二甲胺基改性的吡啶类离子液体用于油品深度脱硫的方法转让专利

申请号 : CN201310275849.5

文献号 : CN103320156B

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发明人 : 雷乐成王千里朱京科李中坚杨彬

申请人 : 浙江大学

摘要 :

本发明公开了一种二甲胺基吡啶改性的离子液体用于油品深度脱硫的方法。采用二甲胺基改性的吡啶阳离子和无机或有机阴离子组成的离子液体作为萃取剂,萃取分离油品中芳烃硫化物,离子液体与油品的质量比为2:1~1:20,萃取温度为288K~373K,油品中的含硫量为10~1000ppm,油品中的芳烃的含量为0.01~30%。本发明采用极性的给电子性的二甲胺基对吡啶阳离子进行改性,二甲胺基的极性将减少燃料油在离子液体中的溶解性,而且其供电子性会增加吡啶阳离子上芳烃π电子云密度,从而提高离子液体萃取芳烃硫化物的分配系数,为合成具有高分配系数、低互溶性和高选择性的离子液体提供了新思路。

权利要求 :

1.一种二甲胺基改性的吡啶类离子液体用于油品深度脱硫的方法,其特征在于方法的步骤如下:4

1)首先合成[C2DMAPy][N(CN)2]离子液体,第一步是烷基化反应,取0.2mol的4-二甲氨基吡啶溶解于300ml丙酮中,接着加入0.21mol的碘代乙烷在60℃下进行回流反应,圆底烧瓶中出现白色沉淀,对反应的混合液进行过滤,用4℃的60ml丙酮对白色晶体冲洗34

次,然后对白色晶体进行真空干燥,得到[C2DMAPy]I,第二步是离子交换反应,取0.2mol的4

[C2DMAPy]I加入200ml超纯水中,然后加入0.21mol的二腈胺银,进行避光常温搅拌反应,白色的悬浊液不断变为黄色,对反应混合液进行过滤,对滤液进行旋转蒸发,然后进行真空4

干燥,得到[C2DMAPy][N(CN)2];

4

2)将1.0g[C2DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟汽油中,模拟汽油组成为25%甲苯、

30%己烯、45%正辛烷以及含硫量为500ppm的噻吩,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟汽油,对萃取脱硫后的模拟汽油进行气相色谱分析,模拟汽油中硫含量降低到261ppm,计算出模拟汽油的脱硫率为47.8%,对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体重复使用,萃取后的四氯化碳在333K下进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳;

4 #

3)将1.0g[C2DMAPy][N(CN)2]与1.0g的97汽油进行混合,在室温下搅拌30min,静置#

5min分离出97汽油,对油相进行液相色谱分析,发现液相色谱图中没有离子液体的峰,表#明离子液体在97汽油的溶解度未达到液相色谱的检测限;对萃取脱硫前后的离子液体进# 4行称重,计算出97汽油在[C2DMAPy][N(CN)2]的溶解度为70.4mg/g。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于二甲胺基改性的吡啶阳离子中吡啶环上烷基取代基的碳连长度为1~10,二甲胺基在吡啶环上的位置不同。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的油品为原油、石油炼制过程中的半成#品油或售成品油;石油炼制过程中的半成品油为催化裂化油或热裂化汽油,售成品油为97#汽油或0柴油。

4.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的油品中的含硫化合物为芳烃硫化物,芳烃硫化物为噻吩、苯并噻吩或二苯并噻吩及其烷基衍生物。

- - -

5.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的无机或有机阴离子为:BF4、PF6、OAc、- - - - - -N(CN)2、CF3SO3、MXn、RSO4、R1R2PO4、N(SO2CF3)。

6.如权利要求1所述的方法,其特征在于所述的二甲胺基改性的吡啶阳离子结构式为:其中,R为烷基,L为阴离子。

说明书 :

二甲胺基改性的吡啶类离子液体用于油品深度脱硫的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油品精制的技术领域,尤其涉及一种二甲胺基改性的吡啶类离子液体用于油品深度脱硫的方法。

背景技术

[0002] 燃料油中含硫化合物的燃烧产生的SOX不仅会导致尾气转化的催化剂不可逆中毒,显著降低尾气转化器对烃类、NOX和颗粒物等的去除效率;而且其排放到大气中会形成酸雨并促进悬浮颗粒物的形成。因此,我国对燃料油中硫化物的含量要求越来越严格。目前常规的工业化脱硫工艺为加氢脱硫,而加氢脱硫存在如下问题:1)条件苛刻:需要专一催化剂,高温和高压(氢气压力2-10MPa);2)由于空间位阻作用,对于芳烃硫化物(噻吩、苯并噻吩、二苯并噻吩及其衍生物)的去除比较困难;3)高成本。因此,化学家们开发出了许多非加氢脱硫技术,如吸附脱硫、微生物脱硫、萃取脱硫和氧化脱硫等。但是吸附脱硫的选择性低、再生困难;微生物脱硫速率慢、油品易损失;氧化脱硫的氧化剂成本高、油品收率低。其中萃取脱硫由于具有操作方便、设备成本低、不影响燃料油的组成等优点,是最有应用前景的,但是用于萃取脱硫的有机萃取剂(二甲基亚砜、咪唑烷酮与嘧啶)存在脱硫效率低、无法进行深度脱硫等问题。因此开发脱硫效率高的萃取剂是萃取脱硫技术的关键。
[0003] 离子液体是新兴的绿色溶剂,其具有宽液程、无蒸汽压、良好的稳定性和可设计性等优良的性质,且对芳烃硫化物具有良好的萃取能力,因此被用作燃料油深度脱硫的萃取剂。由于离子液体具有可设计性,因此合成出一种具有高的芳烃硫化物分配系数、低互溶性和高的选择性的萃取脱硫剂是具有可行性的,这将为离子液体应用于工业化脱硫奠定良好的基础。
[0004] 由于离子液体的阴离子对芳烃硫化物萃取的分配系数影响很大,科学家一般通过对阴离子进行长烷基改性(Nie,Y.;Li,C.X.;Meng,H.;Wang,Z.H.FuelProcess.Technol.2008,89,978-983)或者利用多卤代金属阴离子(Li,F.T.;Liu,Y.;Sun,Z.
M.;Chen,L.J.;Zhao,D.S.;Liu,R.H.;Kou,C.G.Energy Fuels2010,24,4285-4289) 来 提高其萃取脱硫的分配系数,但是这两种方法有其自身的局限性。阴离子的长烷基改性会增加燃料油在离子液体中的溶解(Nie,Y.;Li,C.X.;Meng,H.;Wang,Z.H.Fuel Process.Technol.2008,89,978-983);多卤代金属阴离子不仅对湿度比较敏感(Schmidt,R.
Energy Fuels2008,22,1774-1778),而且会共萃取燃料油中的芳烃(Esser,J.;Wasserscheid,P.;Jess,A.Green Chem.2004,6,316-322)。由于离子液体阴离子改性存在上述问题,因此阳离子改性为提高芳烃硫化物的分配系数提供了另一种思路。因为离子液体萃取脱硫的分配系数正比于芳烃硫化物和芳烃阳离子之间形成的π-π作用力,离子液体的芳烃阳离子上的芳烃π电子云密度越大萃取脱硫的分配系数也就越大。虽然多环芳烃阳离 子(Su,B.M.;Zhang,S.G.;Zhang,Z.C.J.Phys.Chem.B2004,108,19510-19517)具有高的芳烃π电子云密度,但是其熔点较高。因此以给电子基团对芳烃阳离子进行改性为提供离子液体的分配系数提供了另一种可行的方法。用于芳烃阳离子改性的基团通 常为 烷基 (Gao,H.S.;Li,Y.G.;Wu,Y.;Luo,M.F.;Li,Q.;Xing,J.M.;Liu,H.Energy Fuels2009,23,2690-2694),但是由于烷基的非极性会导致燃料油在离子液体中溶解性增加,同时也会增加离子液体的熔点。因此采用极性的给电子基团对芳烃阳离子进行改性将克服上述问题。采用二甲胺基对吡啶进行改性,二甲胺基不仅具有极性而且具有给电子能力,其极性会减少燃料油在离子液体中的溶解,其给电子性会提供离子液体萃取脱硫的分配系数。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种二甲胺基改性的吡啶类离子液体用于油品深度脱硫的方法。
[0006] 二甲胺基改性的吡啶类离子液体用于油品深度脱硫的方法是采用二甲胺基改性的吡啶阳离子和无机或有机阴离子组成的离子液体作为萃取剂,萃取分离油品中芳烃硫化物,离子液体与油品的质量比为2:1~1:20,萃取温度为288K~373K,萃取压力为0.1atm~50atm,油品中的含硫量为10~1000ppm,油品中的芳烃的含量为0.01~30%。
[0007] 方法的具体步骤如下:
[0008] 1)首先合成[C24DMAPy][N(CN)2]离子液体,第一步是烷基化反应,取0.2mol的4-二甲氨基吡啶溶解于300ml丙酮中,接着加入0.21mol的碘代乙烷在60℃下进行回流反应,圆底烧瓶中出现白色沉淀,对反应的混合液进行过滤,用4℃的60ml丙酮对白色晶体
4
冲洗3次,然后对白色晶体进行真空干燥,得到[C2DMAPy]I。第二步是离子交换反应,取
4
0.2mol的[C2DMAPy]I加入200ml超纯水中,然后加入0.21mol的二腈胺银,进行避光常温搅拌反应,白色的悬浊液不断变为黄色,对反应混合液进行过滤,对滤液进行旋转蒸发,然
4
后进行真空干燥,得到[C2DMAPy][N(CN)2];
[0009] 2)将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟汽油中,模拟汽油组成为25%甲苯、30%己烯、45%正辛烷以及含硫量为500ppm的噻吩,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟汽油,对萃取脱硫后的模拟汽油进行气相色谱分析,模拟汽油中硫含量降低到261ppm,计算出模拟汽油的脱硫率为47.8%,对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使用,萃取后的四氯化碳在333K下进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳;
[0010] 3)将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]与1.0g的97#汽油进行混合,在室温下搅拌30min,#静置5min分离出97汽油,对油相进行液相色谱分析,发现液相色谱图中没有离子液体的#
峰,表明离子液体在97汽油的溶解度未达到液相色谱的检测限;对萃取脱硫前后的离子液# 4
体进行称重,计算出97汽油在[C2DMAPy][N(CN)2]的溶解度为70.4mg/g。
[0011] 所述的二甲胺基改性的吡啶阳离子基离子液体中吡啶环上烷基取代基的碳连长度为1~10,二甲胺基在吡啶环上的位置可以不同。
[0012] 所述的油品为原油、石油炼制过程中的半成品油或售成品油;石油炼制过程中的# #半成品油为催化裂化油或热裂化汽油,售成品油为97汽油或0 柴油。
[0013] 所述的油品中的含硫化合物为芳烃硫化物,芳烃硫化物为噻吩、苯并噻吩或二苯并噻吩及其烷基衍生物。
[0014] 所述的无机或有机阴离子为:BF4-、PF6-、OAc-、N(CN)2-、CF3SO3-、MXn-、RSO4-、R1R2PO4-、-N(SO2CF3)°。
[0015] 所述的二甲胺基改性的吡啶阳离子结构式为:
[0016]
[0017] 其中,R为烷基,L为阴离子。
[0018] 本发明采用极性的给电子性的二甲胺基对吡啶阳离子进行改性,二甲胺基的极性将减少燃料油在离子液体中的溶解性,而且其供电子性会增加吡啶阳离子上芳烃π电子云密度,从而提高离子液体萃取芳烃硫化物的分配系数,这拓宽了用于油品脱硫的离子液体的阳离子的种类,为合成具有高分配系数、低互溶性和高选择性的离子液体提供了新思路。

具体实施方式

[0019] 二甲胺基改性的吡啶类离子液体用于油品深度脱硫的方法是采用二甲胺基改性的吡啶阳离子和无机或有机阴离子组成的离子液体作为萃取剂,萃取分离油品中芳烃硫化物,离子液体与油品的质量比为2:1~1:20,萃取温度为288K~373K,萃取压力为0.1atm~50atm,油品中的含硫量为10~1000ppm,油品中的芳烃的含量为0.01~30%。
[0020] 方法的具体步骤如下:
[0021] 1)首先合成[C24DMAPy][N(CN)2]离子液体,第一步是烷基化反应,取0.2mol的4-二甲氨基吡啶溶解于300ml丙酮中,接着加入0.21mol的碘代乙烷在60℃下进行回流反应,圆底烧瓶中出现白色沉淀,对反应的混合液进行过滤,用4℃的60ml丙酮对白色晶体
4
冲洗3次,然后对白色晶体进行真空干燥,得到[C2DMAPy]I。第二步是离子交换反应,取
4
0.2mol的[C2DMAPy]I加入200ml超纯水中,然后加入0.21mol的二腈胺银,进行避光常温搅拌反应,白色的悬浊液不断变为黄色,对反应混合液进行过滤,对滤液进行旋转蒸发,然
4
后进行真空干燥,得到[C2DMAPy][N(CN)2];
[0022] 2)将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟汽油中,模拟汽油组成为25%甲苯、30%己烯、45%正辛烷以及含硫量为500ppm的噻吩,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟汽油,对萃取脱硫后的模拟汽油进行气相色谱分析,模拟汽油中硫含量降低到261ppm,计算出模拟汽油的脱硫率为47.8%,对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使用,萃取后的四氯化碳在333K下进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳;
[0023] 3)将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]与1.0g的97#汽油进行混合,在室温下搅拌30min,#静置5min分离出97汽油,对油相进行液相色谱分析,发现液相色谱图中没有离子液体的#
峰,表明离子液体在97汽油的溶解度未达到液相色谱的检测限;对萃取脱硫前后的离子液# 4
体进行称重,计算出97汽油在[C2DMAPy][N(CN)2]的溶解度为70.4mg/g。
[0024] 所述的二甲胺基改性的吡啶阳离子基离子液体中吡啶环上烷基取代基的碳连长度为1~10,二甲胺基在吡啶环上的位置可以不同。
[0025] 所述的油品为原油、石油炼制过程中的半成品油或售成品油;石油炼制过程中的# #半成品油为催化裂化油或热裂化汽油,售成品油为97汽油或0 柴油。
[0026] 所述的油品中的含硫化合物为芳烃硫化物,芳烃硫化物为噻吩、苯并噻吩或二苯并噻吩及其烷基衍生物。
[0027] 所述的无机或有机阴离子为:BF4-、PF6-、OAc-、N(CN)2-、CF3SO3-、MXn-(多卤代金属阴- - -离子)、RSO4、R1R2PO4、N(SO2CF3)°。
[0028] 所述的二甲胺基改性的吡啶阳离子结构式为:
[0029]
[0030] 其中,R为烷基,L为阴离子。
[0031] 本发明用以下实例说明,但本发明不限于下述实例,在不脱离前后所述宗旨的范围下,变化实例都包含在本发明的技术范围内。
[0032] 实施例1
[0033] 将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟汽油中(模拟汽油组成为25%甲苯、30%己烯、45%正辛烷以及含硫量为500ppm的噻吩),此时离子液体在下层,油品在上层,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟汽油,对萃取脱硫后的模拟汽油进行气相色谱分析,模拟汽油中硫含量降低到261ppm,计算出模拟汽油的脱硫率为47.8%。对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使用,萃取后的四氯化碳在333K下进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳。将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]与1.0g的97#汽油进行混合,在室温下搅拌30min,静置5min分离出97#汽油,对油相进行液相色谱分析,发现液相色谱图中没有离子液体的峰,表明离子液体在97#汽油的溶解度未达到液相色谱的检测限;
对萃取脱硫前后的离子液体进行称重,计算出97#汽油在[C24DMAPy][N(CN)2]的溶解度为
70.4mg/g。
[0034] 实施例2
[0035] 将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟汽油中(模拟汽油组成为、40%己烯、60%正辛烷以及含硫量为500ppm的噻吩),此时离子液体在下层,油品在上层,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟汽油,对萃取脱硫后的模拟汽油进行气相色谱分析,模拟汽油中硫含量降低到232ppm,计算出模拟汽油的脱硫率为53.4%。对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使用,萃取后的四氯化碳在333K下进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳。将滤液将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]与1.0g的97#汽油进行混合,在室温下搅拌30min,静置5min分离出97#汽油,对油相进行液相色谱分析,发现液相色谱图中没有离子液体的峰,表明离子液体在97#汽油的溶解度未达到液相色谱的检测限;
对萃取脱硫前后的离子液体进行称重,计算出97#汽油在[C24DMAPy][N(CN)2]的溶解度为
70.4mg/g。
[0036] 实施例3
[0037] 将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到5.0g模拟汽油中(模拟汽油组成为25%甲苯、30%己烯、45%正辛烷以及含硫量为500ppm的噻吩),此时离子液体在下层,油品在上层,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟汽油,对萃取脱硫后的模拟汽油进行气相色谱分析,模拟汽油中硫含量降低到408ppm,计算出模拟汽油的脱硫率为18.2%。对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使用,萃取后的四氯化碳在333K下
4 #
进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳。将1.0g[C2DMAPy][N(CN)2]与1.0g的97汽油进行#
混合,在室温下搅拌30min,静置5min分离出97汽油,对油相进行液相色谱分析,发现液相#
色谱图中没有离子液体的峰,表明离子液体在97汽油的溶解度未达到液相色谱的检测限;
# 4
对萃取脱硫前后的离子液体进行称重,计算出97汽油在[C2DMAPy][N(CN)2]的溶解度为
70.4mg/g。
[0038] 实施例4
[0039] 将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟柴油中(模拟柴油组成为正十二烷以及含硫量为500ppm的苯并噻吩),此时离子液体在下层,油品在上层,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟柴油,对萃取脱硫后的模拟柴油进行液相色谱分析,模拟柴油中硫含量降低到125ppm,计算出模拟柴油中苯并噻吩的脱硫率为74.8%。对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使用,萃取后的四氯化碳在333K下进行减4 #
压蒸馏,得到再生的四氯化碳。将1.0g[C2DMAPy][N(CN)2]与1.0g的0柴油进行混合,在#
室温下搅拌30min,静置5min分离出0柴油,对油相进行液相色谱分析,发现液相色谱图中#
没有离子液体的峰,表明离子液体在0柴油的溶解度未达到液相色谱的检测限;对萃取脱# 4
硫前后的离子液体进行称重,计算出0柴油在[C2DMAPy][N(CN)2]的溶解度为67mg/g。
[0040] 实施例5
[0041] 将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟柴油中(模拟柴油组成为正十二烷以及含硫量为500ppm的二苯并噻吩),此时离子液体在下层,油品在上层,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟柴油,对萃取脱硫后的模拟柴油进行液相色谱分析,模拟柴油中硫含量降低到91.4ppm,计算出模拟柴油中二苯并噻吩的脱硫率为81.7%。对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使用,萃取后的四氯化碳在333K
4 #
下进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳。将1.0g[C2DMAPy][N(CN)2]与1.0g的0柴油进#
行混合,在室温下搅拌30min,静置5min分离出0柴油,对油相进行液相色谱分析,发现液#
相色谱图中没有离子液体的峰,表明离子液体在0柴油的溶解度未达到液相色谱的检测# 4
限;对萃取脱硫前后的离子液体进行称重,计算出0柴油在[C2DMAPy][N(CN)2]的溶解度为67mg/g。
[0042] 实施例6
[0043] 将1.0g[C24DMAPy][N(CN)2]加入到1.0g模拟柴油中(模拟柴油组成为正十二烷以及含硫量为500ppm的4,6-二甲基二苯并噻吩),此时离子液体在下层,油品在上层,在室温下搅拌30min,静置5min分离出模拟柴油,对萃取脱硫后的模拟柴油进行液相色谱分析,模拟柴油中硫含量降低到169ppm,计算出模拟柴油中4,6-二甲基二苯并噻吩的脱硫率为72.2ppm。对萃取后的离子液体用四氯化碳进行反萃取,再生的离子液体可以重复使4
用,萃取后的四氯化碳在333K下进行减压蒸馏,得到再生的四氯化碳。将1.0g[C2DMAPy]# #
[N(CN)2]与1.0g的0柴油进行混合,在室温下搅拌30min,静置5min分离出0 柴油,对#
油相进行液相色谱分析,发现液相色谱图中没有离子液体的峰,表明离子液体在0柴油的