Сульфолан (также тетраметиленсульфон , систематическое название : 1λ 6 -тиолан-1,1-дион ) — сероорганическое соединение , формально циклический сульфон с формулой ( CH 2 ) 4 S O 2 . Это бесцветная жидкость, обычно используемая в химической промышленности в качестве растворителя для экстрактивной дистилляции и химических реакций. Сульфолан был первоначально разработан Shell Oil Company в 1960-х годах как растворитель для очистки бутадиена . [1] [2] Сульфолан — полярный апротонный растворитель , смешивающийся с водой.
Сульфолан классифицируется как сульфон , группа сероорганических соединений, содержащих сульфонильную функциональную группу . Сульфоновая группа представляет собой атом серы, дважды связанный с двумя атомами кислорода и одинарно связанный с двумя углеродными центрами. Двойная связь сера-кислород является полярной, что обеспечивает хорошую растворимость в воде, в то время как кольцо из четырех атомов углерода обеспечивает неполярную стабильность. Эти свойства позволяют ему смешиваться как с водой, так и с углеводородами , что приводит к его широкому использованию в качестве растворителя для очистки углеводородных смесей.
Первоначальный метод, разработанный Shell Oil Company, заключался в том, чтобы сначала дать бутадиену прореагировать с диоксидом серы через хелетропную реакцию , чтобы получить сульфолен . Затем его гидрировали с использованием никеля Ренея в качестве катализатора, чтобы получить сульфолан. [3] [4]
Вскоре после этого было обнаружено, что как выход продукта, так и срок службы катализатора можно улучшить, добавив перекись водорода и нейтрализовав ее до pH примерно 5-8 перед гидрированием. Разработки продолжались на протяжении многих лет, в том числе в отношении используемых катализаторов. Недавно было обнаружено, что Ni-B/MgO показал превосходящую каталитическую активность по сравнению с никелем Ренея и другими распространенными катализаторами, которые использовались при гидрировании сульфолена.
Были разработаны и другие синтезы, такие как окисление тетрагидротиофена перекисью водорода. Эта реакция производит тетраметиленсульфоксид, который затем может быть дополнительно окислен. Поскольку первое окисление происходит при низкой температуре, а второе — при более высокой температуре, реакцию можно контролировать на каждой стадии. Это дает большую свободу для манипулирования реакцией, что может потенциально привести к более высоким выходам и чистоте.
Сульфолан широко используется в качестве промышленного растворителя , особенно при извлечении ароматических углеводородов из углеводородных смесей и для очистки природного газа . [3] Первое крупномасштабное коммерческое использование сульфолана, процесс сульфинола, было впервые реализовано компанией Shell Oil Company в марте 1964 года на газовом заводе Person недалеко от Карнс-Сити, штат Техас. Процесс сульфинола очищает природный газ путем удаления H 2 S , CO 2 , COS и меркаптанов из природного газа с помощью смеси алканоламина и сульфолана.
Вскоре после внедрения процесса сульфинола было обнаружено, что сульфолан очень эффективен при разделении ароматических соединений высокой чистоты из смесей углеводородов с использованием экстракции жидкость-жидкость . Этот процесс широко используется на нефтеперерабатывающих заводах и в нефтехимической промышленности . Поскольку сульфолан является одним из самых эффективных промышленных растворителей для очистки ароматических соединений, процесс работает при относительно низком соотношении растворителя к сырью, что делает сульфолан относительно экономически эффективным по сравнению с растворителями аналогичного назначения. Кроме того, он селективен в диапазоне, который дополняет дистилляцию ; там, где сульфолан не может разделить два соединения, дистилляция может легко и наоборот, сохраняя сульфолановые установки полезными для широкого спектра соединений с минимальными дополнительными затратами.
Хотя сульфолан очень стабилен и, следовательно, может быть повторно использован много раз, в конечном итоге он распадается на кислотные побочные продукты. Был разработан ряд мер для удаления этих побочных продуктов, что позволяет повторно использовать сульфолан и увеличить срок службы данного запаса. Некоторые методы, которые были разработаны для регенерации отработанного сульфолана, включают вакуумную и паровую дистилляцию, обратную экстракцию, адсорбцию и колонны с анион-катионообменной смолой.
Сульфолан также добавляется к плавиковой кислоте в качестве подавителя паров, [5] обычно для использования в блоке алкилирования на нефтеперерабатывающем заводе . Эта «модифицированная» плавиковая кислота менее склонна к испарению, если выпускается в жидкой форме.
Подземные воды в некоторых частях города Норт-Поул, Аляска , были загрязнены сульфоланом из-за загрязнения от ныне закрытого нефтеперерабатывающего завода. [6] Из-за этого загрязнения пострадавшие жители были снабжены альтернативными источниками питьевой воды. [6] Исследования токсичности сульфолана на животных продолжаются, финансируемые через Национальную токсикологическую программу федерального правительства США . [7] Долгосрочные исследования на животных in vivo не проводились, что не позволяет сделать какой-либо твердый вывод о том, является ли сульфолан канцерогеном, хотя исследования in vitro не смогли продемонстрировать никаких раковых изменений в бактериальных или животных клетках. В исследованиях на животных высокие дозы сульфолана вызывали негативное воздействие на центральную нервную систему, включая гиперактивность, судороги и гипотермию; воздействие более низких доз, особенно в долгосрочной перспективе, все еще изучается. [8]