Синтез моноциклических ароматических углеводородов

Введение. Новым технологическим этапом в развитии современной нефтехимической и нефтегазоперерабатывающей промышленности Республики впервые налажено производство синтетического жидкого топлива. «Узбекистан GTL» официально выпустил первую партию синтетической нефти в истории нефтехимической промышленности Нового Узбекистана [1]. Полученная синтетическая нефть является основным сырьем для производства синтетического дизельного топлива, авиакеросина, нафты и сжиженного газа. Эти продукты получается на основе технологии Фишера-Тропша. Синтетические углеводороды, получаемые методом Фишера-Тропша (СФT), в основном представляют собой смеси н-алканов, практически не содержащие нафтеновых и ароматических соединений. Прямой синтез нафтенов и ароматических углеводородов из парафинов в синтетическом сырье является одним из наиболее удобных процессов получения ценных компонентов синтетического топлива. Нафта получаемая по технология GTL, имеет благоприятный фракционный состав, не содержит ароматических углеводородов и серы. Эти свойства позволяют использовать нафту как высококачественное нефтехимическое сырье [2] при производстве ценных продуктов. Методы исследования. Реакции каталитического риформинга предназначены для получения отдельных ароматических углеводородов, состоящих из бензола, толуола и ксилолов [3]. На основе механизмов циклизации парафиновых углеводородов получается ароматические соединения. Механизмы циклизации парафиновых углеводородов в ароматических соединения [4] может протекать следующим образом: 1. Дегидроциклизация (ароматизация) путем последовательного отщепления атомов водорода от линейной молекулы С6. Циклизация колец происходит каталитически или термически, в присутствии металлсодержащих катализаторов. 2. С6-циклизация, при которой алканы превращаются в циклогексаны, происходит на заряженных поверхностных комплексах металлов платиновой группы. 3. Превращение С5-алканов в насыщенные циклопентановые углеводороды происходит на поверхности металлов (Pt) при избытке водорода. Основной промышленный способ получения бензола и его гомологов является дегидрирование парафиновых углеводородов, начиная с гексана под действием оксидных катализаторов [5]: Согласно положению термодинамического равновесия, углеводороды, содержащие больше 6 углеродных атомов, должны подвергаться ароматизация легче, чем н-гексан. Любое присоединение одной метильной группы к молекуле н-гексана создает пространственные затруднения при циклизации углеводородов С7. Проведение опыта. Исследования проводились на базе синтетической нафты завода GTL в Узбекистане. Синтетические углеводороды в составе нафты, получаемые по процессу Фишера-Тропша (СФТ), в основном представляют собой смеси н-алканов, с небольшим содержанием смесей углеводородных соединений, что объясняет неудовлетворительные значения таких показателей, как плотность, температура начала кристаллизации и температура текучести получаемых из них продуктов [6]. В составе нафты, производимой в технологическом процессе, содержится около 50 парафиновых углеводородов. Хроматографический анализ углеводородов и их количественная массовая доля в синтетической нафте (рис. 1) представлены ниже. Development of science and technology Scientific and technical journal №2/2026 111 Kimyo va kimyoviy texnologiyalar Рис.1. Количественный хроматографический анализ массовой доли углеводородов в синтетической нафте. Образцы, выделенные из состава нафты, показали высокое содержание парафиновых углеводородов н-С5-С8. Эти образцы были использованы для проведения экспериментов синтеза ароматических углеводородов при дегидроциклизации [7]. Процесс дегидроциклизации углеводородов из н-пентана в н-октана осуществляли в одинаковых условиях и на одном и том же катализаторе [8]. На основании этих данных разработан метод циклизации процесса, позволяющий разделить углеводороды из синтетической нафты по разности температуры кипения, а также разделить углеводороды из н-октана методом ректификации и синтезировать на их основе моноциклические ароматические углеводороды. Эксперименты проводились в реакторе с неподвижным слоем катализатора [9]. Результаты и обсуждение. По результатам хроматографического анализа видно, что наибольшую массовую долю в составе синтетической нафты составляют углеводороды нпентана, н-гексана, н-гептана, н-октана и н-нонана (Табл.1). Таблица 1 Количественная массовая доля углеводородов в синтетической нафти Число углерода, н. Массовая доля олефиновых углеводородов, % 3 0,0019 - - 4 2,3921 0,0063 - 5 13,8227 2,2181 0,0089 6 15,3571 2,6081 - 7 15,3702 3,0958 - 8 14,4928 2,2922 - 9 9,2066 4,1002 0,7729 10 - 4,7743 - 11 0,5046 0,2751 - н-парафин массовая доля % Массовая доля изопарафина, % 12 0,9086 4,8976 - 13 0,5916 - - 14 1,3344 0,2726 - В нашей исследовательской работе фракцию нафты (указанного выше состава) поместили в колбу Вюрца объеме 200 мл, снабженную дефлегматором объемом 50 см3 и “Fan va texnologiyalar taraqqiyoti” Ilmiy-texnikaviy jurnal №1/2026 112 Chemistry and chemical technologies водяным холодильником, и нагрели на водяной бане до 80–90 °С. Верхнюю часть дефлегматора отбирали при температуре 50–55 °С. Объем отбираемой жидкости составил 25% от общего объема, т.е. 50 мл (Табл.2). Вторая проба была получена путём повышения температуры водяной бани с оставшейся после первого эксперимента нафтой до 100–105 °C и поддержания температуры дефлегматора на уровне 70 °C (Табл.3). Извлечённая жидкость составила 40% от общего объёма, т.е. 60 мл. Остаток в колбе после перегонки при двух разных температурах составил 80 мл [10]. Таблица 2 Количество углеводородов в образце, выделенном при 50-55 °C (массовая доля, %) Число атомов углерода в углеводородах, н. Массовая доля олефиновых углеводородов, % 4 7.3024 0.0507 - 5 50.1284 8.3658 0.0231 6 22.2129 4.9980 7 2.9713 1.1049 - 8 0.3238 0.1190 - н-парафин массовая доля, % Массовая доля изопарафинов, % Таблица 3 Количество углеводородов в образце второй пробе, извлеченное при 67-70 °C Массовая доля олефиновых углеводородов, % 4 3.4469 0.0240 - 5 45.3701 6.5498 0.029 6 31.8108 7.0306 7 3.4788 1.4187 - 8 0.3068 0.1305 - Вывод. Наше исследование показало, что н-пентан действительно не циклизуется, как все его изученные гомологи. Высокий выход моноароматических углеводородов из смеси нафтовых углеводородов с высокой массовой долей н-гексана, н-гептана и н-октана показал высокую селективность данного синтеза. Литература 1. Мирзиёев Ш.М. Постановление Президента Республики Узбекистан. № ПП-436 Число атомов углерода в углеводородах, н. н-парафин массовая доля, % Массовая доля изопарафинов, % 02.12.2022. Г.Ташкент. 2. Брагинский О.Б. Нефтегазовый комплекс мира - М.: Изд-во. “Нефть и газ” РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2006. – 640 с. 3. Ахметов С. А., Сериков Т. П., Кузеев И. Р., Баязитов М. И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа: Учебное пособие. — CПб.: Недра, 2006. - 868 с. 4. Паал З., Чичери Ж. Каталитические реакции циклизации углеводородов, М.: Мир, 1988. с. 265. 5. Безрукова С.А. Ароматические углеводороды. Способы получения. Химические свойства. Правила ориентации в ароматическом ядре: учебное пособие.– Северск: Изд-во СТИ НИЯУ МИФИ, 2011. – 50 с. 6. Рябов В.Д. Химия нефти и газа. М.: ИД “ФОРУМ”. 2009. – 336 с. Development of science and technology Scientific and technical journal №2/2026 113