Новая ионная жидкость Gemini для окислительной десульфурации газойля

Mar 19, 2024

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6198 (2023) Цитировать эту статью

571 Доступов

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Ионная жидкость дихлорид N1,N1,N3,N3-тетраметил-N1,N3-дифенилпропан-1,3-диаминия (ИЖк) является экологически чистым катализатором окислительно-экстракционного обессеривания газойля (содержание серы = 2400 ppm) в наличие H2O2 в качестве окислителя. Точная структура полученного ИЖ была подтверждена с помощью ИК-Фурье-спектроскопии и 1Н-ЯМР. Температура реакции, коэффициенты IL, дозировка H2O2 и время реакции были изучены для оценки их влияния на эффективность десульфурации. Определены термодинамические параметры реакции окисления. Эффективность десульфурации 84,7% была получена после процесса экстракционной десульфурации с использованием ацетонитрила в качестве органического растворителя при соотношении растворителя к исходному материалу 1:1 (по объему). Кроме того, полученный ИЖ можно повторно использовать не менее шести циклов без каких-либо существенных изменений в его десульфурирующих характеристиках или химической структуре, что подтверждает его высокую возможность повторного использования.

Соединения серы в ископаемом топливе представляют собой серьезную проблему для нефтеперерабатывающих заводов1. Оксиды серы (SOx), образующиеся при сжигании серосодержащего ископаемого топлива, являются ключевыми причинами серьезного загрязнения воздуха, особенно кислотных дождей и пасмурной погоды2. Гидрообессеривание (ГДС) является важным процессом в нефтепереработке. Его обычно используют для десульфурации нефти с использованием металлических катализаторов для преобразования органической серы в топливе в сероводород и родственные углеводороды3,4,5. HDS широко используется в промышленности для эффективного удаления сульфидов с низкой температурой кипения и без стерических препятствий, таких как тиоэфиры и меркаптаны6,7. Однако этот метод требует большого расхода водорода, дорогих катализаторов и чрезвычайно жестких условий реакции8,9. Эффективная десульфуризация может быть достигнута путем многоступенчатой ​​экстракционной десульфурации (EDS)10,11; однако затраты на процесс высоки из-за большого количества используемого экстрагента и проблем с регенерацией, которые могут возникнуть во время процесса1,12,13. Для окислительной десульфурации (ОДС) требуется большое количество катализаторов14,15,16,17. Кроме того, трудности регенерации и плохая повторяемость вызваны потерей каталитических активных центров в ходе процесса. Таким образом, крайне важно разработать новые катализаторы и экстрагенты с высокой эффективностью десульфурации18,19,20,21. Окисление ароматических сульфидов с образованием соответствующих сульфонов с последующим их удалением путем экстракции в типичном процессе ОРВ15,22,23,24. H2O2 является наиболее часто используемым окислителем в ОРВ из-за его высокой реакционной способности, низкой стоимости и экологической безопасности25,26,27,28. В качестве экстрагентов обычно используются легковоспламеняющиеся и летучие органические растворители, что может создавать дополнительные проблемы с безопасностью и экологией. Развитие методов EDS сдерживается требованием высокого соотношения растворителя к маслу и отсутствием экологически чистых растворителей для экстракции2,29,30. В качестве экстракционной среды в ЭДС можно использовать органические растворители; однако они имеют существенные ограничения из-за высокой летучести, низкой селективности по отношению к соединениям серы и высокой токсичности31. Поэтому необходимо разработать новые экологически чистые, т.е. биоразлагаемые, нелетучие и нетоксичные экстракционные растворители. Использование ионных жидкостей (ИЛ) для ЭДС – экологически чистый метод, который все чаще применяется для удаления тугоплавких S-соединений8. ИЖ представляют собой соли с низкой температурой плавления, обычно с температурой плавления менее 100 °C. ИЖ обладают уникальными характеристиками, такими как контролируемые физико-химические характеристики, высокая термическая стабильность, низкая летучесть и долговременная стабильность. Благодаря своим уникальным свойствам они используются в качестве экологически чистых растворителей для химического синтеза, десульфурации топлива и биосепарации32,33. Кроме того, ИЖ обладают высокой способностью образовывать комплексы с ароматическими соединениями серы и не смешиваются с мазутами34. Чжан и др. В патенте № 200435 в качестве ионных жидкостей использовались тетрафторборат 1-алкил-3-метилимидазолия [AMIM], гексафторфосфат и гидрохлорид триметиламина (TMAC) в (AlCl3–TMAC). EMIMBF4 (E = этил), BMIMPF6 (B = бутил), BMIMBF4 и более тяжелый AMIMPF6 продемонстрировали хорошую селективность, особенно по отношению к ароматическим соединениям серы и азота, при экстрактивной десульфурации и деазотировании транспортных топлив. Использованные ионные жидкости легко регенерируются путем дистилляции или вытеснения абсорбированных молекул водой. Абсорбированные ароматические S-содержащие соединения также могут быть извлечены количественно. Органические соединения с большей плотностью ароматических π-электронов усваиваются более эффективно. В результате стерического эффекта алкильное замещение ароматических колец существенно снижает поглотительную способность. Размер и структура катионов и анионов в ИЖ влияют на их способность поглощать ароматические соединения. Без взаимных препятствий экстракция S- и N-содержащих соединений может быть получена при низких концентрациях. Как правило, ИЖ AlCl3-TMAC обладают высокой способностью поглощать ароматические соединения. Для удаления соединений серы из легкой нефти Ло и др.36 использовали ИЖ комнатной температуры (RTIL), т.е. тетрафторборат 1-бутил-3-метилимидазолия и гексафторфосфат 1-бутил-3-метилимидазолия, путем сочетания экстракции растворителем и химического окисления. . Из легких нефтей соединения серы можно извлечь с помощью RTIL, а затем получить соответствующие сульфоны путем S-окисления (H2O2-уксусная кислота) в однореакторном процессе. Одновременное окисление и экстракция сернистых соединений из легкой нефти увеличивает выход сероочистки. Затем RTIL можно повторно использовать и перерабатывать, не теряя при этом своей активности.