту к разработанным в соответствии с настоящим изобретением каталитическим системам является каталитическая система для олигомеризации и полимеризации олефинов, включающая металлический алюминий и четыреххлористый углерод (сокатализатор) (прототип состава каталитической системы) [60. А.С. СССР 803200. Нкл. В 01 J 31/14. 1979]. The closest in technical essence and the achieved effect to the catalytic systems developed in accordance with the present invention is a catalytic system for oligomerization and polymerization of olefins, including metal aluminum and carbon tetrachloride (cocatalyst) (prototype composition of the catalytic system) [60. A.S. USSR 803200. Nkl. B 01
Известен способ приготовления катализатора олигомеризации и полимеризации олефинов путем взаимодействия металлического алюминия с четыреххлористым углеродом при температурах 40-80oС и массовом соотношении алюминия к четыреххлористому углероду, равном 1: (20-80) в среде четыреххлористого углерода в отсутствие олефинов в инертной атмосфере (прототип для способа приготовления и использования катализатора олигомеризации олефинов) [ 60. А. С. СССР 803200. Нкл. В 01 J 31/14. 1979]. В соответствии с этим способом вначале в отсуствие олефинов в инертной атмосфере (азотной или аргоновой) получают твердый черный продукт неизвестного состава, который далее используется в качестве катализатора олигомеризации альфа-олефинов и полимеризации изобутилена.A known method of preparing a catalyst for oligomerization and polymerization of olefins by reacting aluminum metal with carbon tetrachloride at temperatures of 40-80 o With a mass ratio of aluminum to carbon tetrachloride equal to 1: (20-80) in a medium of carbon tetrachloride in the absence of olefins in an inert atmosphere (prototype for the method of preparation and use of the catalyst for oligomerization of olefins) [60. A. S. of the USSR 803200. Ncl. B 01
Недостатком состава каталитической системы-прототипа является использование в ее составе четыреххлористого углерода при высоком соотношении хлора к алюминию. Это приводит к попаданию в состав продуктов большого количества трудноудаляемого из них хлора. The disadvantage of the catalytic system of the prototype is the use in its composition of carbon tetrachloride with a high ratio of chlorine to aluminum. This leads to the ingress of a large amount of chlorine difficult to remove from the composition of the products.
Другим недостатком каталитической системы-прототипа [60. А. С. СССР 803200. Нкл. В 01 J 31/14. 1979] является низкая ее активность, низкая производительность и низкая селективность по целевому фракционному составу продуктов. Another disadvantage of the catalytic system of the prototype [60. A. S. USSR 803200. Nkl. B 01
Недостатком способа приготовления и использования катализатора олигомеризации олефинов и полимеризации изобутилена из алюминия и галоидорганического соединения (CCl4) является его многостадийность и высокая трудоемкость.The disadvantage of the method of preparation and use of the catalyst for the oligomerization of olefins and the polymerization of isobutylene from aluminum and an organohalogen compound (CCl 4 ) is its multi-stage and high complexity.
Основной задачей настоящего изобретения являлась разработка усовершенствованной каталитической системы для катионной олигомеризации линейных альфа-олефинов (ЛАО) С3-С14, которая характеризовалась бы повышенной активностью и повышенной производительностью, обеспечила бы повышение управляемости процессом олигомеризации, в частности, позволила бы регулировать скорость олигомеризации, повысить выход целевых низкомолекулярных фракций олигомеров (например, димеров и тримеров децена-1), повысить разветвленность цепи продуктов олигомеризации и снизить температуру их застывания, а также повысила бы безопасность использования ее в процессе олигомеризации олефинов.The main objective of the present invention was the development of an improved catalytic system for the cationic oligomerization of linear alpha-olefins (LAO) C 3 -C 14 , which would be characterized by increased activity and increased productivity, would provide increased control over the oligomerization process, in particular, would allow to regulate the speed of oligomerization, to increase the yield of the target low molecular weight fractions of oligomers (for example, dimers and trimers of decene-1), to increase the branching of the oligomer product chain and to lower their pour point, and also would increase the safety of its use in the process of oligomerization of olefins.
Кроме того, задачей изобретения являлось упрощение технологии приготовления и использования каталитической системы олигомеризации олефинов, включающей металлический алюминий. In addition, the objective of the invention was to simplify the technology of preparation and use of a catalytic system for the oligomerization of olefins, including metal aluminum.
В задаче настоящего изобретения при этом предусматривалось расширение доступной сырьевой базы для комплектования основного (предпочтительного) и альтернативных вариантов каталитических систем олигомеризации олефинов такого типа. In the objective of the present invention, it was envisaged to expand the available raw material base for the acquisition of the main (preferred) and alternative variants of catalytic systems for the oligomerization of olefins of this type.
Поставленная задача решается тем, что каталитическая система для катионной олигомеризации индивидуальных или смесей линейных олефинов С3-С14 в основы синтетических полиальфа-олефиновых масел содержит алюминий (основу катализатора) и сокатализатор, в качестве которого согласно изобретению (пункт 1 формулы изобретения) она содержит галоидорганическое соединение RX, в котором R - первичный, вторичный или третичный алкил, аллил, бензил, ацетил или бензоил, а Х - хлор, бром или йод (пункт 1 формулы изобретения), при этом на каждый г-атом алюминия она содержит от 1 до 50 (предпочтительнее от 1.5 до 5.0) молей галоид органического соединения.The problem is solved in that the catalytic system for the cationic oligomerization of individual or mixtures of linear C 3 -C 14 olefins into the bases of synthetic polyalpha-olefin oils contains aluminum (catalyst base) and cocatalyst, in which, according to the invention (claim 1), it contains an organic halide compound RX, in which R is primary, secondary or tertiary alkyl, allyl, benzyl, acetyl or benzoyl, and X is chlorine, bromine or iodine (claim 1), for each g-aluminum atom contains from 1 to 50 (preferably from 1.5 to 5.0) moles of the halide of the organic compound.
По совокупности технических, экономических и экологических причин предпочтительными являются такие каталитические системы, которые в качестве галоидорганического соединения RX содержат (пункт 2 формулы изобретения) третбутилхлорид (ТБХ), аллилхлорид (АХ), бензилхлорид (БХ), ацетилхлорид или бензоилхлорид. В ряду этих соединений по физико-химическим свойствам наиболее подходящими является ТБХ и АХ. Все упомянутые хлорорганические соединения (в отличие от четыреххлористого углерода) содержат фрагменты со слабыми высоко реакционноспособными хлор-углеродными связями. Такие связи легко и с высокой скоростью реагируют с алюминием при низких температурах, что приводит к образованию катионных активных центров и инициированию катионной олигомеризации олефинов. For a combination of technical, economic and environmental reasons, catalyst systems are preferred which contain, as an organochloride compound RX (claim 2), tert-butyl chloride (TBH), allyl chloride (AX), benzyl chloride (BX), acetyl chloride or benzoyl chloride. In the series of these compounds, according to physicochemical properties, TBH and AX are most suitable. All mentioned organochlorine compounds (unlike carbon tetrachloride) contain fragments with weak highly reactive chlorine-carbon bonds. Such bonds easily and with high speed react with aluminum at low temperatures, which leads to the formation of cationic active centers and the initiation of cationic oligomerization of olefins.
Каталитические системы согласно настоящему изобретению могут содержать алюминий в виде сплавов, например, с магнием или титаном (пункт 3). При этом алюминий или его сплавы в разработанных каталитических системах содержатся (пункт 4) в виде материалов (тел) с развитой поверхностью (пудры, дисперсных сферических или плоских частиц (например, алюминий АСД-4), чешуек, прутков, проволоки, сеток или пластин. The catalyst systems of the present invention may contain aluminum in the form of alloys, for example, with magnesium or titanium (paragraph 3). In this case, aluminum or its alloys in the developed catalytic systems are contained (paragraph 4) in the form of materials (bodies) with a developed surface (powder, dispersed spherical or flat particles (for example, ASD-4 aluminum), flakes, rods, wire, grids or plates .
Алюминий относится к числу высокоактивных металлов. Поэтому он легко окисляется кислородом воздуха. При этом на поверхности упомянутых алюминиевых материалов образуется плотная пленка (оболочка) из оксида алюминия, которая предотвращает полное окисление алюминия в оксид алюминия. Эта пленка резко замедляет также и другие реакции алюминия с высокоактивными реагентами (включая и реакции алюминия с галоид органическими сокатализаторами). Замечено, что чем более развита поверхность алюминиевых материалов (т.е. чем выше дисперсность частиц алюминия), тем более заметно проявляется ингибирующее действие алюминийоксидной пленки (оболочки) на реакции алюминия с высокоактивными реагентами. Это (иногда нежелательное) свойство алюминия устраняют путем активации алюминия (разрушения алюминийоксидной пленки). Aluminum is among the highly active metals. Therefore, it is easily oxidized by atmospheric oxygen. At the same time, a dense film (shell) of aluminum oxide is formed on the surface of the mentioned aluminum materials, which prevents the complete oxidation of aluminum to aluminum oxide. This film also dramatically slows down other reactions of aluminum with highly active reagents (including the reaction of aluminum with halogen organic cocatalysts). It is noted that the more developed the surface of aluminum materials (i.e., the higher the dispersion of aluminum particles), the more noticeably the inhibitory effect of the aluminum oxide film (shell) on the reaction of aluminum with highly active reagents. This (sometimes undesirable) property of aluminum is eliminated by activation of aluminum (destruction of the aluminum oxide film).
К настоящему времени разработано много способов активации алюминия. Условно их можно разделить на химические, физические и механические. В соответствии с настоящим изобретением (пункт 5) алюминий активируют химическим способом. Для обеспечения химической активации алюминия каталитическая система согласно настоящему изобретению (пункт 5) дополнительно содержит химический активатор алюминия, выбранный из группы веществ, включающей йод, бром, бромистый этил, четыреххлористый титан, трихлорокись ванадия, четыреххлористое олово, этилалюминийсесквихлорид, этилалюминийдихлорид и треххлористый алюминий в количестве от 1 до 25 мас.%, а также третбутилхлорид, аллилхлорид, бензилхлорид, бензол и толуол - в количестве от 10 до 200 мас.% в расчете на алюминий. To date, many ways to activate aluminum have been developed. Conventionally, they can be divided into chemical, physical and mechanical. In accordance with the present invention (paragraph 5), aluminum is chemically activated. To ensure the chemical activation of aluminum, the catalytic system according to the present invention (paragraph 5) further comprises an aluminum chemical activator selected from the group of substances including iodine, bromine, ethyl bromide, titanium tetrachloride, vanadium trichloride, tin tetrachloride, ethyl aluminum sesquichloride, ethyl aluminum dichloride and aluminum trichloride from 1 to 25 wt.%, as well as tert-butyl chloride, allyl chloride, benzyl chloride, benzene and toluene - in an amount of from 10 to 200 wt.% calculated on aluminum.
Активирующее действие иода, брома, бромистого этила, четыреххлористого титана, трихлорокиси ванадия, четыреххлористого олова, этилалюминийсесквихлорида, этилалюминийдихлорида и треххлористого алюминия обусловлено тем, что под действием указанных веществ происходит частичное или полное разрушение (растворение) алюминийоксидной пленки. Таким же образом при повышенных температурах происходит активация алюминия и галоидалкилами - третбутилхлоридом, аллилхлоридом и бензилхлоридом. При этом третбутилхлорид, аллилхлорид и бензилхлорид совмещают функции и активатора алюминия, и реагента образующего с алюминием основу катионных активных центров и сокатализатора. Сами по себе бензол и толуол не могут активировать алюминий. Активирующее действие этих соединений обусловлено, видимо, тем, что при каталитическом содействии оксида алюминия происходит медленное алкилирование бензола и толуола сокатализатором - галоидорганическим соединением, в результате чего образуется хлористый водород (RCl+С6Н6+Аl2О3 НСl+R-С6Н5+Аl2O3), который растворяет алюминийоксидную пленку и, таким образом, активирует алюминий.The activating effect of iodine, bromine, ethyl bromide, titanium tetrachloride, vanadium trichloride, tin tetrachloride, ethyl aluminum sesquichloride, ethyl aluminum dichloride and aluminum trichloride is caused by the partial or complete destruction (dissolution) of the aluminum oxide film under the action of these substances. In the same way, at elevated temperatures, aluminum also activates with haloalkyls - tert-butyl chloride, allyl chloride and benzyl chloride. In this case, tert-butyl chloride, allyl chloride and benzyl chloride combine the functions of both an aluminum activator and a reagent, which forms the basis of cationic active centers and cocatalyst with aluminum. Benzene and toluene alone cannot activate aluminum. The activating effect of these compounds is apparently due to the fact that, with the catalytic assistance of alumina, benzene and toluene are slowly alkylated with a co-catalyst — an organic halide, resulting in the formation of hydrogen chloride (RCl + C 6 H 6 + Al 2 O 3 Hcl + R-C 6 H 5 + Al 2 O 3 ), which dissolves the alumina film and thus activates aluminum.
Аl2О3+6НСl-->2 АlСl3+3 H2O
Последующие реакции алюминия с галоидорганическим сокатализатором еще не изучены. По аналогии с реакциями Вюрца и Гриньяра можно предположить, что реакции очищенного Аl с RX вначале приводят к образованию алкилалюминийсесквигалогенида (ААСХ), а затем - карбониевой соли ААСХ:
3RCl+2Аl-->2R1.5AlCl1.5
R1.5AlCl1.5+RCl-->R+[R1.5AlCl2.5]- (I)
Образующиеся таким образом молекулы карбониевой соли (I) как раз и являются активными центрами катионной олигомеризации олефинов.Al 2 O 3 + 6CHl -> 2 AlCl 3 +3 H 2 O
Subsequent reactions of aluminum with an organ halide cocatalyst have not yet been studied. By analogy with the Würz and Grignard reactions, it can be assumed that the reactions of purified Al with RX first lead to the formation of alkyl aluminum sesquihalogenide (AACX), and then to the carbonic salt AACX:
3RCl + 2Al -> 2R 1.5 AlCl 1.5
R 1.5 AlCl 1.5 + RCl -> R + [R 1.5 AlCl 2.5 ] - (I)
The molecules of carbonium salt (I) formed in this way are precisely the active centers of cationic oligomerization of olefins.
В соответствии с настоящим изобретением (пункт 6) каталитическую систему готовят реакцией металлического алюминия с активатором и сокатализатором в инертной атмосфере непосредственно в процессе олигомеризации в среде олигомеризуемых олефинов или смесей их с продуктами олигомеризации (например, с димерами, тримерами и т.д.) и добавляемыми парафиновыми или ароматическими углеводородами при температурах от 10 до 150oС в реакторах смешения емкостного типа в течение 10-60 минут. В реакторах периодического действия активатор и сокатализатор полностью расторяют алюминий. При этом концентрация образующихся растворимых соединений алюминия изменяется в пределах от 10 до 80 (предпочтительнее 30-40) ммоль/л.In accordance with the present invention (paragraph 6), a catalytic system is prepared by reacting aluminum metal with an activator and cocatalyst in an inert atmosphere directly during oligomerization in an environment of oligomerizable olefins or mixtures thereof with oligomerization products (e.g., dimers, trimers, etc.) and added paraffinic or aromatic hydrocarbons at temperatures from 10 to 150 o C in mixing reactors of capacitive type for 10-60 minutes. In batch reactors, the activator and cocatalyst completely dissolve the aluminum. The concentration of the formed soluble aluminum compounds varies from 10 to 80 (preferably 30-40) mmol / L.
Реакторы смешения емкостного типа непрерывного действия с интенсивным перемешиванием содержимого по своим характеристикам приближаются к реакторам идеального смешения, для которых характерно то, что в любой момент времени в любой точке реактора концентрации всех реагентов и продуктов будут равны. Применительно к непрерывным процессам олигомеризации олефинов под действием каталитических систем, включающих высокодисперсный металлический алюминий, активатор алюминия и сокатализатор, это означает, что некоторая часть частиц алюминия не успеет прореагировать с другими компонентами катализатора и будет выноситься из реактора в исходном состоянии. Это приведет к снижению удельной производительности катализаторов. Capacitive continuous type mixing reactors with intensive mixing of the contents are close in their characteristics to ideal mixing reactors, which are characterized in that at any point in time at any point in the reactor the concentrations of all reagents and products will be equal. As applied to the continuous processes of oligomerization of olefins under the action of catalytic systems, including finely dispersed aluminum metal, an activator of aluminum and a cocatalyst, this means that some of the aluminum particles will not have time to react with other catalyst components and will be removed from the reactor in the initial state. This will lead to a decrease in the specific productivity of the catalysts.
В соответствии с настоящим изобретением (пункт 7) олигомеризацию олефинов в непрерывном режиме осуществляют в каскаде не менее чем двух последовательно соединенных реакторов смешения. Второй реактор смешения выполняет функции созревателя, в котором вынесенные из первого реактора частицы алюминия превращаются в катионные активные центры. In accordance with the present invention (paragraph 7), the oligomerization of olefins in a continuous mode is carried out in a cascade of at least two series-connected mixing reactors. The second mixing reactor performs the function of a ripener, in which the particles of aluminum removed from the first reactor are converted into cationic active centers.
Активированный алюминий и продукты реакции его с активатором и сокатализатором относятся к числу высоко реакционноспособных веществ, которые легко окисляются кислородом воздуха. Поэтому приготовление катализаторов олигомеризации олефинов проводят в инертной атмосфере. В качестве инертной атмосферы в соответствии с настоящим изобретением (пункт 8 формулы изобретения) используют не только азот или аргон, как в прототипе, но и диоксид углерода при абсолютном парциальном давлении диоксида углерода, равном 1.0-10.0 (предпочтительнее 1.0-1.5) атмосфер. По той же причине олигомеризацию олефинов в соответствии с настоящим изобретением (пункт 9 формулы изобретения) проводят в атмосфере диоксида углерода при абсолютном парциальном давлении диоксида углерода, равном 1.0-10.0 атмосфер. Activated aluminum and its reaction products with an activator and cocatalyst are among the highly reactive substances that are easily oxidized by atmospheric oxygen. Therefore, the preparation of olefin oligomerization catalysts is carried out in an inert atmosphere. As an inert atmosphere in accordance with the present invention (claim 8), not only nitrogen or argon is used, as in the prototype, but also carbon dioxide at an absolute partial pressure of carbon dioxide equal to 1.0-10.0 (preferably 1.0-1.5) atmospheres. For the same reason, the oligomerization of olefins in accordance with the present invention (claim 9) is carried out in a carbon dioxide atmosphere at an absolute partial pressure of carbon dioxide equal to 1.0-10.0 atmospheres.
Испытание каталитических систем в процессе катионной олигомеризации децена-1 и других олефинов производили следующим образом. Testing of catalytic systems during the cationic oligomerization of decene-1 and other olefins was performed as follows.
В термостатируемый очищенный и высушенный реактор емкостного типа периодического действия с мешалкой в инертной атмосфере при температуре окружающей среды (15-25oС) загружали навеску металлического алюминия, реактор деаэрировали с помощью вакуумного насоса до остаточного давления не менее 0.01 мм рт. ст., из мерных емкостей загружали олефин (в некоторых случаях и ароматический углеводород) (степень заполнения реактора ≅50 об.%), туда же с помощью калиброванного шприца при перемешивании вводили растворы растворимого в органических растворителях активатора алюминия и галоидорганического соединения R'X, из калиброванного баллончика в реактор подавали диоксид углерода до достижения абсолютного давления 1.5 атмосфер; с помощью термостата разогревали реактор и его содержимое до заданной температуры. Вслед за этим (обычно сразу же) начиналась олигомеризация олефина, что сопровождалось заметным повышением температуры реакционной среды (олигомеризата). Реакцию продолжали в течение запланированного времени, а затем обрывали путем введения в реактор водного раствора щелочи (NaOH) либо этанола. Полученный олигомеризат из реактора выгружали далее в промежуточную емкость. Отработанный (дезактивированный) катализатор из олигомеризата выделяли адсорбционным способом или методом водно-щелочной и водной отмывки.A sample of aluminum metal was charged into a thermostatically controlled, cleaned and dried batch type batch reactor with an stirrer in an inert atmosphere at ambient temperature (15-25 ° С), and the reactor was deaerated with a vacuum pump to a residual pressure of at least 0.01 mm Hg. Art., olefin (in some cases, an aromatic hydrocarbon) was charged from the measuring tanks (reactor filling factor ≅50 vol.%), with the aid of a calibrated syringe, solutions of aluminum soluble in organic solvents activator and organohalogen compounds R'X were added thereto with stirring, carbon dioxide was fed from the calibrated can into the reactor until an absolute pressure of 1.5 atmospheres was reached; Using a thermostat, the reactor and its contents were heated to a predetermined temperature. Following this (usually immediately), olefin oligomerization began, which was accompanied by a marked increase in the temperature of the reaction medium (oligomerizate). The reaction was continued for the scheduled time, and then terminated by introducing into the reactor an aqueous solution of alkali (NaOH) or ethanol. The resulting oligomerizate from the reactor was further discharged into an intermediate tank. Spent (deactivated) catalyst from the oligomerizate was isolated by the adsorption method or by the method of water-alkaline and water washing.
Температура входящих в реактор потоков соответствовала температуре окружающей среды (15-25oС). В некоторых случаях растворы компонентов катализатора перед подачей в реактор разогревались до заданной температуры. В момент контактирования входящих в реактор растворов компонентов катализаторов с металлическим алюминием с очень высокой скоростью образовывались катионные активные центры и начиналась олигомеризация олефина. Олигомеризация протекала с высокой скоростью и с выделением большого количества тепла (ΔН) (ΔН= 22[1-1/Рn] ккал/моль превращенного олефина, где Рn - среднечисловая степень олигомеризации олефина). Выделяющееся тепло олигомеризации удалялось из зоны реакции теплоносителем (обычно водой) через рубашки упомянутых реакторов.The temperature entering the reactor flows corresponded to the ambient temperature (15-25 o C). In some cases, the solutions of the catalyst components were heated to a predetermined temperature before being fed to the reactor. At the moment of contacting the solutions of the components of the catalyst components entering the reactor with metal aluminum, cationic active centers formed with a very high speed and olefin oligomerization began. Oligomerization proceeded at a high rate and with the release of a large amount of heat (ΔН) (ΔН = 22 [1-1 / P n ] kcal / mol of the converted olefin, where P n is the number average degree of oligomerization of the olefin). The released heat of oligomerization was removed from the reaction zone with a coolant (usually water) through the shirts of the said reactors.
Сборник-дозреватель представлял собой емкостной реактор с мешалкой, где олигомеризация непревращенного олефина продолжалась еще в течение 60 минут. Пребывание олигомеризата в сборнике-дозревателе способствовало повышению конверсии исходного олефина на 3-10 мас.% по сравнению со случаем, когда олигомеризат сразу же направлялся на очистку. Из сборника-дозревателя олигомеризат направлялся в промыватель или в адсорбер. The collection batch was a stirred tank reactor, where oligomerization of the unconverted olefin continued for another 60 minutes. The presence of the oligomerizate in the collection batch contributed to an increase in the conversion of the initial olefin by 3-10 wt.% Compared with the case when the oligomerizate was immediately sent for purification. From the collection compartment, the oligomerizate was sent to a washer or to an adsorber.
Промыватель использовался для выделения отработанного катализатора методом водно-щелочной, а затем водной отмывки (очистки) олигомеризата. Он функционировал периодически и представлял собой термостатируемый (обогреваемый) реактор с мешалкой, в который из вспомогательных емкостей-мерников подавался олигомеризат, 5%-ный водный раствор NaOH или NН3, а затем свежая деминерализованная вода. В некоторых случаях олигомеризат поступал в промыватель непосредственно из реактора олигомеризации.The washer was used to isolate spent catalyst by the method of water-alkaline and then water washing (purification) of the oligomerizate. It functioned periodically and consisted of a thermostatically controlled (heated) reactor with a stirrer, into which oligomerizate, a 5% aqueous solution of NaOH or NH 3 , and then fresh demineralized water were fed from auxiliary measuring tanks. In some cases, the oligomerizate entered the washer directly from the oligomerization reactor.
Адсорбер представлял собой термостатируемый колонный аппарат, заполненный активированными калиброванными частицами оксида алюминия или боксита. При прохождении олигомеризата (снизу-вверх) через слой указанного адсорбента происходило фронтальное адсорбционное выделение отработанного дезактивированного катализатора и очистка олигомеризата. The adsorber was a thermostatically controlled column apparatus filled with activated calibrated particles of aluminum oxide or bauxite. With the passage of the oligomerizate (bottom-up) through the layer of the indicated adsorbent, a frontal adsorption of spent deactivated catalyst and purification of the oligomerizate occurred.
После отбора проб для анализов очищенный олигомеризат загружался в куб вакуумной колонны для последующей азеотропной осушки, выделения непревращенных олефинов и для разделения олигомера на фракции. After sampling for analysis, the purified oligomerizate was loaded into a cube of a vacuum column for subsequent azeotropic drying, isolation of unconverted olefins, and for separation of the oligomer into fractions.
Фракционный состав продуктов олигомеризации определяли стандартным хроматографическим методом (с использованием приборов ЛХМ 8-МД, Hewlet Packard Model 5710 А) и/либо методом фракционирования на вакуумной ректификационной колонне. Результаты этих анализов совпадали с точностью до±2 мас.%. Строение выделенных продуктов количественно определяли методами озонолиза на приборе АДС-2, ИКС, ПМР и 13С-ЯМР.The fractional composition of oligomerization products was determined by the standard chromatographic method (using LHM 8-MD devices, Hewlet Packard Model 5710 A) and / or the fractionation method on a vacuum distillation column. The results of these analyzes coincided with an accuracy of ± 2 wt.%. The structure of the isolated products was quantitatively determined by ozonolysis using an ADS-2, IKS, 1 H NMR and 13 C-NMR instrument.
Для лучшего понимания данного изобретения в качестве иллюстраций в таблицах 1-7 приведены примеры составов разработанных согласно изобретению каталитических систем для катионной олигомеризации олефинов; описаны способ их приготовления, способ олигомеризации (использования разработанных катализаторов) и результаты испытания их в процессе олигомеризации децена-1 и других олефинов, а также выход, строение и свойства выделенных из продуктов олигомеризации олефинов целевых фракций олигоолефинов. Эти примеры демонстрируют, но не исчерпывают возможности изобретения. For a better understanding of the present invention, as examples, tables 1-7 show examples of compositions of catalyst systems developed according to the invention for cationic oligomerization of olefins; describes the method of their preparation, the method of oligomerization (using the developed catalysts) and the results of their testing in the process of oligomerization of decene-1 and other olefins, as well as the yield, structure and properties of the target oligo-olefin fractions isolated from olefin oligomerization products. These examples demonstrate but do not exhaust the scope of the invention.
Сопоставление результатов испытания разработанных согласно изобретению каталитических систем А1 - активатор - RX (таблицы 2-7) с результатами тестирования известных каталитических систем RnАlХ3-n-R'X (таблица 1) и АlХ3-ОМ (органический модификатор) (по аналогам) в процессе олигомеризации децена-1 позволяет сделать следующие общие выводы:
1. Разработанные согласно настоящему изобретению каталитические системы Аl - активатор - RX наиболее эффективно функционируют при температурах 20-125oС, концентрациях Аl=0.02-0.08 моль/л, мольных соотношениях RC1/A1=1.0-5.0 при указанном в описании и в примерах расходе активаторов и при этом обеспечивают 80-99-ти процентную конверсию олефинов (включая децен-1) в олигомеры в течение 10-60 минут;
2. Дополнительное включение в каталитические системы Аl-RX перечисленных в описании и в формуле настоящего изобретения активаторов алюминия обеспечивает повышение управляемости процессом: устраняет индукционный период, упрощает удаление тепла олигомеризации, исключает неконтролируемый сильный разогрев реакционной массы (Q=22[1-1/Рn], ккал/моль превращенного в олигомер ЛАО) и обеспечивает получение более однородных по составу олигомеров. С другой стороны, активность и производительность разработанных согласно изобретению каталитических систем Аl-активатор - RX существенно превышает активность и производительность каталитической системы Аl-ССl4 (по прототипу). Использование разработанных согласно настоящему изобретению каталитических систем Аl - активатор - RX в процессе олигомеризации децена-1 позволяет сократить время реакции с 2-3 часов в случае системы Аl-ССl4 до 10-60 минут - в случае разработанных согласно изобретению каталитических систем Аl - активатор - RX.Comparison of the test results of the catalytic systems A1 - activator - RX developed according to the invention (Table 2-7) with the test results of the known catalytic systems R n AlX 3-n- R'X (table 1) and AlX 3 -OM (organic modifier) (according to analogues) in the process of oligomerization of decene-1 allows us to draw the following general conclusions:
1. The Al - activator - RX catalytic systems developed in accordance with the present invention function most efficiently at temperatures of 20-125 ° C, Al concentrations of 0.02-0.08 mol / L, and molar ratios of RC1 / A1 = 1.0-5.0 when specified in the description and examples the consumption of activators and at the same time provide 80-99 percent conversion of olefins (including decen-1) to oligomers within 10-60 minutes;
2. The additional inclusion of aluminum activators listed in the description and in the formula of the present invention in the Al-RX catalyst systems provides increased process control: eliminates the induction period, simplifies the removal of heat from oligomerization, and eliminates uncontrolled strong heating of the reaction mixture (Q = 22 [1-1 / P n ], kcal / mol converted to the oligomer LAO) and provides a more homogeneous composition of the oligomers. On the other hand, the activity and productivity of the Al-activator-RX catalyst systems developed according to the invention significantly exceeds the activity and productivity of the Al-CCl 4 catalyst system (according to the prototype). The use of the Al - activator - RX catalyst systems developed according to the present invention in the decene-1 oligomerization process allows to reduce the reaction time from 2-3 hours in the case of the Al-CCl 4 system to 10-60 minutes - in the case of the Al - activator catalyst systems developed according to the invention - RX.
3. Применение разработанных согласно изобретению каталитических систем в процессе олигомеризации децена-1 позволило повысить парциальный выход целевых низкомолекулярных фракций олигодеценов (димеров и тримеров децена) до 40-50 мас.% в расчете на исходный децен-1 (до 60 мас.% в расчете на децен-1, превращенный в олигомеры) и снизить до 10-20 мас.% содержание в олигомеризате высокомолекулярных олигодеценов. 3. The use of the catalytic systems developed according to the invention in the decene-1 oligomerization process made it possible to increase the partial yield of the target low molecular weight oligodecene fractions (dimers and trimers of decene) up to 40-50 wt.% Calculated on the starting decen-1 (up to 60 wt.% Calculated decen-1, converted into oligomers) and reduce to 10-20 wt.% the content in the oligomerizate of high molecular weight oligodecenes.
4. Строение и физико-химические свойства ди-, три- и других олигомерных фракций олигодеценов позволяет использовать их в качестве основы синтетических поли альфа-олефиновых масел (ПАОМ-2, ПАОМ-4, ПАОМ-6, ПАОМ-10, ПАОМ-14 и т.д.). 4. The structure and physicochemical properties of di-, tri-, and other oligomeric fractions of oligodecenes allow their use as the basis for synthetic poly alpha olefin oils (PAOM-2, PAOM-4, PAOM-6, PAOM-10, PAOM-14 etc.).
5. Разработанные согласно изобретению способы приготовления и использования каталитических систем в процессе олигомеризации в атмосфере диоксида углерода позволяют улучшить технико-экономические показатели технологии производства ПАОМ. 5. Developed according to the invention, methods for the preparation and use of catalytic systems in the process of oligomerization in an atmosphere of carbon dioxide can improve the technical and economic indicators of the production technology of PAOM.
Преимущества разработанных согласно изобретению каталитических систем Аl - активатор - RX, включающих много вариантов доступных компонентов, перед известными каталитическими системами, состоят в том, что они сочетают высокую активность, высокую удельную производительность, высокую селективность по целевым продуктам, универсальность по отношению к олефиновому сырью и при этом обеспечивают получение целевых продуктов с более низкими температурами застывания. The advantages of the Al-activator-RX catalytic systems developed according to the invention, including many variants of available components, over the known catalytic systems are that they combine high activity, high specific productivity, high selectivity for the target products, versatility with respect to olefin feed and while providing targeted products with lower pour points.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001119249/04A RU2212936C2 (en) | 2001-07-12 | 2001-07-12 | Catalytic system for oligomerization of olefins, method for its preparing and oligomerization method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001119249/04A RU2212936C2 (en) | 2001-07-12 | 2001-07-12 | Catalytic system for oligomerization of olefins, method for its preparing and oligomerization method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2001119249A RU2001119249A (en) | 2003-06-20 |
RU2212936C2 true RU2212936C2 (en) | 2003-09-27 |
Family
ID=29776807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001119249/04A RU2212936C2 (en) | 2001-07-12 | 2001-07-12 | Catalytic system for oligomerization of olefins, method for its preparing and oligomerization method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2212936C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007111776A1 (en) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | High viscosity polyalphaolefins based on a mixture comprising 1-hexene, i-dodecene and 1-tetradecene |
US7544850B2 (en) | 2006-03-24 | 2009-06-09 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Low viscosity PAO based on 1-tetradecene |
US7592497B2 (en) | 2006-03-24 | 2009-09-22 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Low viscosity polyalphapolefin based on 1-decene and 1-dodecene |
RU2452567C1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие КВАЛИТЕТ" (ООО "НПП КВАЛИТЕТ") | Catalyst and method for oligomerisation of alpha-olefins |
RU2818194C1 (en) * | 2021-04-15 | 2024-04-25 | Петрочайна Компани Лимитед | CATALYST COMPOSITION FOR POLYMERIZATION OF α-OLEFINS, PREPARATION AND USE THEREOF |
-
2001
- 2001-07-12 RU RU2001119249/04A patent/RU2212936C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007111776A1 (en) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | High viscosity polyalphaolefins based on a mixture comprising 1-hexene, i-dodecene and 1-tetradecene |
US7544850B2 (en) | 2006-03-24 | 2009-06-09 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Low viscosity PAO based on 1-tetradecene |
US7547811B2 (en) | 2006-03-24 | 2009-06-16 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | High viscosity polyalphaolefins based on 1-hexene, 1-dodecene and 1-tetradecene |
US7592497B2 (en) | 2006-03-24 | 2009-09-22 | Exxonmobil Chemical Patents Inc. | Low viscosity polyalphapolefin based on 1-decene and 1-dodecene |
RU2452567C1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие КВАЛИТЕТ" (ООО "НПП КВАЛИТЕТ") | Catalyst and method for oligomerisation of alpha-olefins |
RU2818194C1 (en) * | 2021-04-15 | 2024-04-25 | Петрочайна Компани Лимитед | CATALYST COMPOSITION FOR POLYMERIZATION OF α-OLEFINS, PREPARATION AND USE THEREOF |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5175104B2 (en) | Method for preparing polyolefin synthetic oil | |
US2381198A (en) | Catalytic polymerization of olefins | |
US4308414A (en) | Oligomerizing alpha-olefins with a heterogeneous catalyst | |
US5406018A (en) | Homogenous catalyst and process for liquid phase isomerization and alkylation | |
US4288649A (en) | Isobutylene polymerization process | |
US4254294A (en) | Polymerization reactions in the presence of a catalyst containing aluminum oxide, boron oxide and halogen | |
US4110410A (en) | Oligomerization of olefins | |
US4613580A (en) | Process for the oligomerization of olefins and a catalyst thereof | |
US2416106A (en) | Polymerization of olefinic hydrocarbons in the presence of boron fluoride and an acid fluoride of a metal | |
RU2212936C2 (en) | Catalytic system for oligomerization of olefins, method for its preparing and oligomerization method | |
US2994727A (en) | Process for the preparation of specific geometric olefin isomers | |
US4463212A (en) | Selective oligomerization of olefins | |
US3932553A (en) | Oligomerization of propylene | |
US2791575A (en) | Olefin polymerization with group v metal oxide and alkali metal hydride | |
US9193814B1 (en) | Heterogeneous supports for homogeneous catalysts | |
US2927085A (en) | Alkylation process and catalyst therefor | |
RU2212935C2 (en) | Catalytic system for cationic oligomerization of individual linear olefins or their mixtures | |
US2345574A (en) | Process of polymerizing unsaturated hydrocarbons | |
US4048247A (en) | Process for the conversion of aromatic hydrocarbons | |
US2311232A (en) | Manufacture of catalysts | |
EP0073532B1 (en) | Process for the preparation of 2,6-dimethyl-1,5-heptadiene and/or 2,6,10-trimethyl-1,5,9-undecatriene | |
RU2452567C1 (en) | Catalyst and method for oligomerisation of alpha-olefins | |
AU674959B2 (en) | Homogeneous catalyst and process for liquid phase isomerization and alkylation | |
US2390951A (en) | Production of isobutylene | |
US4490571A (en) | Oligomerization of olefins |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090713 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20101027 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130713 |