[发明专利]噻吩、苯并噻吩及它们的烷基化衍生物的聚合物的制造

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造噻吩、苯并噻吩及它们的烷基化衍生物的聚合物的方法和组合物。更具体而言，本发明涉及通过使噻吩、苯并噻吩或它们的烷基化衍生物与超酸(super acid)反应来制造聚合物。

背景技术

诸如原油和该原油的精炼产品之类的烃类流体常常具有含硫化合物。如果能够将这些化合物从该烃类流体中分离，则这些化合物是有价值的，但是如果保留在该烃类流体中，则会带来问题，因为它们能够导致腐蚀并产生其他的健康和安全隐患。这些化合物也是难以从原油中除去的化合物。

炼油厂加工原油从而将全部原油分离成为有用的石油产品，例如石脑油、汽油、柴油等。之后这些馏分经过或者不经过进一步加工而用于各种用途，例如燃料、润滑剂，以及用于制造各种产品(如塑料、溶剂、洗涤剂)。由于石油组分具有不同的沸点，所以能够利用一系列的蒸馏塔或精炼塔将这些组分分离。

一旦石油燃料或润滑剂经过分离和纯化，它们就可以不需进一步精炼而进行销售。与此相对，某些中间产品(如石脑油或汽油)能够经过进一步加工而制造不同种类(slate)的产品(包括聚合物)。例如，石脑油用于石油化学工业中，以利用裂化工艺而制造烯烃。重质石脑油也往往富含芳族化合物。从而石脑油成为用于进一步加工来制造聚合物的供料。炼油厂能够在FCC单元中通过使重质原油馏分的流化催化裂化(“FCC”)供料发生裂化来制造裂化石脑油，在该FCC单元中裂化的结果还生成了诸如芳族化合物之类的个别石化产品。诸如苯、甲苯和二甲苯之类的芳族化合物能够用于制造各种材料，如溶剂、洗涤剂、粘合剂等。

通常，FCC单元中的产品携带的芳族化合物包括杂环含硫化合物，如噻吩和苯并噻吩。噻吩、苯并噻吩和它们的衍生物能够通过加氢脱硫(“HDS”)工艺而从裂化石脑油中除去。具体而言，石脑油供料能够在(例如)二硫化钼催化剂的存在下与加压H₂反应。通常除去噻吩和苯并噻吩以减少二氧化硫排放并且防止其对用于精炼工艺的金属催化剂的干扰。

噻吩和苯并噻吩用于制造各种农业化学品和医药品。另外，这些含硫化合物的聚合物形式表现出导电性和光学性质，这些性质是各种商业和工业应用中所期望的。特别地，目前正在研究将聚噻吩用于化学传感器、太阳能电池和电池。

聚噻吩能够利用氧化剂或交叉耦合催化剂进行化学合成而得到。例如，能够在室温下使用三氯化铁作为氧化剂将噻吩聚合。该化学合成通常生成这样的反应混合物：聚噻吩能够从该反应混合物中提取出来。例如，能够用水和稀释的氢氧化铵水溶液洗涤该反应混合物，然后将溶液倒入诸如甲醇或丙酮之类的非溶剂中从而通过沉淀将聚噻吩分离出来(请见美国专利公开号No.2004/0186265，Liu等人，其以引用的方式并入本文)。

有利的是，开发一种装置，其不仅能够在精炼过程中除去噻吩、苯并噻吩及它们的衍生物，而且能够由这些含硫杂环化合物生成有用的产品，如聚噻吩。

发明内容

本申请的装置和方法涉及噻吩、苯并噻吩和它们的烷基化衍生物的聚合物的制造。首先，依据它们的沸点温度范围从其他FCC产品(如柴油)中共同收集和分离噻吩、苯并噻吩和它们的烷基化衍生物。之后能够利用多个工艺，如蒸馏、溶剂萃取、氧化/提取、离子液体提取或其组合将噻吩、苯并噻吩和它们的烷基化衍生物各自以高纯度分离出来。一旦苯并噻吩、噻吩或它们的衍生物被分离出来，它们就能够与超酸反应生成聚合材料。

与商业中已有的聚合物相比，本发明制造了显示出改进的化学和物理性质的新聚合物。

在一个实施方案中，一种用于制造聚合物的方法包括：将含硫杂环烃从裂化石脑油中分离出来，以及使所述含硫杂环烃与超酸反应从而生成聚合物。所述含硫杂环烃可以是噻吩、噻吩的烷基化衍生物、苯并噻吩、苯并噻吩的烷基化衍生物、或它们的适当组合。在一些实施方案中，所述方法还包括：将所述裂化石脑油从FCC单元的反应产物气体流中分离出来，其中依据所述含硫杂环烃的沸点将所述含硫杂环烃从所述裂化石脑油中分离出来。

在一些实施方案中，所述方法还包括：利用非质子溶剂进行溶剂萃取，从而进一步将所述含硫杂环烃与所述裂化石脑油的其他化合物分离。在这种情况下，富含含硫杂环烃的非质子溶剂能够从溶剂萃取槽的底部提取出。所述含硫杂环烃的例子包括噻吩(其沸点为约84℃)以及苯并噻吩(其沸点为约221℃)。

在一些实施方案中，所述方法还包括：利用非质子溶剂将所述含硫杂环化合物浓缩，从而使反应进程随着超酸增加而受影响。优选的非质子溶剂是乙腈或二氯甲烷。