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JP7693812B2 - Catalytic carbon fiber preparation method - Google Patents
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Description

化学的プロセスは多くの場合、生成物流を生成するために複数の単位操作を必要とする。特定の単位操作は、液体-液体接触操作であり得、それにより2つの液体が密着させられて、液体間の物質移動、液体中の構成成分間の反応、またはその両方をもたらす。別の単位操作は、気体-液体接触操作であり得、それにより気体および液体が接触させられて、液体間の物質移動、液体中の構成成分間の反応、またはその両方をもたらす。液体-液体接触は、ある反応物質が第1の液体中で混和可能であるが第2の液体中では混和可能でない、いくつかのタイプの化学反応において有益であり得る。そのような反応の一例は、第1の反応物質が水などの極性溶媒中に存在し、第2の反応物質が炭化水素などの非極性溶媒中に存在し、水および炭化水素が非混和性であるものであり得る。液体-液体接触は、液体-液体抽出などの他の用途を有する場合があり、それにより第1の液体中に存在する種が、液体-液体界面を横切る物質移動により第2の液体中に抽出される。気体-液体接触は、気相中の構成成分が液相中の構成成分と反応し気体成分が液相に吸収される、いくつかのタイプの化学反応において有用であり得る。 Chemical processes often require multiple unit operations to produce a product stream. A particular unit operation may be a liquid-liquid contacting operation, whereby two liquids are brought into close contact resulting in mass transfer between the liquids, a reaction between components in the liquids, or both. Another unit operation may be a gas-liquid contacting operation, whereby a gas and a liquid are brought into contact resulting in mass transfer between the liquids, a reaction between components in the liquids, or both. Liquid-liquid contacting may be beneficial in some types of chemical reactions where one reactant is miscible in a first liquid but not in a second liquid. One example of such a reaction may be one where a first reactant is present in a polar solvent such as water and a second reactant is present in a non-polar solvent such as a hydrocarbon, where water and the hydrocarbon are immiscible. Liquid-liquid contacting may have other applications, such as liquid-liquid extraction, whereby a species present in a first liquid is extracted into a second liquid by mass transfer across the liquid-liquid interface. Gas-liquid contact can be useful in several types of chemical reactions in which components in the gas phase react with components in the liquid phase and gas components are absorbed into the liquid phase.

集合的に「物質移動装置」とも呼ばれる液体-液体接触器および気体-液体接触器の特定の課題は、物質移動または反応が適切な量でかつ経済的に無理がない様式で生じるように相間の適切な接触領域を確保することであり得る。一般に、液体-液体接触操作は、例えば、水性液体および有機液体などの、非混和性液体を用いて実行され得る。2つの非混和性液体を使用することは、液体-液体接触が完了した後に液体が容易に分離されることを可能にするであろう。しかし、液体-液体接触操作が非混和性液体を用いて実行される場合、相分離は、液体間の適切な接触が達成される前に生じるかもしれない。 A particular challenge of liquid-liquid contactors and gas-liquid contactors, also collectively referred to as "mass transfer equipment," can be ensuring adequate contact area between the phases so that mass transfer or reaction occurs in an appropriate amount and in an economically viable manner. Generally, liquid-liquid contacting operations can be carried out with immiscible liquids, such as, for example, an aqueous liquid and an organic liquid. Using two immiscible liquids will allow the liquids to be easily separated after the liquid-liquid contacting is completed. However, when liquid-liquid contacting operations are carried out with immiscible liquids, phase separation may occur before adequate contact between the liquids is achieved.

ファイバー束型接触器を含むがこれに限定されない、いくつかの物質移動装置および技術が、相の間の接触領域を強化するために開発されている。ファイバー束型接触器は一般に、シェル内に吊り下げられた1つまたは複数のファイバー束および2つまたはそれより多い入口を含み、そこで、気体-液体または液体-液体を含む相が、シェル内に導入され得る。ファイバー束は、第1の相がファイバー束の個々のファイバーに沿って流れることを可能にし、かつ第2の相が個々のファイバー間に流れることを可能にすることにより相の間の接触を促進し、それにより相の間の効果的な接触領域を大きくする。2つの相は、シェルの入口セクションからシェルの出口セクションへと流れてよく、その間、反応、物質移動、またはその両方が2つの相間で維持されるように密着を維持する。 Several mass transfer devices and techniques have been developed to enhance the contact area between phases, including but not limited to fiber bundle contactors. Fiber bundle contactors generally include one or more fiber bundles suspended within a shell and two or more inlets where phases, including gas-liquid or liquid-liquid, may be introduced into the shell. The fiber bundles promote contact between the phases by allowing a first phase to flow along the individual fibers of the fiber bundle and a second phase to flow between the individual fibers, thereby increasing the effective contact area between the phases. The two phases may flow from an inlet section of the shell to an outlet section of the shell while maintaining intimate contact such that reaction, mass transfer, or both, are maintained between the two phases.

ファイバー束型接触器は、メルカプタン硫黄含有炭化水素流を処理するために開発されている。これらの接触器において、液体触媒または固体触媒ベッドが、メルカプタン硫黄をジスルフィド油に変換するために、苛性剤と併せて利用され得る。しかし、得られる生成物流が仕様どおりであるように反応の程度が十分であることを確保することを含む、このプロセスにおける課題が存在する。反応の程度が仕様どおりである生成物流を生じるのに十分であることを確実にするためのいくつかの方法は、物理的により大きな物質移動装置を構築することにより、より長い接触時間を有するように物質移動装置をデザインすること、または入口からの混合の効果を強化する特徴を有する物質移動装置をデザインすることであり得る。物質移動装置の物理的特徴はある程度まで最適化され得るが、酸化触媒の限界のため、物質移動装置の物理的構成に関わらず、反応が進行する程度に制限がある。 Fiber bundle contactors have been developed to treat mercaptan sulfur-containing hydrocarbon streams. In these contactors, a liquid catalyst or solid catalyst bed may be utilized in conjunction with caustic to convert the mercaptan sulfur to disulfide oil. However, challenges exist in this process, including ensuring that the extent of reaction is sufficient so that the resulting product stream is on specification. Some ways to ensure that the extent of reaction is sufficient to produce a product stream that is on specification may be to design the mass transfer device to have a longer contact time by constructing a physically larger mass transfer device, or to design the mass transfer device with features that enhance the effect of mixing from the inlet. Although the physical characteristics of the mass transfer device can be optimized to a certain extent, there is a limit to the extent to which the reaction will proceed regardless of the physical configuration of the mass transfer device due to limitations of the oxidation catalyst.

本明細書で開示されるのは、バージンカーボンファイバーを酸化して酸化されたカーボンファイバーを生成すること;酸化されたカーボンファイバーをポリアミン化合物と反応させてアミン修飾されたカーボンファイバーを生成すること;ならびにアミン修飾されたカーボンファイバーを有機金属系大環状分子と反応させて触媒カーボンファイバーを生成すること、を含む方法の一例である。 Disclosed herein is an example method that includes oxidizing virgin carbon fiber to produce an oxidized carbon fiber; reacting the oxidized carbon fiber with a polyamine compound to produce an amine-modified carbon fiber; and reacting the amine-modified carbon fiber with an organometallic macrocycle to produce a catalytic carbon fiber.

さらに本明細書で開示されるのは、カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を提供すること、カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を溶媒と混合すること;ならびにカーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を反応させてカーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間にアミド結合を形成し、それにより触媒カーボンファイバーを形成すること、を含む方法の一例である。 Further disclosed herein is an example of a method that includes providing a carbon fiber and an aminated macrocycle; combining the carbon fiber and the aminated macrocycle with a solvent; and reacting the carbon fiber and the aminated macrocycle to form an amide bond between the carbon fiber and the aminated macrocycle, thereby forming a catalytic carbon fiber.

さらに本明細書で開示されるのは、導管により定義される流路;導管中に配置される触媒カーボンファイバー束(ここで、触媒カーボンファイバーは、カーボンファイバーに共有結合されるアミン化合物、ならびにアミン化合物に共有結合される有機金属系大環状分子を含む);ならびに流路内に流体を流すことを可能にする入口、を含むファイバー束接触器である。 Further disclosed herein is a fiber bundle contactor that includes a flow path defined by a conduit; a catalytic carbon fiber bundle disposed in the conduit, where the catalytic carbon fiber includes an amine compound covalently bonded to the carbon fiber and an organometallic macrocycle covalently bonded to the amine compound; and an inlet that allows for fluid to flow within the flow path.

さらに本明細書で開示されるのは、メルカプタン硫黄を含む炭化水素、水性苛性溶液、および酸化剤を容器内に導入すること;メルカプタン硫黄の少なくとも一部および水性苛性溶液を反応させてメルカプチドを生成すること;ならびに触媒カーボンファイバー束の存在下でメルカプチドおよび酸化剤を反応させてジスルフィド油を生成すること(ここで、触媒カーボンファイバー束は、カーボンファイバー、カーボンファイバーに共有結合されるアミン化合物、およびアミン化合物に共有結合される有機金属系大環状分子を含む)を、含む方法である。 Further disclosed herein is a method including introducing into a vessel a hydrocarbon containing mercaptan sulfur, an aqueous caustic solution, and an oxidizing agent; reacting at least a portion of the mercaptan sulfur and the aqueous caustic solution to produce a mercaptide; and reacting the mercaptide and the oxidizing agent in the presence of a catalytic carbon fiber bundle to produce a disulfide oil, where the catalytic carbon fiber bundle includes carbon fiber, an amine compound covalently bonded to the carbon fiber, and an organometallic macrocycle covalently bonded to the amine compound.

これらのおよび他の特徴および開示されるプロセスの特性および本開示のシステムおよびそれらの有利な用途ならびに/または使用は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。 These and other features and characteristics of the disclosed processes and systems and their advantageous applications and/or uses will become apparent from the detailed description that follows.

これらの図面は、本開示の一部の実施形態のある特定の態様を説明し、本開示を限定または定義するために使用されるべきではない。 These drawings illustrate certain aspects of some embodiments of the present disclosure and should not be used to limit or define the present disclosure.

図1は、メルカプタン硫黄を含む炭化水素流からジスルフィド油を生成するためのプロセスのブロックフロー図の説明的な描写である。FIG. 1 is an illustrative depiction of a block flow diagram of a process for producing disulfide oils from hydrocarbon streams containing mercaptan sulfur. 図2は、触媒カーボンファイバーを含む炭化水素脱硫容器の説明的な描写である。FIG. 2 is an illustrative depiction of a hydrocarbon desulfurization vessel containing catalyzed carbon fibers. 図3は、触媒カーボンファイバーを含む炭化水素脱硫容器の説明的な描写である。FIG. 3 is an illustrative depiction of a hydrocarbon desulfurization vessel containing catalyzed carbon fibers. 図4は、触媒カーボンファイバーを含むスタンドアローンの苛性剤再生ユニットの説明的な描写である。FIG. 4 is an illustrative depiction of a stand-alone caustic regeneration unit containing catalyzed carbon fiber. 図5aは、触媒カーボンファイバーを含むスタンドアローンの苛性剤再生ユニットの説明的な描写である。FIG. 5a is an illustrative depiction of a stand-alone caustic regeneration unit containing catalyzed carbon fiber. 図5bは、分配器トレイの上面図の説明的な描写である。FIG. 5b is an illustrative depiction of a top view of the distributor tray.

本開示は、液体-液体および気体-液体物質移動装置に関し、いくつかの実施形態において、触媒カーボンファイバーを含む物質移動装置に関する。触媒カーボンファイバーは、カーボンファイバーの表面上に化学的にグラフトされている有機金属系触媒を含んでよい。触媒カーボンファイバーは、不均質触媒として液体-液体および気体-液体物質移動装置で使用されてよい。 The present disclosure relates to liquid-liquid and gas-liquid mass transfer devices, and in some embodiments, to mass transfer devices that include catalyzed carbon fibers. The catalyzed carbon fibers may include an organometallic catalyst that is chemically grafted onto the surface of the carbon fibers. The catalyzed carbon fibers may be used in liquid-liquid and gas-liquid mass transfer devices as heterogeneous catalysts.

本明細書で開示されるのは、触媒カーボンファイバーを調製する方法である。いくつかの実施形態において、触媒カーボンファイバーを調製する方法は、バージンカーボンファイバーを酸化して酸化されたカーボンファイバーを生成し、続いてアミン処理してアミン修飾されたカーボンファイバーを生成することを含むプロセスを含み得る。アミン修飾されたカーボンファイバーは、さらに有機金属系大環状分子と反応されて、触媒カーボンファイバーを生成する。いくらかの実施形態において、触媒カーボンファイバーを調製する方法は、溶媒の存在下でアミノ化された大環状分子をカーボンファイバーと反応させて触媒カーボンファイバーを生成することを含み得る。 Disclosed herein are methods of preparing catalytic carbon fibers. In some embodiments, the method of preparing catalytic carbon fibers can include a process that includes oxidizing virgin carbon fibers to produce oxidized carbon fibers, followed by amine treatment to produce amine-modified carbon fibers. The amine-modified carbon fibers are further reacted with organometallic macrocycles to produce catalytic carbon fibers. In some embodiments, the method of preparing catalytic carbon fibers can include reacting aminated macrocycles with carbon fibers in the presence of a solvent to produce catalytic carbon fibers.

ポリアクリロニトリル(PAN)、中間相ピッチ、およびレーヨンを使用して調製されたカーボンファイバーを含むがこれらに限定されない、任意のタイプのカーボンファイバーが、本開示において利用されてよい。適切なカーボンファイバーは、乱層もしくはグラファイト状として分類されるそれらのカーボンファイバーを含む、任意の構造順序またはそれらの間の任意の構造順序を有してよい。カーボンファイバーは、約50重量%の炭素~約100重量%の炭素を含む任意の品質のものであり得、かつ2億4000万kPa未満の引張強さ係数を有する低係数カーボンファイバー、約2億4000万kPa~5億kPaの引張強さ係数を有する中間係数カーボンファイバー、または約5億kPa~10億kPaの引張強さ係数を有する高引張強さ係数カーボンファイバーなどの任意の分類を有してよい。カーボンファイバーは、約5マイクロメートル~約20マイクロメートルを含む任意の直径、またはその間の任意の直径を有してよい。カーボンファイバーは、撚り糸または束の形状であり得、それにより数百~数千の個々のカーボンファイバーが一緒に紡糸されて、カーボンファイバー撚り糸またはカーボンファイバー束を形成し得る。 Any type of carbon fiber may be utilized in the present disclosure, including, but not limited to, carbon fibers prepared using polyacrylonitrile (PAN), mesophase pitch, and rayon. Suitable carbon fibers may have any structural order or any structural order therebetween, including those carbon fibers classified as turbostratic or graphitic. The carbon fibers may be of any quality, including from about 50% carbon by weight to about 100% carbon by weight, and may have any classification, such as low modulus carbon fibers having a tensile strength modulus of less than 240 million kPa, intermediate modulus carbon fibers having a tensile strength modulus of about 240 million kPa to 500 million kPa, or high modulus carbon fibers having a tensile strength modulus of about 500 million kPa to 1 billion kPa. The carbon fibers may have any diameter, including from about 5 micrometers to about 20 micrometers, or any diameter therebetween. Carbon fiber can be in the form of a strand or bundle, whereby hundreds to thousands of individual carbon fibers can be spun together to form a carbon fiber strand or bundle.

いくらかの実施形態において、触媒カーボンファイバーを調製する方法では、第1のステップは、バージンカーボンファイバーを酸化して酸化されたカーボンファイバーを生成することを含み得る。酸化は、液体または気体の環境で実行されて、カーボンファイバーの表面上に酸素含有官能基を形成する。酸素含有官能基は、カーボンファイバーを製造する炭素原子の少なくとも一部に共有結合されるカルボキシル、カルボニル、ラクトン、およびヒドロキシルを含み得る。酸化のステップは、任意の適切な程度にカーボンファイバーを酸化する。制限なく、カーボンファイバーは、約0.1wt.%~約25wt.%の酸素含有官能基を含むように酸化されてよい。代わりに、カーボンファイバーは、約0.1wt.%~約1wt.%の酸素含有官能基、約1wt.%~約5wt.%の酸素含有官能基、約5wt.%~約10wt.%の酸素含有官能基、約10wt.%~約15wt.%の酸素含有官能基、約15wt.%~約20wt.%の酸素含有官能基、約20wt.%~約25wt.%の酸素含有官能基、またはそれらの間の任意の範囲を含むように酸化されてよい。酸化の度合いを利用して、触媒カーボンファイバー上に分散される最終濃度の有機金属系大環状分子を制御してよく、それは今度は、触媒カーボンファイバーの触媒活性全体に同様に直接影響し得る。 In some embodiments, in the method of preparing catalytic carbon fibers, a first step may include oxidizing virgin carbon fibers to produce oxidized carbon fibers. The oxidation is carried out in a liquid or gas environment to form oxygen-containing functional groups on the surface of the carbon fibers. The oxygen-containing functional groups may include carboxyl, carbonyl, lactone, and hydroxyl that are covalently bonded to at least a portion of the carbon atoms producing the carbon fibers. The oxidation step oxidizes the carbon fibers to any suitable extent. Without limitation, the carbon fibers may be oxidized to include about 0.1 wt. % to about 25 wt. % oxygen-containing functional groups. Alternatively, the carbon fibers may be oxidized to include about 0.1 wt. % to about 1 wt. % oxygen-containing functional groups, about 1 wt. % to about 5 wt. % oxygen-containing functional groups, about 5 wt. % to about 10 wt. % oxygen-containing functional groups, about 10 wt. % to about 15 wt. % oxygen-containing functional groups, about 10 wt. % to about 20 wt. % oxygen-containing functional groups, about 10 wt. % to about 20 wt. % oxygen-containing functional groups, about 10 wt. % to about 20 wt. % oxygen-containing functional groups, about 10 wt. % to about 30 wt. % oxygen-containing functional groups, about 10 wt. % to about 30 wt. % oxygen-containing functional groups, about 10 wt. % to about 2 ... % oxygen-containing functional groups, about 15 wt. % to about 20 wt. % oxygen-containing functional groups, about 20 wt. % to about 25 wt. % oxygen-containing functional groups, or any range therebetween. The degree of oxidation may be used to control the final concentration of organometallic macrocycles dispersed on the catalytic carbon fiber, which in turn may directly affect the overall catalytic activity of the catalytic carbon fiber.

カーボンファイバーの酸化は、バージンカーボンファイバーを酸に浸漬すること、および酸がバージンカーボンファイバーと反応することを可能にすることにより達成されてよい。適切な酸は、例えば塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ほう酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、ヨウ化水素酸、フルオロアンチモン酸、カルボラン酸、フルオロほう酸、フルオロ硫酸、フッ化水素、トリフリン酸、および過塩素酸などの無機酸、例えば酢酸、ギ酸、クエン酸、シュウ酸、および酒石酸などの有機酸を含み得る。酸を使用する酸化に加えて、またはその代わりに、酸化ステップはまた、酸素雰囲気中でのプラズマ処理、ガンマ線照射処理、水酸化ナトリウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、硫酸、または硝酸などの酸化体を使用する電気化学酸化、水酸化ナトリウムまたは硝酸銀を用いる過硫酸カリウムによる酸化を使用して実行されてよい。酸性酸化は、約0℃~150℃の範囲の任意の温度で実行されてよい。代わりに、酸化は、0℃~約25℃、約25℃~約50℃、約50℃~約75℃、約75℃~約100℃、約100℃~約125℃、約125℃~約150℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。酸化は、カーボンファイバー上の酸素含有官能基の所望の濃度を達成するのに適切な任意の期間、実行されてよい。酸素含有官能基の指定された濃度を達成するのに必要な時間は、酸の同一性および濃度ならびに選択される温度条件を含む多くの因子に依存し得る。一般に、酸化は、約1時間~約24時間の範囲の期間、実行される。代わりに、酸化は、約1時間~約3時間、約3時間~約6時間、約6時間~約9時間、約9時間~約12時間、約12時間~約15時間、約15時間~約18時間、約18時間~約21時間、約21時間~約24時間の範囲、またはそれらの間の任意の範囲の時間で実行されてよい。酸処理による酸化の後で、酸化されたカーボンファイバーは場合によっては、水または他の溶媒を使用して洗浄されて、過剰の酸を除去してよい。酸化されたカーボンファイバーは、洗浄後に高温で乾燥されて、洗浄ステップで使用された水または溶媒を除去してよい。 Oxidation of the carbon fibers may be accomplished by immersing the virgin carbon fibers in an acid and allowing the acid to react with the virgin carbon fibers. Suitable acids may include inorganic acids such as, for example, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, boric acid, hydrofluoric acid, hydrobromic acid, perchloric acid, hydroiodic acid, fluoroantimonic acid, carborane acid, fluoroboric acid, fluorosulfuric acid, hydrogen fluoride, triflic acid, and perchloric acid, and organic acids such as, for example, acetic acid, formic acid, citric acid, oxalic acid, and tartaric acid. In addition to or instead of oxidation using acids, the oxidation step may also be carried out using plasma treatment in an oxygen atmosphere, gamma irradiation treatment, electrochemical oxidation using oxidants such as sodium hydroxide, ammonium bicarbonate, ammonium carbonate, sulfuric acid, or nitric acid, oxidation with potassium persulfate using sodium hydroxide or silver nitrate. Acid oxidation may be carried out at any temperature ranging from about 0°C to 150°C. Alternatively, the oxidation may be carried out at a temperature ranging from 0° C. to about 25° C., from about 25° C. to about 50° C., from about 50° C. to about 75° C., from about 75° C. to about 100° C., from about 100° C. to about 125° C., from about 125° C. to about 150° C., or any temperature range therebetween. The oxidation may be carried out for any period of time appropriate to achieve a desired concentration of oxygen-containing functional groups on the carbon fibers. The time required to achieve a specified concentration of oxygen-containing functional groups may depend on many factors, including the identity and concentration of the acid and the temperature conditions selected. Generally, the oxidation is carried out for a period of time ranging from about 1 hour to about 24 hours. Alternatively, the oxidation may be carried out for a period of time ranging from about 1 hour to about 3 hours, from about 3 hours to about 6 hours, from about 6 hours to about 9 hours, from about 9 hours to about 12 hours, from about 12 hours to about 15 hours, from about 15 hours to about 18 hours, from about 18 hours to about 21 hours, from about 21 hours to about 24 hours, or any range of times therebetween. After oxidation by acid treatment, the oxidized carbon fiber may optionally be washed using water or other solvent to remove excess acid. The oxidized carbon fiber may be dried at elevated temperatures after washing to remove any water or solvent used in the washing step.

触媒カーボンファイバーを調製する第2のステップは、アミン修飾されたカーボンファイバーを生成することを含み得る。酸化されたカーボンファイバーが生成された後、酸化されたカーボンファイバーをアミン含有化合物と反応させて、アミン修飾されたカーボンファイバーを生成し得る。アミン含有化合物は、ジアミン、トリアミン、およびさらに高次のアミンを含む、少なくとも2つのアミン基を含む、任意のポリアミン化合物であり得る。アミン含有化合物は、C2~C20の範囲の炭素数を有する直鎖、分岐、または環状の第1級または第2級アミンを含み得る。いくつかの特定のアミの含有化合物は、限定されないが、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせを含み得る。酸化されたカーボンファイバーは、約0℃~250℃の範囲の温度を含む、任意の適切な条件でアミン含有化合物と反応されてよい。代わりに、酸化は、0℃~約25℃、約25℃~約50℃、約50℃~約75℃、約75℃~約100℃、約100℃~約125℃、約125℃~約150℃、約150℃~約175℃、約175℃~約200℃、約200℃~約225℃、約225℃~約250℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。酸化されたカーボンファイバーおよびアミン含有化合物を反応させるのに必要とされる時間は、アミン含有化合物の同一性および選択される温度条件を含む多くの因子に依存し得る。一般に、酸化されたカーボンファイバーは、約1時間~約24時間の範囲の期間、アミン含有化合物と反応されてよい。代わりに、酸化されたカーボンファイバーは、約1時間~約3時間、約3時間~約6時間、約6時間~約9時間、約9時間~約12時間、約12時間~約15時間、約15時間~約18時間、約18時間~約21時間、約21時間~約24時間の範囲またはそれらの間の任意の範囲の時間で実行されてよい。アミンの反応の後、アミン修飾されたカーボンファイバーは場合によっては、水または他の溶媒を使用して洗浄されて、過剰のアミンを除去してよい。アミン修飾されたカーボンファイバーは、洗浄後に高温で乾燥されて、洗浄ステップで使用された水または溶媒を除去してよい。 The second step of preparing the catalytic carbon fiber may include producing an amine-modified carbon fiber. After the oxidized carbon fiber is produced, the oxidized carbon fiber may be reacted with an amine-containing compound to produce the amine-modified carbon fiber. The amine-containing compound may be any polyamine compound containing at least two amine groups, including diamines, triamines, and higher amines. The amine-containing compound may include linear, branched, or cyclic primary or secondary amines having carbon numbers ranging from C2 to C20. Some specific amine-containing compounds may include, but are not limited to, ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof. The oxidized carbon fiber may be reacted with the amine-containing compound under any suitable conditions, including temperatures ranging from about 0°C to 250°C. Alternatively, the oxidation may be carried out at a temperature ranging from 0° C. to about 25° C., from about 25° C. to about 50° C., from about 50° C. to about 75° C., from about 75° C. to about 100° C., from about 100° C. to about 125° C., from about 125° C. to about 150° C., from about 150° C. to about 175° C., from about 175° C. to about 200° C., from about 200° C. to about 225° C., from about 225° C. to about 250° C., or any temperature range therebetween. The time required to react the oxidized carbon fiber and the amine-containing compound may depend on many factors, including the identity of the amine-containing compound and the temperature conditions selected. Generally, the oxidized carbon fiber may be reacted with the amine-containing compound for a period ranging from about 1 hour to about 24 hours. Alternatively, the oxidized carbon fiber may be run for a time ranging from about 1 hour to about 3 hours, from about 3 hours to about 6 hours, from about 6 hours to about 9 hours, from about 9 hours to about 12 hours, from about 12 hours to about 15 hours, from about 15 hours to about 18 hours, from about 18 hours to about 21 hours, from about 21 hours to about 24 hours, or any range therebetween. After reaction of the amine, the amine-modified carbon fiber may optionally be washed using water or other solvent to remove excess amine. The amine-modified carbon fiber may be dried at elevated temperature after washing to remove any water or solvent used in the washing step.

触媒カーボンファイバーを調製する第3のステップは、アミン修飾されたカーボンファイバーを有機金属系大環状分子と反応させて触媒カーボンファイバーを生成することを含み得る。有機金属系大環状分子は、置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、およびそれらの組み合わせを含み得る。適切な金属フタロシアニンは、金属フタロシアニン上の1つまたは複数の末梢水素原子で、ハロゲン、ヒドロキシル、アミン、アルキル、アリール、チオール、アルコキシ、ニトロシル基、またはそれらの組み合わせの置換基を含んでよい。金属フタロシアニンは、限定されないが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせを含む、任意の適切な金属を含んでよい。有機金属系大環状分子は、アミン修飾されたカーボンファイバーと反応させる前に、水、ピリジン、DMSO、DMF、THF、エタノール、アセトニトリル、クロロホルム、エチレングリコール、メタノール、ベンゼン、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない溶媒に分散されてよい。 The third step of preparing the catalytic carbon fiber may include reacting the amine-modified carbon fiber with an organometallic macrocycle to produce the catalytic carbon fiber. The organometallic macrocycle may include unsubstituted metal phthalocyanines, substituted metal phthalocyanines, and combinations thereof. Suitable metal phthalocyanines may include halogen, hydroxyl, amine, alkyl, aryl, thiol, alkoxy, nitrosyl groups, or combinations thereof, substituents at one or more peripheral hydrogen atoms on the metal phthalocyanine. The metal phthalocyanines may include any suitable metal, including, but not limited to, vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof. The organometallic macrocycles may be dispersed in a solvent, including but not limited to water, pyridine, DMSO, DMF, THF, ethanol, acetonitrile, chloroform, ethylene glycol, methanol, benzene, or combinations thereof, prior to reaction with the amine-modified carbon fibers.

アミン修飾されたカーボンファイバーは、約0℃~150℃の範囲の温度を含む、任意の適切な条件で、有機金属系大環状分子と反応されてよい。代わりに、酸化は、0℃~約25℃、約25℃~約50℃、約50℃~約75℃、約75℃~約100℃、約100℃~約125℃、約125℃~約150℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。アミン修飾されたカーボンファイバーおよびアミン含有化合物を反応させるのに必要とされる時間は、有機金属系大環状分子の同一性および選択される温度条件を含む多くの因子に依存し得る。一般に、アミン修飾されたカーボンファイバーは、約1時間~約24時間の範囲の期間、有機金属系大環状分子と反応されてよい。代わりに、酸化は、約1時間~約3時間、約3時間~約6時間、約6時間~約9時間、約9時間~約12時間、約12時間~約15時間、約15時間~約18時間、約18時間~約21時間、約21時間~約24時間の範囲またはそれらの間の任意の範囲の時間で実行されてよい。有機金属系大環状分子の反応の後で、触媒カーボンファイバーは場合によっては、水または他の溶媒を使用して洗浄されて、過剰の有機金属系大環状分子を除去してよい。触媒カーボンファイバーは、洗浄後に高温で乾燥されて、洗浄ステップで使用された水または溶媒を除去してよい。 The amine-modified carbon fiber may be reacted with the organometallic macrocycle under any suitable conditions, including temperatures ranging from about 0° C. to about 150° C. Alternatively, the oxidation may be carried out at temperatures ranging from 0° C. to about 25° C., from about 25° C. to about 50° C., from about 50° C. to about 75° C., from about 75° C. to about 100° C., from about 100° C. to about 125° C., from about 125° C. to about 150° C., or any temperature range therebetween. The time required to react the amine-modified carbon fiber and the amine-containing compound may depend on many factors, including the identity of the organometallic macrocycle and the temperature conditions selected. Generally, the amine-modified carbon fiber may be reacted with the organometallic macrocycle for a period ranging from about 1 hour to about 24 hours. Alternatively, the oxidation may be carried out for a time ranging from about 1 hour to about 3 hours, from about 3 hours to about 6 hours, from about 6 hours to about 9 hours, from about 9 hours to about 12 hours, from about 12 hours to about 15 hours, from about 15 hours to about 18 hours, from about 18 hours to about 21 hours, from about 21 hours to about 24 hours, or any range therebetween. After reaction of the organometallic macrocycles, the catalyzed carbon fiber may optionally be washed using water or other solvent to remove excess organometallic macrocycles. The catalyzed carbon fiber may be dried at elevated temperatures after washing to remove any water or solvent used in the washing step.

さらなる実施形態において、触媒カーボンファイバーを生成するための合成方法は、溶媒の存在下でアミノ化された大環状分子をカーボンファイバーと反応させて触媒カーボンファイバーを生成することを含み得る。アミノ化された大環状分子は、有機金属系大環状分子および有機金属系大環状分子にグラフトされたアミン基を含んでよい。アミン基は、アミノ基、およびイミノ基、またはそれらの組み合わせを含み得る。アミン基は、アミノ化された大環状分子が、カーボンファイバーの表面上でカルボキシル基などの酸素含有基と反応して、アミノ化された大環状分子とカーボンファイバーの間でアミド結合を形成することを可能にする。カーボンファイバー生成は、カーボンファイバーの表面上にカルボキシル基などの酸素含有基を残す、上述した酸化的表面処理ステップを含み得る。カルボキシル基などの酸素含有基の濃度は、カーボンファイバーと反応し得るアミノ化された大環状分子の量を決定し得る。さらなる酸化的表面処理を利用して、カーボンファイバーがより多くの量のアミノ化された大環状分子と反応し得るように、カルボキシル基を含む反応性基の濃度を高めてよい。 In a further embodiment, a synthesis method for producing catalytic carbon fibers may include reacting aminated macrocycles with carbon fibers in the presence of a solvent to produce catalytic carbon fibers. The aminated macrocycles may include organometallic macrocycles and amine groups grafted to the organometallic macrocycles. The amine groups may include amino groups, and imino groups, or combinations thereof. The amine groups allow the aminated macrocycles to react with oxygen-containing groups, such as carboxyl groups, on the surface of the carbon fiber to form amide bonds between the aminated macrocycles and the carbon fiber. The carbon fiber production may include an oxidative surface treatment step as described above that leaves oxygen-containing groups, such as carboxyl groups, on the surface of the carbon fiber. The concentration of oxygen-containing groups, such as carboxyl groups, may determine the amount of aminated macrocycles that can react with the carbon fiber. Further oxidative surface treatments may be utilized to increase the concentration of reactive groups, including carboxyl groups, such that the carbon fiber can react with a greater amount of aminated macrocycles.

アミノ化された大環状分子は、置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない任意の適切な有機金属系大環状分子を含み得る。置換された金属フタロシアニンは、金属フタロシアニン上の1つまたは複数の末梢水素原子で、ハロゲン、ヒドロキシル、アルキル、アリール、チオール、アルコキシ、ニトロシル基、またはそれらの組み合わせの置換基を含んでよい。金属フタロシアニンは、限定されないが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせを含む、任意の適切な金属を含んでよい。アミノ化された大環状分子は、有機金属系大環状分子にグラフトされた1つまたは複数のアミン基(-NHまたは-NH)を含んでよい。アミノ化された大環状分子は、有機大環状分子にグラフトされたアミン含有化合物を含み得る。アミン含有化合物は、C2~C20、モノアミン、ジアミン、トリアミン、およびより高次のアミンを含み得る。アミン含有化合物は、直鎖、分岐、または環状のアミンを含み得る。いくつかの特定のアミン含有化合物は、限定されないが、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの適切なアミノ化された大環状分子は、モノアミノコバルトフタロシアニンおよびポリアミノコバルトフタロシアニンなどのアミノコバルトフタロシアニンを含み得る。ポリアミノコバルトフタロシアニンは、ジアミノコバルトフタロシアニン、トリアミノコバルトフタロシアニン、テトラアミノコバルトフタロシアニン、およびより高次のポリアミノコバルトフタロシアニンを含み得る。他の特定の適切なアミノ化された大環状分子は、ポルフィリン、ヘム、ポリアザ化合物、およびクラウンエーテルを含み得る。 The aminated macrocycle may comprise any suitable organometallic macrocycle, including, but not limited to, unsubstituted metallophthalocyanines, substituted metallophthalocyanines, and combinations thereof. The substituted metallophthalocyanines may comprise halogen, hydroxyl, alkyl, aryl, thiol, alkoxy, nitrosyl groups, or combinations thereof, substitutions at one or more peripheral hydrogen atoms on the metallophthalocyanine. The metallophthalocyanines may comprise any suitable metal, including, but not limited to, vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof. The aminated macrocycle may comprise one or more amine groups ( -NH2 or -NH) grafted to the organometallic macrocycle. The aminated macrocycle may comprise an amine-containing compound grafted to an organic macrocycle. The amine-containing compounds may include C2-C20, monoamines, diamines, triamines, and higher amines. The amine-containing compounds may include linear, branched, or cyclic amines. Some specific amine-containing compounds may include, but are not limited to, ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof. Some suitable aminated macrocycles may include aminocobalt phthalocyanines, such as monoaminocobalt phthalocyanine and polyaminocobalt phthalocyanine. Polyaminocobalt phthalocyanines may include diaminocobalt phthalocyanine, triaminocobalt phthalocyanine, tetraaminocobalt phthalocyanine, and higher polyaminocobalt phthalocyanines. Other specific suitable aminated macrocycles may include porphyrins, hemes, polyaza compounds, and crown ethers.

触媒カーボンファイバーは、アミノ化された大環状分子をカーボンファイバーと反応させてアミノ化された大環状分子間でアミド結合を形成することにより、調製され得る。カーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間のアミド結合の形成のためのいくつかの合成方法があり、そのうちのいくつかのみが、本明細書で開示され得る。1つの合成方法は、適切な溶媒中にて高温でカーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を反応させることによるアミド結合の直接形成を含み得る。別の合成方法は、塩化チオニルなどの塩素化剤を用いるカルボン酸からの塩化アシルの生成を介するアミド形成を含み得る。別の合成方法は、カルボジイミドまたはベンゾトリアゾールなどのカップリング剤を使用するアミド形成を含み得る。別の合成方法は、酵素触媒アミド形成を含み得る。 Catalytic carbon fibers can be prepared by reacting aminated macrocycles with carbon fibers to form amide bonds between the aminated macrocycles. There are several synthetic methods for the formation of amide bonds between carbon fibers and aminated macrocycles, only some of which may be disclosed herein. One synthetic method may involve direct formation of amide bonds by reacting carbon fibers and aminated macrocycles at elevated temperatures in a suitable solvent. Another synthetic method may involve amide formation via generation of acyl chlorides from carboxylic acids using chlorinating agents such as thionyl chloride. Another synthetic method may involve amide formation using coupling agents such as carbodiimides or benzotriazoles. Another synthetic method may involve enzyme-catalyzed amide formation.

直接アミド結合合成において、カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子が、溶媒中で組み合わされ加熱され、それによりカーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間でアミド結合を形成して、触媒カーボンファイバーを生成し得る。いくらかの適切な溶媒は、ピリジン、DMSO、DMF、THF、エタノール、アセトニトリル、クロロホルム、エチレングリコール、メタノール、ベンゼン、およびそれらの組み合わせを含み得るがこれらに限定されない。カーボンファイバーは、約100℃~200℃の範囲の温度を含む、任意の適切な条件で、アミノ化された大環状分子と反応し得る。代わりに、反応は、100℃~約125℃、約125℃~約150℃、約150℃~約175℃、約175℃~約200℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を反応させるために必要とされる時間は、アミノ化された大環状分子の同一性および選択される温度条件を含む多くの因子に依存し得る。一般に、カーボンファイバーは、約1時間~約24時間の範囲またはそれより長い期間、アミノ化された大環状分子と反応されてよい。代わりに、反応は、約1時間~約3時間、約3時間~約6時間、約6時間~約9時間、約9時間~約12時間、約12時間~約15時間、約15時間~約18時間、約18時間~約21時間、約21時間~約24時間の範囲またはそれらの間の任意の範囲の時間で実行されてよい。アミノ化された大環状分子の反応の後で、触媒カーボンファイバーは場合によっては、水または他の溶媒を使用して洗浄されて、過剰のアミノ化された大環状分子を除去してよい。触媒カーボンファイバーは、洗浄後に高温で乾燥されて、洗浄ステップで使用された水または溶媒を除去してよい。 In the direct amide bond synthesis, the carbon fiber and the aminated macrocycle may be combined in a solvent and heated to form an amide bond between the carbon fiber and the aminated macrocycle to produce the catalytic carbon fiber. Some suitable solvents may include, but are not limited to, pyridine, DMSO, DMF, THF, ethanol, acetonitrile, chloroform, ethylene glycol, methanol, benzene, and combinations thereof. The carbon fiber may be reacted with the aminated macrocycle under any suitable conditions, including temperatures ranging from about 100°C to 200°C. Alternatively, the reaction may be carried out at temperatures ranging from 100°C to about 125°C, about 125°C to about 150°C, about 150°C to about 175°C, about 175°C to about 200°C, or any temperature range therebetween. The time required to react the carbon fiber and the aminated macrocycle may depend on many factors, including the identity of the aminated macrocycle and the temperature conditions selected. Generally, the carbon fibers may be reacted with the aminated macrocycles for a period ranging from about 1 hour to about 24 hours or longer. Alternatively, the reaction may be carried out for a period ranging from about 1 hour to about 3 hours, from about 3 hours to about 6 hours, from about 6 hours to about 9 hours, from about 9 hours to about 12 hours, from about 12 hours to about 15 hours, from about 15 hours to about 18 hours, from about 18 hours to about 21 hours, from about 21 hours to about 24 hours, or any range therebetween. After reaction of the aminated macrocycles, the catalyzed carbon fibers may optionally be washed using water or other solvents to remove excess aminated macrocycles. The catalyzed carbon fibers may be dried at elevated temperatures after washing to remove any water or solvent used in the washing step.

塩化アシル合成において、カーボンファイバーは、塩化チオニル、三塩化リン、または塩化テレフタロイルなどの塩素化剤と組み合わされ、加熱され得る。塩素化剤は、カーボンファイバー上でカルボキシル基などの酸素含有基と反応して、カーボンファイバー上で塩化アシルを生成し得る。カーボンファイバーは、約0℃~150℃の範囲の温度を含む、塩素化剤の沸点未満の任意の適切な条件で塩素化剤と反応されてよい。代わりに、反応は、0℃~約25℃、約25℃~約50℃、約50℃~約75℃、約75℃~約100℃、約100℃~約125℃、約125℃~約150℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。一般に、カーボンファイバーは、約1時間~約24時間の範囲またはそれより長い期間、塩素化剤と反応されてよい。塩素化剤で修飾されたカーボンファイバーは、アミノ化された大環状分子と反応されて、触媒カーボンファイバーを生成し得る。例えば、塩素化剤で修飾されたカーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子が、溶媒中で組み合わされ加熱され、それによりカーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間でアミド結合を形成して、触媒カーボンファイバーを生成し得る。いくつかの適切な溶媒は、水、ピリジン、DMSO、DMF、THF、エタノール、アセトニトリル、クロロホルム、エチレングリコール、メタノール、ベンゼン、およびそれらの組み合わせを含み得るがこれらに限定されない。塩素化剤で修飾されたカーボンファイバーは、約0℃~150℃の範囲の温度を含む、任意の適切な条件で、アミノ化された大環状分子と反応されてよい。代わりに、反応は、0℃~約25℃、約25℃~約50℃、約50℃~約75℃、約75℃~約100℃、約100℃~約125℃、約125℃~約150℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。塩素化剤で修飾されたカーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を反応させるために必要とされる時間は、アミノ化された大環状分子の同一性および選択される温度条件を含む多くの因子に依存し得る。一般に、塩素化剤で修飾されたカーボンファイバーは、約1時間~約24時間の範囲またはそれより長い期間、アミノ化された大環状分子と反応されてよい。代わりに、反応は、約1時間~約3時間、約3時間~約6時間、約6時間~約9時間、約9時間~約12時間、約12時間~約15時間、約15時間~約18時間、約18時間~約21時間、約21時間~約24時間の範囲またはそれらの間の任意の範囲の時間で実行されてよい。アミノ化された大環状分子の反応の後で、触媒カーボンファイバーは場合によっては、水または他の溶媒を使用して洗浄されて、過剰のアミノ化された大環状分子を除去してよい。触媒カーボンファイバーは、洗浄後に高温で乾燥されて、洗浄ステップで使用された水または溶媒を除去してよい。 In the acyl chloride synthesis, the carbon fiber may be combined with a chlorinating agent, such as thionyl chloride, phosphorus trichloride, or terephthaloyl chloride, and heated. The chlorinating agent may react with oxygen-containing groups, such as carboxyl groups, on the carbon fiber to produce acyl chlorides on the carbon fiber. The carbon fiber may be reacted with the chlorinating agent at any suitable conditions below the boiling point of the chlorinating agent, including temperatures ranging from about 0° C. to 150° C. Alternatively, the reaction may be carried out at temperatures ranging from 0° C. to about 25° C., from about 25° C. to about 50° C., from about 50° C. to about 75° C., from about 75° C. to about 100° C., from about 100° C. to about 125° C., from about 125° C. to about 150° C., or any temperature range therebetween. Generally, the carbon fiber may be reacted with the chlorinating agent for a period ranging from about 1 hour to about 24 hours or longer. The chlorinating agent-modified carbon fiber may be reacted with aminated macrocycles to produce catalytic carbon fiber. For example, the chlorinating agent-modified carbon fiber and the aminated macrocycle may be combined in a solvent and heated, thereby forming an amide bond between the carbon fiber and the aminated macrocycle to produce a catalytic carbon fiber. Some suitable solvents may include, but are not limited to, water, pyridine, DMSO, DMF, THF, ethanol, acetonitrile, chloroform, ethylene glycol, methanol, benzene, and combinations thereof. The chlorinating agent-modified carbon fiber may be reacted with the aminated macrocycle under any suitable conditions, including temperatures ranging from about 0° C. to 150° C. Alternatively, the reaction may be carried out at temperatures ranging from 0° C. to about 25° C., from about 25° C. to about 50° C., from about 50° C. to about 75° C., from about 75° C. to about 100° C., from about 100° C. to about 125° C., from about 125° C. to about 150° C., or any temperature range therebetween. The time required to react the chlorinating agent-modified carbon fiber and the aminated macrocycle may depend on many factors, including the identity of the aminated macrocycle and the temperature conditions selected. In general, the chlorinating agent-modified carbon fiber may be reacted with the aminated macrocycle for a period ranging from about 1 hour to about 24 hours or longer. Alternatively, the reaction may be carried out for a period ranging from about 1 hour to about 3 hours, from about 3 hours to about 6 hours, from about 6 hours to about 9 hours, from about 9 hours to about 12 hours, from about 12 hours to about 15 hours, from about 15 hours to about 18 hours, from about 18 hours to about 21 hours, from about 21 hours to about 24 hours, or any range therebetween. After reaction of the aminated macrocycle, the catalyzed carbon fiber may optionally be washed using water or other solvent to remove excess aminated macrocycle. The catalyzed carbon fiber may be dried at elevated temperature after washing to remove the water or solvent used in the washing step.

別の合成方法は、カップリング剤を使用するアミド形成を含み得る。この方法において、カーボンファイバーおよびカップリング剤は、適切な溶媒中で組み合わされ、加熱され得る。カップリング剤は、カーボンファイバー上の酸素含有官能基またはカーボンファイバーと反応して、官能化されたカーボンファイバーを形成し得る。いくつかの適切なカップリング剤は、カルボジイミド、ベンゾトリアゾール、およびそれらの組み合わせを含み得るがこれらに限定されない。官能化されたカーボンファイバーは、反応して触媒カーボンファイバーを形成し得るアミノ化された大環状分子および溶媒と組み合わされてよい。いくつかの適切な溶媒は、水、ピリジン、DMSO、DMF、THF、エタノール、アセトニトリル、クロロホルム、エチレングリコール、メタノール、ベンゼン、およびそれらの組み合わせを含み得るがこれらに限定されない。官能化されたカーボンファイバーは、約0℃~150℃の範囲の温度を含む、任意の適切な条件でアミノ化された大環状分子と反応し得る。代わりに、反応は、0℃~約25℃、約25℃~約50℃、約50℃~約75℃、約75℃~約100℃、約100℃~約125℃、約125℃~約150℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。官能化されたカーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を反応させるために必要とされる時間は、アミノ化された大環状分子の同一性および選択される温度条件を含む多くの因子に依存し得る。一般に、官能化されたカーボンファイバーは、約1時間~約24時間の範囲またはそれより長い期間、アミノ化された大環状分子と反応されてよい。代わりに、反応は、約1時間~約3時間、約3時間~約6時間、約6時間~約9時間、約9時間~約12時間、約12時間~約15時間、約15時間~約18時間、約18時間~約21時間、約21時間~約24時間の範囲またはそれらの間の任意の範囲の時間で実行されてよい。アミノ化された大環状分子の反応の後で、触媒カーボンファイバーは場合によっては、水または他の溶媒を使用して洗浄されて、過剰のアミノ化された大環状分子を除去してよい。触媒カーボンファイバーは、洗浄後に高温で乾燥されて、洗浄ステップで使用された水または溶媒を除去してよい。 Another synthesis method may include amide formation using a coupling agent. In this method, the carbon fiber and the coupling agent may be combined in a suitable solvent and heated. The coupling agent may react with oxygen-containing functional groups on the carbon fiber or the carbon fiber to form a functionalized carbon fiber. Some suitable coupling agents may include, but are not limited to, carbodiimides, benzotriazoles, and combinations thereof. The functionalized carbon fiber may be combined with an aminated macrocycle and a solvent that may react to form a catalytic carbon fiber. Some suitable solvents may include, but are not limited to, water, pyridine, DMSO, DMF, THF, ethanol, acetonitrile, chloroform, ethylene glycol, methanol, benzene, and combinations thereof. The functionalized carbon fiber may react with the aminated macrocycle under any suitable conditions, including temperatures ranging from about 0°C to 150°C. Alternatively, the reaction may be carried out at a temperature ranging from 0° C. to about 25° C., from about 25° C. to about 50° C., from about 50° C. to about 75° C., from about 75° C. to about 100° C., from about 100° C. to about 125° C., from about 125° C. to about 150° C., or any range of temperatures therebetween. The time required to react the functionalized carbon fiber and the aminated macrocycle may depend on many factors, including the identity of the aminated macrocycle and the temperature conditions selected. In general, the functionalized carbon fiber may be reacted with the aminated macrocycle for a period ranging from about 1 hour to about 24 hours or longer. Alternatively, the reaction may be carried out for a time ranging from about 1 hour to about 3 hours, from about 3 hours to about 6 hours, from about 6 hours to about 9 hours, from about 9 hours to about 12 hours, from about 12 hours to about 15 hours, from about 15 hours to about 18 hours, from about 18 hours to about 21 hours, from about 21 hours to about 24 hours, or any range of times therebetween. After reaction of the aminated macrocycles, the catalyzed carbon fibers may optionally be washed using water or other solvents to remove excess aminated macrocycles. The catalyzed carbon fibers may be dried at elevated temperatures after washing to remove any water or solvent used in the washing step.

別の合成方法には、酵素を使用するアミド形成が含まれ得る。酵素的触媒は、アミノ化反応が比較的低温で生じることを可能にする場合があり、より広い溶媒適合性を可能にする。この方法において、カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子は、適切な溶媒中で酵素と組み合わせられる。酵素は、カーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間のアミド結合の形成を触媒できる任意の酵素を含み得る。適切な酵素のいくつかの例は、プロテアーゼ、サブチリシン、アシラーゼ、アミダーゼ、リパーゼ、およびそれらの組み合わせを含み得るがこれらに限定されない。いくつかの適切な溶媒は、水、ピリジン、DMSO、DMF、THF、エタノール、アセトニトリル、クロロホルム、エチレングリコール、メタノール、ベンゼン、およびそれらの組み合わせを含み得るがこれらに限定されない。カーボンファイバーは、約0℃~100℃の範囲の温度を含む、任意の適切な条件でアミノ化された大環状分子と反応されてよい。代わりに、反応は、0℃~約25℃、約25℃~約50℃、約50℃~約75℃、約75℃~約100℃の範囲、またはそれらの間の任意の温度範囲で実行されてよい。カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を反応させるために必要とされる時間は、アミノ化された大環状分子の同一性および選択される温度条件を含む多くの因子に依存し得る。一般に、カーボンファイバーは、約1時間~約24時間の範囲またはそれより長い期間、アミノ化された大環状分子と反応されてよい。代わりに、反応は、約1時間~約3時間、約3時間~約6時間、約6時間~約9時間、約9時間~約12時間、約12時間~約15時間、約15時間~約18時間、約18時間~約21時間、約21時間~約24時間の範囲またはそれらの間の任意の範囲の時間中に実行されてよい。アミノ化された大環状分子の反応の後、触媒カーボンファイバーは、場合によっては水または他の溶媒を使用して洗浄されて、過剰のアミノ化された大環状分子を除去してよい。触媒カーボンファイバーは、洗浄後に高温で乾燥され、洗浄ステップで使用された水または溶媒を除去してよい。 Another synthesis method may include amide formation using enzymes. Enzymatic catalysis may allow the amination reaction to occur at relatively low temperatures, allowing for broader solvent compatibility. In this method, the carbon fiber and aminated macrocycle are combined with an enzyme in a suitable solvent. The enzyme may include any enzyme capable of catalyzing the formation of an amide bond between the carbon fiber and the aminated macrocycle. Some examples of suitable enzymes may include, but are not limited to, proteases, subtilisins, acylases, amidases, lipases, and combinations thereof. Some suitable solvents may include, but are not limited to, water, pyridine, DMSO, DMF, THF, ethanol, acetonitrile, chloroform, ethylene glycol, methanol, benzene, and combinations thereof. The carbon fiber may be reacted with the aminated macrocycle under any suitable conditions, including temperatures ranging from about 0°C to 100°C. Alternatively, the reaction may be carried out at a temperature ranging from 0° C. to about 25° C., from about 25° C. to about 50° C., from about 50° C. to about 75° C., from about 75° C. to about 100° C., or any temperature range therebetween. The time required to react the carbon fiber and the aminated macrocycle may depend on many factors, including the identity of the aminated macrocycle and the temperature conditions selected. In general, the carbon fiber may be reacted with the aminated macrocycle for a period ranging from about 1 hour to about 24 hours or longer. Alternatively, the reaction may be carried out for a period ranging from about 1 hour to about 3 hours, from about 3 hours to about 6 hours, from about 6 hours to about 9 hours, from about 9 hours to about 12 hours, from about 12 hours to about 15 hours, from about 15 hours to about 18 hours, from about 18 hours to about 21 hours, from about 21 hours to about 24 hours, or any range therebetween. After reaction of the aminated macrocycle, the catalyzed carbon fiber may be optionally washed using water or other solvent to remove excess aminated macrocycle. The catalyzed carbon fibers may be dried at elevated temperatures after washing to remove any water or solvent used in the washing step.

触媒カーボンファイバーが上述のように合成されると、触媒カーボンファイバーは、触媒カーボンファイバーを成形することにより、さらに処理されてよい。例えば、触媒カーボンファイバーの個々の繊維は、一緒に引き寄せられ、固定されて触媒カーボンファイバー束を形成してよい。触媒カーボンファイバー束を反応器中で利用して、反応器内に反応ゾーンを形成してよい。カーボンファイバーの追加の処理は、カーボンファイバーのサイズを縮小して、例えば流動床反応器内で、流動床に適切な触媒カーボンファイバーを生成することを含んでよく、またはペレット化される、または充填された床反応器での使用に適するようにされてよい。 Once the catalytic carbon fibers have been synthesized as described above, the catalytic carbon fibers may be further processed by shaping the catalytic carbon fibers. For example, individual fibers of the catalytic carbon fibers may be drawn together and fixed to form catalytic carbon fiber bundles. The catalytic carbon fiber bundles may be utilized in a reactor to form a reaction zone within the reactor. Additional processing of the carbon fibers may include reducing the size of the carbon fibers to produce catalytic carbon fibers suitable for a fluidized bed, for example in a fluidized bed reactor, or may be pelletized or made suitable for use in a packed bed reactor.

精製所および化学プラント内の炭化水素流はしばしば、有機的に結合された硫黄化合物、カルボン酸、および硫化水素などの不要な汚染物質を含む。製品の仕様は、精製プロセス中にこれらの汚染物質の低減および/または除去を要求し得る。メルカプタン硫黄などの、有機的に結合された硫黄は、精製所または化学プラント内のいくらかの炭化水素流に存在するかもしれない。メルカプタン硫黄含有量が低減された生成物流を生成するために炭化水素流のメルカプタン硫黄含有量を低減することが望ましい場合がある。一般にメルカプタン硫黄含有流を処理するための2つの選択肢がある。メルカプタン抽出が利用されてよく、それによりメルカプタン硫黄は、苛性剤流と反応されて、メルカプチドなどの有機硫黄化合物を生成する。メルカプチドの一部は、苛性剤流の水性部分に溶解され、それにより炭化水素流からメルカプタン硫黄を除去し得る。一般に、有機硫黄化合物の溶解性は、炭化水素鎖長の関数であり、それにより比較的低い分子量のメルカプタンは、苛性剤流と反応されると、より溶解性の生成物を生成し得、比較的高分子量のメルカプタンは、苛性剤流と反応されると、比較的溶解性の低い生成物を生成し得る。有機硫黄化合物は、触媒の存在下で有機硫黄化合物を酸素と反応させることにより、ジスルフィド油へとさらに酸化されてよい。より重いメルカプタン硫黄含有化合物を含むいくつかの炭化水素流については、メルカプタン甘味料を利用して、触媒の存在下でメルカプタン硫黄を酸素と反応させることにより、メルカプタン硫黄をジスルフィド油へと直接変換し得る。ジスルフィド油へと直接甘味付与することは、生成された有機硫黄化合物が苛性剤流の水性部分に比較的不溶性であるいくつかの炭化水素流において好ましいであろう。いくつかの操作は、連続して抽出および甘味付与を含み得、それにより比較的低分子量のメルカプタン硫黄および比較的高分子量のメルカプタン硫黄の一部を含む混合された炭化水素流が苛性剤流と接触され、その後酸化されてジスルフィド油を生成する。そのような操作は、別個のユニット内で、または単一の容器内で一体化されたプロセスとして行われてよい。単一容器抽出/酸化の一例は、Merichem Companyから利用可能なMericat(商標)IIプロセスである。 Hydrocarbon streams in refineries and chemical plants often contain unwanted contaminants such as organically bound sulfur compounds, carboxylic acids, and hydrogen sulfide. Product specifications may require the reduction and/or removal of these contaminants during the refining process. Organically bound sulfur, such as mercaptan sulfur, may be present in some hydrocarbon streams in refineries or chemical plants. It may be desirable to reduce the mercaptan sulfur content of the hydrocarbon stream to produce a product stream with reduced mercaptan sulfur content. There are generally two options for treating mercaptan sulfur-containing streams. Mercaptan extraction may be utilized whereby the mercaptan sulfur is reacted with a caustic stream to produce organic sulfur compounds such as mercaptides. A portion of the mercaptides may be dissolved in the aqueous portion of the caustic stream, thereby removing the mercaptan sulfur from the hydrocarbon stream. In general, the solubility of the organosulfur compounds is a function of the hydrocarbon chain length, such that a relatively low molecular weight mercaptan may produce a more soluble product when reacted with a caustic stream, and a relatively high molecular weight mercaptan may produce a relatively less soluble product when reacted with a caustic stream. The organosulfur compounds may be further oxidized to disulfide oils by reacting the organosulfur compounds with oxygen in the presence of a catalyst. For some hydrocarbon streams containing heavier mercaptan sulfur-containing compounds, a mercaptan sweetener may be utilized to directly convert the mercaptan sulfur to disulfide oils by reacting the mercaptan sulfur with oxygen in the presence of a catalyst. Direct sweetening to disulfide oils may be preferred in some hydrocarbon streams where the organosulfur compounds produced are relatively insoluble in the aqueous portion of the caustic stream. Some operations may include extraction and sweetening in succession, whereby a mixed hydrocarbon stream containing relatively low molecular weight mercaptan sulfur and a portion of the relatively high molecular weight mercaptan sulfur is contacted with a caustic stream and then oxidized to produce a disulfide oil. Such operations may be carried out in separate units or as an integrated process in a single vessel. One example of a single vessel extraction/oxidation is the Mericat™ II process available from Merichem Company.

除去され得る汚染物質を含む、多種態様な炭化水素流がある。本出願はいくつかの特定の炭化水素流に関する実施形態を開示するのみであり得るが、本明細書での開示は、本明細書で特に列挙されない他の炭化水素流にも容易に適用されてよい。苛性処理プロセスは、例えばアルカン、アルケン、アルキン、および芳香族などの炭化水素を含むがこれらに限定されない、任意の炭化水素供給物の処理に適するであろう。炭化水素は、例えば約C~約C30、またはそれより大きい任意の鎖長の炭化水素を含んでよく、任意の量の分岐を含んでよい。いくつかの代表的な炭化水素供給物は、原油、プロパン、LPG、ブタン、軽質ナフサ、イソメラート、重質ナフサ、改質油、ジェット燃料、灯油、ディーゼル油、水素化処理蒸留物、重質減圧軽油、軽質減圧軽油、軽油、コーカ軽油、アルキレート、燃料油、ライトサイクルオイル、およびそれらの組み合わせを含み得るがこれらに限定されない。炭化水素流のいくつかの非限定例は、軽質ナフサ、重質ナフサ、ジェット燃料、および灯油、流動接触分解装置もしくは残油接触分解装置ガソリン、またはRCC、NGL精留由来の天然ガソリン、ならびにガスコンデンセートなどの原油蒸留ユニット流を含み得る。 There are a wide variety of hydrocarbon streams that contain contaminants that may be removed. This application may only disclose embodiments relating to some specific hydrocarbon streams, but the disclosure herein may be readily applied to other hydrocarbon streams not specifically listed herein. The caustic treatment process may be suitable for treating any hydrocarbon feed, including, but not limited to, hydrocarbons such as alkanes, alkenes, alkynes, and aromatics. The hydrocarbons may include any chain length hydrocarbons, for example, from about C3 to about C30 , or greater, and may include any amount of branching. Some representative hydrocarbon feeds may include, but are not limited to, crude oil, propane, LPG, butane, light naphtha, isomerates, heavy naphtha, reformate, jet fuel, kerosene, diesel, hydrotreating distillates, heavy vacuum gas oil, light vacuum gas oil, gas oil, coker gas oil, alkylates, fuel oil, light cycle oil, and combinations thereof. Some non-limiting examples of hydrocarbon streams may include crude oil distillation unit streams such as light naphtha, heavy naphtha, jet fuel, and kerosene, fluid catalytic cracker or resid catalytic cracker gasoline, or natural gasoline from RCC, NGL fractionation, and gas condensates.

メルカプタン硫黄を抽出する方法は、水酸化物を含む苛性剤流と炭化水素流を接触させること、および苛性剤流中の水酸化物と炭化水素流のメルカプタン硫黄含有物の少なくとも一部を反応させることを含み得る。水酸化物は、メルカプタン硫黄と反応できる任意の水酸化物であり得る。いくつかの代表的な水酸化物は、例えばNaOH、KOH、RbOH、CsOH、Ca(OH)、およびMg(OH)などの第I族および第II族の水酸化物を含み得る。水酸化物は、特定の用途に適した濃度、一般に約5wt.%から飽和までかつ飽和を含む濃度で水性溶液中に存在してよい。 A method for extracting mercaptan sulfur may include contacting a hydrocarbon stream with a caustic stream containing hydroxides and reacting at least a portion of the mercaptan sulfur content of the hydrocarbon stream with the hydroxides in the caustic stream. The hydroxides may be any hydroxide capable of reacting with mercaptan sulfur. Some representative hydroxides may include Group I and Group II hydroxides, such as, for example, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH) 2 , and Mg(OH) 2 . The hydroxides may be present in the aqueous solution at a concentration suitable for the particular application, typically from about 5 wt.% up to and including saturation.

水酸化物およびメルカプタン硫黄の一般化された反応は、反応1で示され、ここでメルカプタン硫黄(RSH)は、水酸化物(XOH)と反応して、対応するメルカプチド(RSX)および水を形成し、式中、Xは、第I族または第II族のカチオンである。 The generalized reaction of hydroxides and mercaptan sulfurs is shown in Reaction 1, where mercaptan sulfur (RSH) reacts with hydroxide (XOH) to form the corresponding mercaptide (RSX) and water, where X is a Group I or Group II cation.

Figure 0007693812000001
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上で議論したように、水酸化物と反応されるメルカプタン硫黄の分子量に応じて、生成されるメルカプタン硫黄の一部は、苛性剤流の水性部分に溶解する場合がある。メルカプタン硫黄が苛性剤流と反応されると、水、残留水酸化物、および可溶性成分を含む「使用済み苛性剤」または「濃厚な苛性剤」溶液が生成され得る。使用済み苛性剤は、再生されて、反応1に戻しリサイクルするために、メルカプチド含有量が低下された希薄苛性剤を形成する。再生の1つのプロセスは、酸素または空気を使用済み苛性剤と混合すること、および得られる混合物を触媒と接触させて苛性剤流を再生することを含み得る。再生の一般化されたプロセスは、反応2で示され、ここでメルカプチド(RSX)は、触媒の存在下で水および酸素と反応して、ジスルフィド油(DSO)とも呼ばれるジスルフィド(RSSR)、苛性剤、および水を生成する。 As discussed above, depending on the molecular weight of the mercaptan sulfur reacted with the hydroxide, some of the mercaptan sulfur produced may dissolve in the aqueous portion of the caustic stream. When the mercaptan sulfur is reacted with the caustic stream, a "spent caustic" or "rich caustic" solution may be produced that contains water, residual hydroxide, and soluble components. The spent caustic is regenerated to form a lean caustic with reduced mercaptide content for recycling back to reaction 1. One process of regeneration may include mixing oxygen or air with the spent caustic and contacting the resulting mixture with a catalyst to regenerate the caustic stream. A generalized process of regeneration is shown in reaction 2, where the mercaptide (RSX) reacts with water and oxygen in the presence of a catalyst to produce disulfide (RSSR), also called disulfide oil (DSO), caustic, and water.

Figure 0007693812000002
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上で議論したように、メルカプタン硫黄の処理での課題の1つは、反応の程度に関して問題があることであり、それによりメルカプタン硫黄濃度が、得られる生成物流が規格通りであるのに必要とされるレベルに低下されない。UOP Merox(商標)などの、抽出器セクションおよび酸化セクションを利用するユニットにおいて、触媒は、ユニットの抽出および酸化セクションを通って循環する苛性剤流中に分配される場合がある。甘味付与ユニットにおいて、触媒は、反応器内の固定床に含まれ得る。触媒は、炭または活性炭に含浸される場合があり、そこで触媒ベッドは、苛性溶液で湿る場合がある。いずれの場合でも、触媒は、十分な触媒活性を有しない場合がある、および/または反応器内の滞留時間は、メルカプチドを効果的に酸化するには短すぎる場合がある。本明細書で開示される触媒カーボンファイバーの代表的な使用の1つは、ジスルフィド油を生成するためにメルカプチドの酸化で現在利用される従来の酸素化触媒を置き換えることである。以下に詳細に議論されるように、触媒カーボンファイバーは、メルカプチドの酸化に対して高い反応性を示し、メルカプチド酸化反応器での使用に十分適する所望の物理的性質を有する。 As discussed above, one of the challenges in processing mercaptan sulfur is that there are problems with the extent of reaction, whereby the mercaptan sulfur concentration is not reduced to the level required for the resulting product stream to be on specification. In units utilizing an extractor section and an oxidation section, such as the UOP Merox™, the catalyst may be distributed in the caustic stream circulating through the extraction and oxidation sections of the unit. In sweetening units, the catalyst may be contained in a fixed bed in the reactor. The catalyst may be impregnated in charcoal or activated carbon, where the catalyst bed may be wetted with a caustic solution. In either case, the catalyst may not have sufficient catalytic activity and/or the residence time in the reactor may be too short to effectively oxidize the mercaptides. One representative use of the catalytic carbon fibers disclosed herein is to replace conventional oxygenation catalysts currently utilized in the oxidation of mercaptides to produce disulfide oils. As discussed in detail below, the catalytic carbon fibers exhibit high reactivity towards the oxidation of mercaptides and have desirable physical properties that make them well suited for use in mercaptide oxidation reactors.

メルカプチドの酸化に適切な多種多様なプロセス条件があり得、その正確な条件は、炭化水素供給物に応じて変わり得る。より軽質の炭化水素について、操作圧力は、液相操作を確実にするために泡立ち点よりも僅かに高くなるように制御され得る。比較的より重質の炭化水素について、圧力は、酸化セクションで溶解された空気を維持するように設定されてよい。操作温度はまた、約20℃~約100℃の温度範囲の一般条件で炭化水素供給物に基づき選択され得る。 There may be a wide variety of process conditions suitable for the oxidation of mercaptides, the exact conditions of which may vary depending on the hydrocarbon feed. For lighter hydrocarbons, the operating pressure may be controlled to be slightly above the bubble point to ensure liquid phase operation. For relatively heavier hydrocarbons, the pressure may be set to maintain dissolved air in the oxidation section. The operating temperature may also be selected based on the hydrocarbon feed, with general conditions ranging from about 20°C to about 100°C.

図1は、メルカプチド酸化において触媒カーボンファイバーを利用する、炭化水素脱硫プロセス100の1つの実施形態を説明する。図1において、メルカプタン硫黄化合物を含む炭化水素供給物102は、逆流複数ステージ苛性処理セクションで処理され得る。希薄苛性剤104は、最後のステージ108に供給されてよく、そこで希薄苛性剤は、第1のステージ106で最初に処理された後で最後のステージ108に入る炭化水素からメルカプタンを抽出する。苛性剤は、最後のステージ108から流れ110として除去され、第1のステージ106に供給され、炭化水素供給物102と接触され得る。使用済み苛性剤流112は、第1のステージ106から引き出されてよく、処理済み炭化水素114は、最後のステージ108から引き出され得る。苛性処理セクションの特定のデザインは、本開示の触媒カーボンファイバーの機能性に重要でないが、1つのデザインは、図1で概略的に説明されるような逆流構成で操作する段階的接触器を含み得、別のデザインは、苛性処理溶液中への炭化水素供給物102からのメルカプタンの物質移動を支援するために、繊維フィルム液体-液体接触器を使用する。 FIG. 1 illustrates one embodiment of a hydrocarbon desulfurization process 100 utilizing catalytic carbon fiber in mercaptide oxidation. In FIG. 1, a hydrocarbon feed 102 containing mercaptan sulfur compounds may be processed in a countercurrent multi-stage caustic processing section. Lean caustic 104 may be fed to a final stage 108 where it extracts mercaptans from the hydrocarbons that enter the final stage 108 after being initially processed in a first stage 106. Caustic may be removed from the final stage 108 as stream 110 and fed to the first stage 106 for contact with the hydrocarbon feed 102. A spent caustic stream 112 may be withdrawn from the first stage 106 and treated hydrocarbons 114 may be withdrawn from the final stage 108. The particular design of the caustic treatment section is not critical to the functionality of the catalytic carbon fibers of the present disclosure, but one design may include staged contactors operating in a counter-flow configuration as illustrated generally in FIG. 1, and another design uses a fiber film liquid-liquid contactor to assist in the mass transfer of mercaptans from the hydrocarbon feed 102 into the caustic treatment solution.

第1のステージ106および酸化剤118から引き出された使用済み苛性剤112は、酸化セクション116に供給されてよい。酸化剤118は、空気、酸素、過酸化水素、または任意の他の酸素含有ガスもしくは酸素を放出する化合物を含む、任意の適切な酸化剤を含み得る。酸化セクション116は、使用済み苛性剤112に存在するメルカプチドを酸化してジスルフィド油を形成できる、本明細書で開示される触媒カーボンファイバーを含んでよい。使用済み苛性剤112中のメルカプチド、水、および酸素は、触媒カーボンファイバーの存在下で反応2にしたがい反応して、ジスルフィド油、再生苛性剤、および水を生成する。再生苛性剤は、再生苛性剤流118として排出され得、ジスルフィド油は、ジスルフィド流124として排出され得る。残留気体状炭化水素、空気、酸素、または他の気体を含むオフガススチーム126は、酸化セクション116から引き出され、さらなる処理のための下流のユニットまたは必要があればフレアまで送られてよい。 The spent caustic 112 withdrawn from the first stage 106 and the oxidizer 118 may be fed to the oxidation section 116. The oxidizer 118 may include any suitable oxidizer, including air, oxygen, hydrogen peroxide, or any other oxygen-containing gas or compound that releases oxygen. The oxidation section 116 may include catalytic carbon fiber as disclosed herein that can oxidize mercaptides present in the spent caustic 112 to form disulfide oil. The mercaptides, water, and oxygen in the spent caustic 112 react in the presence of the catalytic carbon fiber according to reaction 2 to produce disulfide oil, regenerated caustic, and water. The regenerated caustic may be discharged as a regenerated caustic stream 118, and the disulfide oil may be discharged as a disulfide stream 124. An off-gas steam 126 containing residual gaseous hydrocarbons, air, oxygen, or other gases is withdrawn from the oxidation section 116 and may be sent to downstream units for further processing or to a flare if desired.

酸化セクション116内の状態は炭化水素および酸化剤の組み合わせを有する爆発性の混合物を形成する助けになり得るので、酸化セクション116に存在する気体が爆発下限界(LEL)未満であるかまたは爆発上限界(UEL)を超えるように酸化セクション116を操作することが望ましいことがある。気体流120が場合によっては、LEL/UEL状態が維持されるように酸化セクション116中に導入されてよい。気体流120は、燃料ガス、不活性ガス、またはLEL/UELを制御するための任意の他の適切な気体を含み得る。別の代替物は、酸化セクション116中への溶媒流122を含んでよい。溶媒流122は、任意の源由来であり得るが、ジスルフィド油をほとんど含まないか、全く含まないことが好ましい。溶媒流122は、酸化セクション116に入る前に使用済み苛性剤流112と混合されるか、それは酸化セクション116の底に別の流れとして注入されてよい。溶媒は、メルカプタンの酸化後に苛性溶液からのジスルフィド油の分離を支援するナフサおよび灯油などの任意の軽質炭化水素または軽質炭化水素の混合物であり得る。ジスルフィド油は、使用済み苛性剤112の水性部分と比較して、DSO中でより高い溶解性を有している場合があり、それらの溶解性の差がDSOでの抽出の駆動力を提供する。溶媒が利用される実施例において、溶媒は、ジスルフィド流124のジスルフィド油とともに引き出されてよい。 Because conditions within the oxidation section 116 may be conducive to forming explosive mixtures with the combination of hydrocarbons and oxidizer, it may be desirable to operate the oxidation section 116 so that the gas present therein is below the lower explosive limit (LEL) or above the upper explosive limit (UEL). A gas stream 120 may be introduced into the oxidation section 116 in some cases so that LEL/UEL conditions are maintained. The gas stream 120 may include a fuel gas, an inert gas, or any other suitable gas for controlling the LEL/UEL. Another alternative may include a solvent stream 122 into the oxidation section 116. The solvent stream 122 may be from any source, but preferably contains little or no disulfide oil. The solvent stream 122 may be mixed with the spent caustic stream 112 before entering the oxidation section 116, or it may be injected as a separate stream into the bottom of the oxidation section 116. The solvent can be any light hydrocarbon or mixture of light hydrocarbons, such as naphtha and kerosene, that aids in the separation of the disulfide oil from the caustic solution after oxidation of the mercaptans. The disulfide oil may have a higher solubility in DSO compared to the aqueous portion of the spent caustic 112, and these solubility differences provide the driving force for extraction in the DSO. In embodiments where a solvent is utilized, the solvent may be drawn off along with the disulfide oil in the disulfide stream 124.

いくつかの実施例において、再生苛性剤流118は、溶媒洗浄セクション128でさらに精製されてよく、それにより溶媒流130は、再生苛性剤流118に接触して再生苛性剤流118からDSOをさらに除去する。使用済み苛性剤流132は、溶媒洗浄セクション128から引き出され、新しい苛性剤流134からの追加の新しい苛性剤が添加されて、希薄苛性剤104を形成し得る。 In some embodiments, the regenerated caustic stream 118 may be further purified in a solvent wash section 128, whereby a solvent stream 130 contacts the regenerated caustic stream 118 to further remove DSO from the regenerated caustic stream 118. A spent caustic stream 132 may be withdrawn from the solvent wash section 128 and additional fresh caustic from a fresh caustic stream 134 may be added to form the diluted caustic 104.

図2は、本明細書に記載の触媒カーボンファイバーを含む炭化水素脱硫容器200の1つの実施形態を説明する。説明されるように、炭化水素脱硫容器200は、ファイバー束204を含む苛性処理セクション202および触媒カーボンファイバー208を含む酸化セクション206を含む。導管210は、苛性処理セクション202を酸化セクション206から物理的に分離しかつ流体が通過するための流路を提供し得るファイバー束204を含む苛性処理セクション202を含んでよい。触媒カーボンファイバー208を含む酸化セクション206は、導管210と容器200の壁の間に形成される環状空間に配置されてよい。 2 illustrates one embodiment of a hydrocarbon desulfurization vessel 200 including catalytic carbon fibers as described herein. As illustrated, the hydrocarbon desulfurization vessel 200 includes a caustic treatment section 202 including a fiber bundle 204 and an oxidation section 206 including catalytic carbon fibers 208. A conduit 210 may include the caustic treatment section 202 including the fiber bundle 204 that may physically separate the caustic treatment section 202 from the oxidation section 206 and provide a flow path for fluid to pass through. The oxidation section 206 including the catalytic carbon fibers 208 may be disposed in the annular space formed between the conduit 210 and the wall of the vessel 200.

処理されるメルカプタン硫黄化合物を含む炭化水素供給物212は、酸化剤214と混合され、導管210に導入されてよい。いくつかの実施例において、スパージャー218を利用して、炭化水素供給物21中に酸化剤214を分布させてよい。酸化剤214は、空気、酸素、過酸化水素、または酸素を放出する任意の他の酸素含有気体もしくは化合物を含む、任意の適切な酸化剤を含み得る。一般に、導入される酸化剤214の量は、炭化水素供給物212に存在するすべてのメルカプタン硫黄化合物を酸化するのに十分であるべきである。炭化水素/酸化剤供給物が導管210中に導入されると、それは、導管210を通って流れ、ファイバー束204に接触する。苛性剤流220は、炭化水素供給物/酸化剤供給物がファイバー束204に接触する前に苛性剤流220と混合されるように導管210に導入されてよい。いくつかの実施例において、炭化水素供給物212からの炭化水素相と苛性剤流220からの水相の間の接触を強化するために、苛性剤流220から苛性剤を分散させることが望ましい場合がある。そのような実施例において、ライン222は、ファイバー束204の上に配置される分配器224に接続され得、それにより苛性剤流220は、ライン222を介して分配器224に接続し、炭化水素/酸化剤供給物は、ファイバー束204の上の苛性剤流220からの苛性剤と混合され得る。 The hydrocarbon feed 212 containing the mercaptan sulfur compounds to be treated may be mixed with the oxidant 214 and introduced into the conduit 210. In some embodiments, a sparger 218 may be utilized to distribute the oxidant 214 throughout the hydrocarbon feed 21. The oxidant 214 may include any suitable oxidant, including air, oxygen, hydrogen peroxide, or any other oxygen-containing gas or compound that releases oxygen. Generally, the amount of oxidant 214 introduced should be sufficient to oxidize all of the mercaptan sulfur compounds present in the hydrocarbon feed 212. Once the hydrocarbon/oxidant feed is introduced into the conduit 210, it flows through the conduit 210 and contacts the fiber bundle 204. A caustic stream 220 may be introduced into the conduit 210 such that the hydrocarbon feed/oxidant feed is mixed with the caustic stream 220 before contacting the fiber bundle 204. In some embodiments, it may be desirable to disperse the caustic from the caustic stream 220 to enhance contact between the hydrocarbon phase from the hydrocarbon feed 212 and the aqueous phase from the caustic stream 220. In such embodiments, the line 222 may be connected to a distributor 224 disposed above the fiber bundle 204, such that the caustic stream 220 connects to the distributor 224 via the line 222 and the hydrocarbon/oxidant feed may be mixed with the caustic from the caustic stream 220 above the fiber bundle 204.

いずれかの実施例において、炭化水素/酸化剤供給物および苛性剤流220からの苛性剤は、ファイバー束204に接触してよく、それは、水性苛性剤がファイバー束204の個々のファイバーを湿らせるようにする。水性苛性溶液は、ファイバー204上でフィルムを形成し、それは、炭化水素が同じ導管を通過することにより、導管210を通って下流に引きずり込まれる。両方の液体は、容器200の分離ゾーン226に排出されてよい。炭化水素の体積は、水性苛性剤が炭化水素よりも低い体積流量でファイバー束を通過するため、より大きいであろう。ファイバー上の水性苛性剤フィルムについて炭化水素の相対的な移動の間に、炭化水素と水性苛性溶液の間の新規境界面は、連続的に形成され、結果として新しい水性苛性溶液が、この表面と接触するようになり、炭化水素中のメルカプタン硫黄またはフェノール類、ナフテン酸および他の有機酸などの他の不純物と反応することを可能にされる。炭化水素供給物に存在するメルカプタン硫黄は、反応1に示すように苛性剤と反応してメルカプチドを生成し得る。 In either embodiment, caustic from the hydrocarbon/oxidant feed and caustic stream 220 may contact the fiber bundle 204, which causes the aqueous caustic to wet the individual fibers of the fiber bundle 204. The aqueous caustic solution forms a film on the fibers 204, which is dragged downstream through conduit 210 by the hydrocarbon passing through the same conduit. Both liquids may be discharged to a separation zone 226 of the vessel 200. The volume of the hydrocarbon will be greater because the aqueous caustic passes through the fiber bundle at a lower volumetric flow rate than the hydrocarbon. During the relative movement of the hydrocarbon with respect to the aqueous caustic film on the fibers, new interfaces between the hydrocarbon and the aqueous caustic solution are continually formed, and as a result new aqueous caustic solution comes into contact with this surface and is allowed to react with the mercaptan sulfur in the hydrocarbon or other impurities such as phenols, naphthenic acids and other organic acids. The mercaptan sulfur present in the hydrocarbon feed may react with the caustic to produce mercaptides as shown in reaction 1.

分離ゾーン226において、水性苛性溶液および炭化水素は、容器200の下方部分において収集され、炭化水素相228および苛性剤相230へと分離されてよい。容器200内の境界面232は、水性苛性フィルムが炭化水素相228に分散されることなく容器200の底で直接収集され得るように、ファイバー束204の下流端の底の上のレベルで維持されてよい。充填されたベッドに詰まりを生じ得るほとんどのフェノラートまたはナフテン酸不純物はこのように、苛性剤相の炭化水素から除去される。これは、酸化効率を高めるだけでなく、また維持費用を削減する。しかし、いくらかの不純物が、炭化水素中に残る場合があり、これは、酸化セクション206において苛性溶液でさらに処理する必要がある。苛性剤相230は、ポンプ234を介して容器200から引き出されてよく、苛性剤流220を介して導管210に戻されてよい。容器200内の境界面232の高さは、レベルセンサ、レベル制御装置、およびパージバルブを含むレベル制御システム236により制御されてよく、境界面232をファイバー束204の下流端より上のレベルで維持するように構成されてよい。 In the separation zone 226, the aqueous caustic solution and the hydrocarbons may be collected in the lower portion of the vessel 200 and separated into a hydrocarbon phase 228 and a caustic phase 230. The interface 232 in the vessel 200 may be maintained at a level above the bottom of the downstream end of the fiber bundle 204 so that the aqueous caustic film may be collected directly at the bottom of the vessel 200 without being dispersed in the hydrocarbon phase 228. Most of the phenolate or naphthenic acid impurities that may cause plugging of the packed bed are thus removed from the hydrocarbons in the caustic phase. This not only increases the oxidation efficiency but also reduces maintenance costs. However, some impurities may remain in the hydrocarbons, which need to be further treated with the caustic solution in the oxidation section 206. The caustic phase 230 may be withdrawn from the vessel 200 via a pump 234 and returned to the conduit 210 via the caustic stream 220. The height of the interface 232 within the vessel 200 may be controlled by a level control system 236, including a level sensor, a level controller, and a purge valve, and may be configured to maintain the interface 232 at a level above the downstream end of the fiber bundle 204.

分離ゾーン226から、炭化水素相228は、酸化セクション206中へと上向きに流れてよく、それにより炭化水素相228は、触媒カーボンファイバー208に接触する。追加の苛性剤が、必要であれば、ライン238を介して酸化セクション206に導入されてよい。分配グリッドが、ライン238から酸化セクション206中へと苛性剤を分配する酸化セクション206に存在してよい。酸化セクション206において、メルカプチド、水、および酸素は、触媒カーボンファイバーの存在下で反応2にしたがって反応して、ジスルフィド油、再生苛性剤、および水を生成してよく、それらは酸化セクション206を通って上向きに流れ得る。追加の苛性剤および炭化水素は、酸化セクション206を通って接触し、同時に流れ得る。触媒カーボンファイバーの上端で、追加の苛性剤は、分離セクション240においてチムニータイプのトレイなどの液体分離装置により炭化水素から分離されてよい。チムニータイプのトレイが示されるが、例えば、越流堰などの使用できる多くの代わりのタイプの液体分離器がある。追加の水酸化物は、分離セクション240で収集されてよく、かつ酸化セクション206に再度導入される流れ242として排出され得る。メイクアップ苛性剤244は、断続的に添加されてよく、苛性剤のパージが、必要に応じて利用されてよい。炭化水素生成物246は、分離セクション240の頂部から引き出され得る。容器200中で増大するオフガスは、ライン248を通って排出され、下流のユニットで処理されてよい。 From the separation zone 226, the hydrocarbon phase 228 may flow upward into the oxidation section 206, whereby the hydrocarbon phase 228 contacts the catalytic carbon fibers 208. Additional caustic may be introduced into the oxidation section 206 via line 238, if necessary. A distribution grid may be present in the oxidation section 206 that distributes the caustic from line 238 into the oxidation section 206. In the oxidation section 206, the mercaptides, water, and oxygen may react according to reaction 2 in the presence of the catalytic carbon fibers to produce disulfide oil, regenerated caustic, and water, which may flow upward through the oxidation section 206. The additional caustic and the hydrocarbon may contact and flow simultaneously through the oxidation section 206. At the top of the catalytic carbon fibers, the additional caustic may be separated from the hydrocarbons by a liquid separation device, such as a chimney-type tray, in the separation section 240. Although a chimney-type tray is shown, there are many alternative types of liquid separators that can be used, such as, for example, overflow weirs. Additional hydroxides may be collected in separation section 240 and discharged as stream 242 that is reintroduced to oxidation section 206. Make-up caustic 244 may be added intermittently and a caustic purge may be utilized as needed. Hydrocarbon product 246 may be withdrawn from the top of separation section 240. Off-gas that builds up in vessel 200 may be discharged through line 248 and processed in downstream units.

図3は、本明細書に記載の触媒カーボンファイバーを含む炭化水素脱硫容器300の別の実施形態を説明する。図3は、炭化水素供給物302、酸化剤304、苛性剤流306、および場合により溶媒流308が酸化セクション310中に導入される、単一容器内で実行されるプロセスを説明する。酸化剤304は、空気、酸素、過酸化水素、または酸素を放出する任意の他の酸素含有気体もしくは化合物を含む、任意の適切な酸化剤を含み得る。流れのそれぞれは、酸化セクション310中にフィーを分配し得る分配器312を通って容器300中に導入されてよい。酸化セクション310は、分配器312からの供給物を受け取るように配置される触媒カーボンファイバー314を含む。 3 illustrates another embodiment of a hydrocarbon desulfurization vessel 300 including catalytic carbon fibers as described herein. FIG. 3 illustrates a process carried out in a single vessel in which a hydrocarbon feed 302, an oxidant 304, a caustic stream 306, and optionally a solvent stream 308 are introduced into an oxidation section 310. The oxidant 304 may include any suitable oxidant, including air, oxygen, hydrogen peroxide, or any other oxygen-containing gas or compound that releases oxygen. Each of the streams may be introduced into the vessel 300 through a distributor 312 that may distribute the feed into the oxidation section 310. The oxidation section 310 includes catalytic carbon fibers 314 positioned to receive the feed from the distributor 312.

酸化セクション310において、炭化水素供給物302からの炭化水素および苛性剤流306からの苛性剤は、触媒カーボンファイバー314に接触してよく、それは、水性苛性剤が触媒カーボンファイバー314の個々のファイバーを湿らせるようにさせる。水性苛性溶液は、触媒カーボンファイバー314上にフィルムを形成し、それは、容器300を介する炭化水素の通過により、酸化ゾーン310を通って下流に引きずり込まれる。ファイバー上の水性苛性剤フィルムについて炭化水素の相対的な移動の間に、炭化水素と水性苛性溶液の間の新規境界面が、連続的に形成され、結果として新しい水性苛性溶液が、この表面と接触するようになり、炭化水素中のメルカプタン硫黄またはフェノール類、ナフテン酸および他の有機酸などの他の不純物と反応することを可能にされる。炭化水素供給物中に存在するメルカプタン硫黄は、反応1に示すように苛性剤と反応されてメルカプチドを生成し得る。生成されたメルカプチドは、触媒カーボンファイバー314の存在下で反応2に示すように酸化剤304により提供される酸素とさらに反応して、ジスルフィド油、再生苛性剤、および水を生成し得る。 In the oxidation section 310, the hydrocarbons from the hydrocarbon feed 302 and the caustic from the caustic stream 306 may contact the catalytic carbon fibers 314, which causes the aqueous caustic to wet the individual fibers of the catalytic carbon fibers 314. The aqueous caustic solution forms a film on the catalytic carbon fibers 314, which is dragged downstream through the oxidation zone 310 by the passage of the hydrocarbons through the vessel 300. During the relative movement of the hydrocarbons with respect to the aqueous caustic film on the fibers, new interfaces between the hydrocarbons and the aqueous caustic solution are continually formed, such that new aqueous caustic solution comes into contact with this surface and is allowed to react with the mercaptan sulfur in the hydrocarbons or other impurities such as phenols, naphthenic acids and other organic acids. The mercaptan sulfur present in the hydrocarbon feed may react with the caustic to produce mercaptides as shown in reaction 1. The generated mercaptides can further react with oxygen provided by oxidant 304 in the presence of catalytic carbon fiber 314 to generate disulfide oil, regenerated caustic, and water, as shown in reaction 2.

酸化セクション310内で生じるジスルフィド油へのメルカプチドの酸化は、連続相の苛性剤、苛性剤相に分散された非連続相の有機(ジスルフィド油、および存在する場合は溶媒)液滴、および気体(空気からの窒素および未反応酸素)で構成される混合物をもたらし得る。生成物、未反応反応物質、および不活性種の混合物は、酸化セクション310を出て、ファイバー束318に接触し、分離セクション316中へと流れ得る。ファイバー束は、以前説明されたように相分離を促進し得る。分離セクション316において、水性苛性剤および炭化水素は、分離セクション316の下方部分で収集され、炭化水素相320、苛性剤相322、および気相324へと分離されてよい。酸化剤304からの気体は、ファイバー束318の出口で液体流から離れ、オフガス328としてミスト除去装置326を通って出ていく。2つの非混和性液体は、単一の流れとして、ファイバー束318に沿って下向きに流れ、その間、有機炭化水素液滴は、合体し炭化水素相320を形成し、一方で水性苛性剤は、ファイバーに付着し、さらに下方に流れて苛性剤相322を形成する。 The oxidation of mercaptides to disulfide oils occurring in the oxidation section 310 may result in a mixture consisting of continuous phase caustic, discontinuous phase organic (disulfide oil and solvent, if present) droplets dispersed in the caustic phase, and gas (nitrogen and unreacted oxygen from air). The mixture of products, unreacted reactants, and inert species may exit the oxidation section 310, contact the fiber bundle 318, and flow into the separation section 316. The fiber bundle may promote phase separation as previously described. In the separation section 316, the aqueous caustic and hydrocarbons may be collected in the lower portion of the separation section 316 and separated into a hydrocarbon phase 320, a caustic phase 322, and a gas phase 324. Gas from the oxidizer 304 leaves the liquid stream at the outlet of the fiber bundle 318 and exits through the mist eliminator 326 as off-gas 328. The two immiscible liquids flow downward along the fiber bundle 318 as a single stream, while the organic hydrocarbon droplets coalesce to form a hydrocarbon phase 320, while the aqueous caustic adheres to the fibers and flows further down to form a caustic phase 322.

炭化水素供給物302からの炭化水素ならびに、存在する場合、生成されたジスルフィド油および溶媒を含む炭化水素相320は、流れ330として引き出され得る。苛性剤相322は、残存するジスルフィド油を含み、それは、苛性剤が容器300内でリサイクルされる前にさらに還元されてよい。苛性剤相322は、流れ332として引き出されてよく、それは、ファイバー束338に接触し分離セクション336中に流れる前に新しい溶媒流334と混合されてよい。分離セクション336において、苛性剤相322からの水性苛性剤および溶媒流334からの溶媒は、分離セクション336の下方部分で収集され、溶媒相340および苛性剤相342で分離されてよい。溶媒相340は、ファイバー束338を通って流れた後で、苛性剤相322に存在する任意の残留ジスルフィド油の大部分を含み得る。溶媒相340は、溶媒流308として容器300に引き出され、リサイクルされてよい。苛性剤相342は、流れ344として引き出され、リサイクルされてよい。 A hydrocarbon phase 320, including the hydrocarbons from the hydrocarbon feed 302 and the generated disulfide oil and solvent, if present, may be withdrawn as stream 330. A caustic phase 322 includes the remaining disulfide oil, which may be further reduced before the caustic is recycled in the vessel 300. The caustic phase 322 may be withdrawn as stream 332, which may be mixed with a fresh solvent stream 334 before contacting the fiber bundle 338 and flowing into a separation section 336. In the separation section 336, the aqueous caustic from the caustic phase 322 and the solvent from the solvent stream 334 may be collected in the lower portion of the separation section 336 and separated into a solvent phase 340 and a caustic phase 342. The solvent phase 340 may include most of any residual disulfide oil present in the caustic phase 322 after flowing through the fiber bundle 338. The solvent phase 340 may be withdrawn as solvent stream 308 to the vessel 300 and recycled. The caustic phase 342 may be withdrawn as stream 344 and recycled.

図4は、酸化ゾーン404に配置される触媒カーボンファイバー402を含む独立型の苛性剤再生ユニット400を説明する。使用済み苛性剤流406は、酸化剤408と混合され、分配器410を通って苛性剤再生ユニット400に導入されてよい。使用済み苛性剤流は、本明細書ですでに説明されたものを含む、任意のユニットからのものであり得、それは、使用済み苛性剤およびメルカプチドを含む。酸化剤408は、空気、酸素、過酸化水素、または酸素を放出する任意の他の酸素含有気体もしくは化合物を含む、任意の適切な酸化剤を含み得る。酸化剤408および使用済み苛性剤流406の混合物は、触媒カーボンファイバーに接触する場合があり、それは、水性苛性剤が触媒カーボンファイバー402の個々のファイバーを湿らせるようにさせる。苛性剤流406中に存在するメルカプチドは、触媒カーボンファイバー402の存在下で反応2に示すように酸化剤408により提供される酸素とさらに反応して、ジスルフィド油、再生苛性剤、および水を生成し、それらは触媒カーボンファイバー402に沿って上向きに流れる。得られるジスルフィド油、再生苛性剤、またはその両方は、流れ412として再生ユニット400から引き出され得る。1つの流れとして図4で説明されるが、流れ412は、水相および油性相が別個に引き出される、以前の図面中などの、2つのまたはそれより多い流れであり得る。オフガス414がまた、苛性剤再生ユニット400から引き出されてよい。 4 illustrates a stand-alone caustic regeneration unit 400 including catalytic carbon fibers 402 disposed in an oxidation zone 404. A spent caustic stream 406 may be mixed with an oxidizer 408 and introduced into the caustic regeneration unit 400 through a distributor 410. The spent caustic stream may be from any unit, including those previously described herein, that includes spent caustic and mercaptides. The oxidizer 408 may include any suitable oxidizer, including air, oxygen, hydrogen peroxide, or any other oxygen-containing gas or compound that releases oxygen. The mixture of the oxidizer 408 and the spent caustic stream 406 may contact the catalytic carbon fibers, which causes the aqueous caustic to wet the individual fibers of the catalytic carbon fibers 402. The mercaptides present in the caustic stream 406 further react with oxygen provided by the oxidant 408 in the presence of the catalytic carbon fiber 402 as shown in reaction 2 to produce disulfide oil, regenerated caustic, and water, which flow upward along the catalytic carbon fiber 402. The resulting disulfide oil, regenerated caustic, or both, may be withdrawn from the regeneration unit 400 as stream 412. Although illustrated in FIG. 4 as one stream, stream 412 may be two or more streams, such as in previous figures, where the aqueous and oily phases are withdrawn separately. Off-gas 414 may also be withdrawn from the caustic regeneration unit 400.

図5aは、酸化ゾーン504に配置される触媒ファイバー502を含む独立型の苛性剤再生ユニット500を説明する。メルカプチドおよび/またはスルフィドを含む、濃厚な苛性剤流506は、容器の頂部に入る。酸化剤508は、分配器トレイ510の上に入る。酸化剤508は、空気、酸素、過酸化水素、または酸素を放出する任意の他の酸素含有気体もしくは化合物を含む、任意の適切な酸化剤を含み得る。分配器トレイの1つの例が、図5bに示されるが、他のバリエーションも同様に適用されてよい。分配器トレイ510で、溶媒流520はまた、分配器トレイ510の上に導入されてよい。分配器トレイ510は、これらの相を触媒ファイバー502に分配する。いくつかの実施形態において、ライザ管516が、分配器トレイ510の上に配置されてよい。少なくとも酸化剤508および濃厚な苛性剤流506の混合物は、触媒カーボンファイバー502に接触してよく、それは、水性苛性剤が触媒カーボンファイバー502の個々のファイバーを湿らせるようにさせる。苛性剤流506中に存在するメルカプチドは、触媒カーボンファイバー502の存在下で反応2に示すように酸化剤508により提供される酸素とさらに反応して、ジスルフィド油、再生苛性剤、および水を生成し、それらは触媒カーボンファイバー502に沿って下向きに流れる。得られるジスルフィド油、再生苛性剤、またはその両方は、流れ512として再生ユニット500から引き出され得る。1つの流れとして図5で説明されるが、流れ512は、水相および油性相が別個に引き出される、以前の図面中などの、2つのまたはそれより多い流れであり得る。オフガス514がまた、苛性剤再生ユニット500から引き出されてよい。図5bは、流体が分配器トレイ510を通って流れることを可能にするライザ管516および穴518を有する分配器トレイ510の上面図を示す。 Figure 5a illustrates a stand-alone caustic regeneration unit 500 including catalytic fibers 502 disposed in an oxidation zone 504. A rich caustic stream 506, including mercaptides and/or sulfides, enters the top of the vessel. An oxidizer 508 enters above a distributor tray 510. The oxidizer 508 may include any suitable oxidizer, including air, oxygen, hydrogen peroxide, or any other oxygen-containing gas or compound that releases oxygen. One example of a distributor tray is shown in Figure 5b, but other variations may apply as well. At the distributor tray 510, a solvent stream 520 may also be introduced above the distributor tray 510. The distributor tray 510 distributes these phases to the catalytic fibers 502. In some embodiments, a riser pipe 516 may be disposed above the distributor tray 510. A mixture of at least the oxidant 508 and the rich caustic stream 506 may contact the catalytic carbon fibers 502, which causes the aqueous caustic to wet the individual fibers of the catalytic carbon fibers 502. The mercaptides present in the caustic stream 506 may further react with oxygen provided by the oxidant 508 in the presence of the catalytic carbon fibers 502 as shown in reaction 2 to produce disulfide oil, regenerated caustic, and water, which flow downwardly along the catalytic carbon fibers 502. The resulting disulfide oil, regenerated caustic, or both may be withdrawn from the regeneration unit 500 as stream 512. Although illustrated in FIG. 5 as one stream, stream 512 may be two or more streams, such as in previous figures, where the aqueous and oily phases are withdrawn separately. Off-gas 514 may also be withdrawn from the caustic regeneration unit 500. FIG. 5b shows a top view of the distributor tray 510 with riser pipes 516 and holes 518 that allow fluid to flow through the distributor tray 510.

したがって、本開示は、流体-流体接触に関し得る、方法、システム、および装置を提供する。方法、システム、および装置は、1つまたは複数の以下のステートメントを含む、本明細書で開示される種々の特徴のいずれかを含み得る。 Accordingly, the present disclosure provides methods, systems, and devices that may relate to fluid-fluid contact. The methods, systems, and devices may include any of the various features disclosed herein, including one or more of the following statements:

ステートメント1。バージンカーボンファイバーを酸化して酸化されたカーボンファイバーを生成すること;酸化されたカーボンファイバーをポリアミン化合物と反応させてアミン修飾されたカーボンファイバーを生成すること;およびアミン修飾されたカーボンファイバーを有機金属系大環状分子と反応させて触媒カーボンファイバーを生成すること、を含む触媒カーボンファイバーを生成する方法。 Statement 1. A method for producing catalytic carbon fiber, comprising: oxidizing virgin carbon fiber to produce oxidized carbon fiber; reacting the oxidized carbon fiber with a polyamine compound to produce an amine-modified carbon fiber; and reacting the amine-modified carbon fiber with an organometallic macrocycle to produce a catalytic carbon fiber.

ステートメント2。酸化のステップが、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ほう酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、ヨウ化水素酸、フルオロアンチモン酸、カルボラン酸、フルオロほう酸、フルオロ硫酸、フッ化水素、トリフリン酸、過塩素酸、酢酸、ギ酸、クエン酸、シュウ酸、酒石酸、およびそれらの組み合わせから選択される酸とカーボンファイバーを接触させることを含む、ステートメント1の方法。 Statement 2. The method of statement 1, wherein the oxidizing step includes contacting the carbon fiber with an acid selected from hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, boric acid, hydrofluoric acid, hydrobromic acid, perchloric acid, hydroiodic acid, fluoroantimonic acid, carborane acid, fluoroboric acid, fluorosulfuric acid, hydrogen fluoride, triflic acid, perchloric acid, acetic acid, formic acid, citric acid, oxalic acid, tartaric acid, and combinations thereof.

ステートメント3。酸化のステップが、約0℃~約150℃の範囲の温度で実行される、ステートメント2の方法。 Statement 3. The method of statement 2, wherein the oxidation step is carried out at a temperature in the range of about 0°C to about 150°C.

ステートメント4。ポリアミン化合物が、C2~C20の炭素長を有する第1級または第2級ポリアミンを含む、ステートメント1~3のいずれかの方法。 Statement 4. The method of any of statements 1-3, wherein the polyamine compound comprises a primary or secondary polyamine having a carbon length of C2-C20.

ステートメント5。ポリアミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、ステートメント1~4のいずれかの方法。 Statement 5. The method of any of statements 1-4, wherein the polyamine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof.

ステートメント6。酸化されたカーボンファイバーをポリアミン化合物と反応させるステップが、約0℃~250℃の範囲の温度で実行される、ステートメント1~5のいずれかの方法。 Statement 6. The method of any of statements 1-5, wherein the step of reacting the oxidized carbon fiber with the polyamine compound is carried out at a temperature in the range of about 0°C to 250°C.

ステートメント7。アミン修飾されたカーボンファイバーを有機金属系大環状分子と反応させるステップが、約0℃~150の範囲の温度で実行される、ステートメント1~6のいずれかの方法。 Statement 7. The method of any of statements 1-6, wherein the step of reacting the amine-modified carbon fiber with the organometallic macrocycle is carried out at a temperature in the range of about 0° C. to 150° C.

ステートメント8。有機金属系大環状分子が、置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含む、ステートメント1~7のいずれかの方法。 Statement 8. The method of any of statements 1-7, wherein the organometallic macrocycle comprises an unsubstituted metallophthalocyanine, a substituted metallophthalocyanine, or a combination thereof.

ステートメント9。置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換される、ステートメント8の方法。 Statement 9. The method of statement 8, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an amine group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, or a combination thereof.

ステートメント10。置換されない金属フタロシアニンまたは置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、ステートメント8の方法。 Statement 10. The method of statement 8, wherein the unsubstituted or substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof.

ステートメント11。バージンカーボンファイバーを酸化して酸化されたカーボンファイバーを生成すること;有機金属系大環状分子をポリアミン化合物と反応させてアミン修飾された有機金属系大環状分子を生成すること;および酸化されたカーボンファイバーをアミン修飾された有機金属系大環状分子と反応させて触媒カーボンファイバーを生成することを含む、触媒カーボンファイバーを生成する方法。 Statement 11. A method of producing catalytic carbon fiber, comprising: oxidizing virgin carbon fiber to produce oxidized carbon fiber; reacting an organometallic macrocycle with a polyamine compound to produce an amine-modified organometallic macrocycle; and reacting the oxidized carbon fiber with the amine-modified organometallic macrocycle to produce catalytic carbon fiber.

ステートメント12。酸化のステップが、塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ほう酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、ヨウ化水素酸、フルオロアンチモン酸、カルボラン酸、フルオロほう酸、フルオロ硫酸、フッ化水素、トリフリン酸、過塩素酸、酢酸、ギ酸、クエン酸、シュウ酸、酒石酸、およびそれらの組み合わせから選択される酸とカーボンファイバーを接触させることを含む、ステートメント11の方法。 Statement 12. The method of statement 11, wherein the oxidizing step includes contacting the carbon fiber with an acid selected from hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, boric acid, hydrofluoric acid, hydrobromic acid, perchloric acid, hydroiodic acid, fluoroantimonic acid, carborane acid, fluoroboric acid, fluorosulfuric acid, hydrogen fluoride, triflic acid, perchloric acid, acetic acid, formic acid, citric acid, oxalic acid, tartaric acid, and combinations thereof.

ステートメント13。ポリアミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、ステートメント11~12のいずれかの方法。 Statement 13. The method of any of statements 11-12, wherein the polyamine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof.

ステートメント14。有機金属系大環状分子が、置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含む、ステートメント11~13のいずれかの方法。 Statement 14. The method of any of statements 11-13, wherein the organometallic macrocycle comprises an unsubstituted metallophthalocyanine, a substituted metallophthalocyanine, or a combination thereof.

ステートメント15。置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換される、ステートメント14の方法。 Statement 15. The method of statement 14, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an amine group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, or a combination thereof.

ステートメント16。置換されない金属フタロシアニンまたは置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、ステートメント14~15の方法。 Statement 16. The method of statements 14-15, wherein the unsubstituted or substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof.

ステートメント17。カーボンファイバー、カーボンファイバーに共有結合されるアミン化合物;およびアミン化合物に共有結合される有機金属系大環状分子を含む、触媒カーボンファイバー。 Statement 17. A catalyzed carbon fiber comprising: a carbon fiber; an amine compound covalently bonded to the carbon fiber; and an organometallic macrocycle covalently bonded to the amine compound.

ステートメント18。アミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、ステートメント17の触媒カーボンファイバー。 Statement 18. The catalyzed carbon fiber of statement 17, wherein the amine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof.

ステートメント19。アミン化合物が、エチレンジアミンを含む、ステートメント17~18のいずれかの触媒カーボンファイバー。 Statement 19. A catalyzed carbon fiber according to any of statements 17 to 18, wherein the amine compound comprises ethylenediamine.

ステートメント20。有機金属系大環状分子が、金属フタロシアニンを含む、ステートメント19の触媒カーボンファイバー。 Statement 20. The catalyzed carbon fiber of statement 19, wherein the organometallic macrocycle comprises a metal phthalocyanine.

ステートメント21。導管により定義される流路;導管中に配置される触媒カーボンファイバー束;および流路に流体を流すことを可能にする入口を含む、ファイバー束接触器。 Statement 21. A fiber bundle contactor comprising: a flow path defined by a conduit; a catalytic carbon fiber bundle disposed in the conduit; and an inlet for permitting fluid to flow through the flow path.

ステートメント22。触媒カーボンファイバー束が、カーボンファイバー、カーボンファイバーに共有結合されるアミン化合物、およびアミン化合物に共有結合される有機金属系大環状分子を含む、ステートメント21のファイバー束接触器。 Statement 22. The fiber bundle contactor of Statement 21, wherein the catalytic carbon fiber bundle comprises carbon fiber, an amine compound covalently bonded to the carbon fiber, and an organometallic macrocycle covalently bonded to the amine compound.

ステートメント23。アミン化合物が、C2~C20の炭素長を有する第1級または第2級ポリアミンを含む、ステートメント請求項21~22のいずれか一項に記載のファイバー束接触器。 Statement 23. The fiber bundle contactor of any one of claims 21 to 22, wherein the amine compound comprises a primary or secondary polyamine having a carbon length of C2 to C20.

ステートメント24。アミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、ステートメント21~23のいずれかのファイバー束接触器。 Statement 24. The fiber bundle contactor of any of statements 21-23, wherein the amine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof.

ステートメント25。有機金属系大環状分子が、置換されないフタロシアニン、置換されたフタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含む、ステートメント21~24のいずれかのファイバー束接触器。 Statement 25. The fiber bundle contactor of any of statements 21-24, wherein the organometallic macrocycle comprises an unsubstituted phthalocyanine, a substituted phthalocyanine, or a combination thereof.

ステートメント26。置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換される、ステートメント21~25のいずれかのファイバー束接触器。 Statement 26. The fiber bundle contactor of any of statements 21-25, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an amine group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, or a combination thereof.

ステートメント27。置換されないフタロシアニンまたは置換されたフタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、ステートメント21~26のいずれかのファイバー束接触器。 Statement 27. The fiber bundle contactor of any of statements 21-26, wherein the unsubstituted or substituted phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof.

ステートメント28。触媒カーボンファイバー束が、カーボンファイバーおよびカーボンファイバーに共有結合されるエチレンジアミンおよびフタロシアニンを含む、ステートメント21~27のいずれかのファイバー束接触器。 Statement 28. The fiber bundle contactor of any of statements 21-27, wherein the catalyzed carbon fiber bundle comprises carbon fiber and ethylenediamine and phthalocyanine covalently bonded to the carbon fiber.

ステートメント29。触媒カーボンファイバーが、38℃で少なくとも5.45×10^-4(1/M×分)の二次メルカプタン酸化速度定数を有する、ステートメント21~28のいずれかのファイバー束接触器。 Statement 29. The fiber bundle contactor of any of statements 21-28, wherein the catalytic carbon fiber has a second order mercaptan oxidation rate constant of at least 5.45 x 10^-4 (1/M x min) at 38°C.

ステートメント30。メルカプタン硫黄を含む炭化水素、水性苛性溶液、および酸化剤を容器中に導入すること;メルカプタン硫黄の少なくとも一部および水性苛性溶液を反応させてメルカプチドを生成すること;ならびに触媒カーボンファイバー束の存在下でメルカプチドおよび酸化剤を反応させてジスルフィド油を生成すること、を含む方法。 Statement 30. A method comprising: introducing a hydrocarbon containing mercaptan sulfur, an aqueous caustic solution, and an oxidizing agent into a vessel; reacting at least a portion of the mercaptan sulfur and the aqueous caustic solution to produce a mercaptide; and reacting the mercaptide and the oxidizing agent in the presence of catalytic carbon fiber bundles to produce a disulfide oil.

ステートメント31。触媒カーボンファイバー束が、カーボンファイバー、カーボンファイバーに共有結合されるアミン化合物、およびアミン化合物に共有結合される有機金属系大環状分子を含む、ステートメント30の方法。 Statement 31. The method of statement 30, wherein the catalyzed carbon fiber bundle comprises carbon fibers, an amine compound covalently bonded to the carbon fibers, and an organometallic macrocycle covalently bonded to the amine compound.

ステートメント32。アミン化合物が、C2~C20の炭素長を有する第1級または第2級ポリアミンを含む、ステートメント30~31のいずれかの方法。 Statement 32. The method of any of statements 30-31, wherein the amine compound comprises a primary or secondary polyamine having a carbon length of C2 to C20.

ステートメント33。アミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、ステートメント30~32の方法。 Statement 33. The method of statements 30-32, wherein the amine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof.

ステートメント34。有機金属系大環状分子が、置換されないフタロシアニン、置換されたフタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含む、ステートメント30~33の方法。 Statement 34. The method of statements 30-33, wherein the organometallic macrocycle comprises an unsubstituted phthalocyanine, a substituted phthalocyanine, or a combination thereof.

ステートメント35。置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換される、ステートメント30~34の方法。 Statement 35. The method of statements 30-34, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an amine group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, or a combination thereof.

ステートメント36。置換されないフタロシアニンまたは置換されたフタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、ステートメント30~35の方法。 Statement 36. The method of statements 30-35, wherein the unsubstituted or substituted phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof.

ステートメント37。ファイバー束上でメルカプタン硫黄を含む炭化水素および水性苛性溶液を接触させることをさらに含み、メルカプチドを生成するためにメルカプタン硫黄の一部および水性苛性溶液を反応させることが、ファイバー束内で生じる、ステートメント30~36の方法。 Statement 37. The method of statements 30-36, further comprising contacting the hydrocarbon containing mercaptan sulfur and the aqueous caustic solution on the fiber bundle, wherein reacting a portion of the mercaptan sulfur and the aqueous caustic solution to produce mercaptides occurs within the fiber bundle.

ステートメント38。触媒カーボンファイバー束の存在下でメルカプチドおよび酸化剤を反応させることが、再生苛性剤流をさらに生成し、再生苛性剤流が、容器へとリサイクルされる、ステートメント30~37の方法。 Statement 38. The method of statements 30-37, wherein reacting the mercaptide and the oxidant in the presence of the catalytic carbon fiber bundle further produces a regenerated caustic stream, which is recycled to the vessel.

ステートメント39。メルカプチドおよび酸化剤を含む水性溶液を容器中に導入すること;ならびに触媒カーボンファイバー束の存在下でメルカプチドおよび酸化剤を反応させて水性苛性溶液を生成すること、を含む方法。 Statement 39. A method comprising: introducing an aqueous solution containing a mercaptide and an oxidizing agent into a vessel; and reacting the mercaptide and the oxidizing agent in the presence of catalytic carbon fiber bundles to produce an aqueous caustic solution.

ステートメント40。触媒カーボンファイバー束が、カーボンファイバー、カーボンファイバーに共有結合されるC2~C20の炭素長を有する第1級または第2級ポリアミン、およびアミン化合物に共有結合される置換されないフタロシアニンまたは置換されたフタロシアニンを含む、ステートメント40の方法。 Statement 40. The method of statement 40, wherein the catalyzed carbon fiber bundle comprises carbon fiber, a primary or secondary polyamine having a carbon length of C2 to C20 covalently bonded to the carbon fiber, and an unsubstituted phthalocyanine or a substituted phthalocyanine covalently bonded to the amine compound.

ステートメント41。カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を提供すること;カーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を溶媒と混合すること;ならびにカーボンファイバーおよびアミノ化された大環状分子を反応させてカーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間でアミド結合を形成し、それにより触媒カーボンファイバーを形成すること、を含む触媒カーボンファイバーを生成する方法。 Statement 41. A method of producing a catalytic carbon fiber, comprising: providing carbon fiber and an aminated macrocycle; mixing the carbon fiber and the aminated macrocycle with a solvent; and reacting the carbon fiber and the aminated macrocycle to form an amide bond between the carbon fiber and the aminated macrocycle, thereby forming the catalytic carbon fiber.

ステートメント42。アミノ化された大環状分子が、有機金属系大環状分子および有機金属系大環状分子にグラフトされたアミン基を含む、ステートメント41の方法。 Statement 42. The method of statement 41, wherein the aminated macrocycle comprises an organometallic macrocycle and an amine group grafted to the organometallic macrocycle.

ステートメント43。有機金属系大環状分子が、置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含む、ステートメント42の方法。 Statement 43. The method of statement 42, wherein the organometallic macrocycle comprises an unsubstituted metallophthalocyanine, a substituted metallophthalocyanine, or a combination thereof.

ステートメント44。置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基、スルホン酸基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換される、ステートメント43の方法。 Statement 44. The method of statement 43, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, a sulfonic acid group, or a combination thereof.

ステートメント45。置換されない金属フタロシアニンまたは置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、ステートメント43~44の方法。 Statement 45. The method of statements 43-44, wherein the unsubstituted or substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof.

ステートメント46。アミン基が、C2~C20の炭素長を有するアミンを含む、請求項42に記載の方法。 Statement 46. The method of claim 42, wherein the amine group comprises an amine having a carbon length of C2 to C20.

ステートメント47。溶媒が、水、ピリジン、DMSO、DMF、THF、エタノール、アセトニトリル、クロロホルム、エチレングリコール、メタノール、ベンゼン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの溶媒を含む、ステートメント41~46のいずれかの方法。 Statement 47. The method of any of statements 41-46, wherein the solvent comprises at least one solvent selected from the group consisting of water, pyridine, DMSO, DMF, THF, ethanol, acetonitrile, chloroform, ethylene glycol, methanol, benzene, and combinations thereof.

ステートメント48。アミン基が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのアミン化合物の反応生成物を含む、ステートメント42の方法。 Statement 48. The method of statement 42, wherein the amine group comprises a reaction product of at least one amine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof.

ステートメント49。アミノ化された大環状分子が、モノアミノコバルトフタロシアニン、ジアミノコバルトフタロシアニン、トリアミノコバルトフタロシアニン、テトラアミノコバルトフタロシアニン、およびそれらの組み合わせの少なくとも1つを含む、ステートメント41~48のいずれかの方法。 Statement 49. The method of any of statements 41-48, wherein the aminated macrocycle comprises at least one of monoaminocobalt phthalocyanine, diaminocobalt phthalocyanine, triaminocobalt phthalocyanine, tetraaminocobalt phthalocyanine, and combinations thereof.

ステートメント50。反応させることが、約100℃~約200℃の範囲の温度で実行される、ステートメント41~49のいずれかの方法。 Statement 50. The method of any of statements 41-49, wherein the reacting is carried out at a temperature in the range of about 100°C to about 200°C.

ステートメント51。カーボンファイバーを提供すること;カーボンファイバーを塩素化剤と反応させて塩化アシルを含むカーボンファイバーを生成すること;および塩化アシルを含むカーボンファイバーをアミノ化された大環状分子と反応させて塩化アシルを含むカーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間でアミド結合を形成し、それにより触媒カーボンファイバーを形成すること、を含む触媒カーボンファイバーを生成する方法。 Statement 51. A method of producing a catalytic carbon fiber, comprising: providing a carbon fiber; reacting the carbon fiber with a chlorinating agent to produce a carbon fiber containing an acyl chloride; and reacting the carbon fiber containing an acyl chloride with an aminated macrocycle to form an amide bond between the carbon fiber containing an acyl chloride and the aminated macrocycle, thereby forming the catalytic carbon fiber.

ステートメント52。塩素化剤が、塩化チオニル、三塩化リン、塩化テレフタロイルおよびそれらの組み合わせからなる群より選択される塩素化剤を含む、ステートメント51の方法。 Statement 52. The method of statement 51, wherein the chlorinating agent comprises a chlorinating agent selected from the group consisting of thionyl chloride, phosphorus trichloride, terephthaloyl chloride, and combinations thereof.

ステートメント53。アミノ化された大環状分子が、有機金属系大環状分子および有機金属系大環状分子にグラフトされたアミン基を含む、ステートメント51~52のいずれかの方法。 Statement 53. The method of any of statements 51-52, wherein the aminated macrocycle comprises an organometallic macrocycle and an amine group grafted to the organometallic macrocycle.

ステートメント54。有機金属系大環状分子が、置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含む、ステートメント53の方法。 Statement 54. The method of statement 53, wherein the organometallic macrocycle comprises an unsubstituted metallophthalocyanine, a substituted metallophthalocyanine, or a combination thereof.

ステートメント55。置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基、スルホン酸基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換される、ステートメント53~54の方法。 Statement 55. The method of statements 53-54, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, a sulfonic acid group, or a combination thereof.

ステートメント56。置換されない金属フタロシアニンまたは置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、ステートメント53~55の方法。 Statement 56. The method of statements 53-55, wherein the unsubstituted or substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof.

ステートメント57。塩化アシルを含むカーボンファイバーから塩化チオニルを除去すること、およびアミノ化された大環状分子と塩化アシルを含むカーボンファイバーを反応させるステップの前に塩化アシルを含むカーボンファイバーを溶媒中に分散させることをさらに含む、ステートメント51~56のいずれかの方法。 Statement 57. The method of any of statements 51-56, further comprising removing thionyl chloride from the acyl chloride-containing carbon fiber and dispersing the acyl chloride-containing carbon fiber in a solvent prior to the step of reacting the aminated macrocycle with the acyl chloride-containing carbon fiber.

ステートメント58。アミノ化された大環状分子と塩化アシルを含むカーボンファイバーを反応させるステップが、ピリジンの存在下で反応させることを含む、ステートメント51~57のいずれかの方法。 Statement 58. The method of any of statements 51-57, wherein the step of reacting the aminated macrocycle with the carbon fiber containing the acyl chloride comprises reacting in the presence of pyridine.

ステートメント59。カーボンファイバーを提供すること;カーボンファイバーをカップリング剤と反応させて官能化されたカーボンファイバーを生成すること;ならびに官能化されたカーボンファイバーをアミノ化された大環状分子と反応させてカーボンファイバーとアミノ化された大環状分子との間でアミド結合を形成し、それにより触媒カーボンファイバーを形成すること、を含む触媒カーボンファイバーを生成する方法。 Statement 59. A method of producing a catalytic carbon fiber, comprising: providing a carbon fiber; reacting the carbon fiber with a coupling agent to produce a functionalized carbon fiber; and reacting the functionalized carbon fiber with an aminated macrocycle to form an amide bond between the carbon fiber and the aminated macrocycle, thereby forming the catalytic carbon fiber.

ステートメント60。カップリング剤が、カルボジイミド、ベンゾトリアゾール、またはそれらの組み合わせを含む、ステートメント59の方法。 Statement 60. The method of statement 59, wherein the coupling agent comprises a carbodiimide, a benzotriazole, or a combination thereof.

ステートメント61。カーボンファイバーを提供すること;アミド結合形成を触媒できる酵素を提供すること;ならびに酵素の存在下でカーボンファイバーをアミノ化された大環状分子と反応させてカーボンファイバーとアミノ化された大環状分子の間で結合を形成し、それにより触媒カーボンファイバーを形成すること、を含む触媒カーボンファイバーを生成する方法。 Statement 61. A method of producing a catalyzed carbon fiber, comprising: providing a carbon fiber; providing an enzyme capable of catalyzing amide bond formation; and reacting the carbon fiber with an aminated macrocycle in the presence of the enzyme to form a bond between the carbon fiber and the aminated macrocycle, thereby forming the catalyzed carbon fiber.

ステートメント62。酵素が、プロテアーゼ、サブチリシン、アシラーゼ、アミダーゼ、リパーゼ、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される酵素を含む、ステートメント61の方法。 Statement 62. The method of statement 61, wherein the enzyme comprises an enzyme selected from the group consisting of a protease, a subtilisin, an acylases, an amidases, a lipases, and combinations thereof.

実施例
本開示のより良好な理解を容易にするため、実施形態のいくつかの以下の説明的な実施例が与えられる。そのような実施例は、決して本開示の範囲を限定したり、定義したりするものと読まれるべきではない。
EXAMPLES To facilitate a better understanding of the present disclosure, the following illustrative examples of some of the embodiments are given. Such examples should in no way be read as limiting or defining the scope of the present disclosure.

実施例1
本実施例において、バージンカーボンファイバーのメルカプタン酸化電位を、評価した。300ppmのメルカプタン硫黄を含む灯油を、調製した。3グラムのバージンカーボンファイバーの試料および150mLのメルカプタン硫黄含有灯油を、振盪機浴中にて300RPMおよび38℃で激しく混合した。灯油試料を、30分間にわたって引き出し、各試料中のメルカプタン濃度を、滴定により決定した。二次メルカプタン酸化速度定数を、0.22×10-4(l/M×分)であると算出した。バージンカーボンファイバーはメルカプタン酸化に対してほとんど触媒活性を示さなかったことが観察された。
Example 1
In this example, the mercaptan oxidation potential of virgin carbon fiber was evaluated. Kerosene containing 300 ppm of mercaptan sulfur was prepared. A 3 gram sample of virgin carbon fiber and 150 mL of mercaptan sulfur-containing kerosene were vigorously mixed in a shaker bath at 300 RPM and 38°C. The kerosene samples were drawn for 30 minutes and the mercaptan concentration in each sample was determined by titration. The second order mercaptan oxidation rate constant was calculated to be 0.22 x 10 -4 (l/M x min). It was observed that virgin carbon fiber showed little catalytic activity towards mercaptan oxidation.

実施例2
本実施例において、コバルトフタロシアニンで修飾されたカーボンファイバーを、調製し、修飾されたカーボンファイバーのメルカプタン酸化を、評価した。ジメチルスルホキシド(DMSO)溶液を、4gの4-アミノピリジンを200mLのDMSOと混合することにより調製した。その後、4グラムのバージンカーボンファイバーを量り、DMSO溶液に添加し、混合物を、80℃で22時間維持した。カーボンファイバーを、イソプロピルアルコールで洗浄し、続いて蒸留水で洗浄し、空気中にて60℃で乾燥した。乾燥後に、カーボンファイバーを、1%二臭素化コバルトフタロシアニンを含む水性溶液中にて室温で15時間混合した。その後、コバルトフタロシアニンで修飾されたカーボンファイバーを、蒸留水で洗浄し、60℃で乾燥した。
Example 2
In this example, carbon fibers modified with cobalt phthalocyanine were prepared and the mercaptan oxidation of the modified carbon fibers was evaluated. A dimethyl sulfoxide (DMSO) solution was prepared by mixing 4 g of 4-aminopyridine with 200 mL of DMSO. Then, 4 grams of virgin carbon fibers were weighed and added to the DMSO solution, and the mixture was kept at 80°C for 22 hours. The carbon fibers were washed with isopropyl alcohol, followed by distilled water, and dried at 60°C in air. After drying, the carbon fibers were mixed in an aqueous solution containing 1% dibrominated cobalt phthalocyanine at room temperature for 15 hours. The cobalt phthalocyanine modified carbon fibers were then washed with distilled water and dried at 60°C.

300ppmのメルカプタン硫黄を含む灯油を、調製した。3グラムの本実施例からのコバルトフタロシアニンで修飾されたカーボンファイバーの試料および150mLのメルカプタン硫黄含有灯油を、振盪機浴中にて300RPMおよび38℃で激しく混合した。灯油試料を、30分間にわたって引き出し、各試料中のメルカプタン濃度を、滴定により決定した。二次メルカプタン酸化速度定数を、3.5×10-4(l/M×分)であると算出した。 Kerosene containing 300 ppm of mercaptan sulfur was prepared. Three grams of the cobalt phthalocyanine modified carbon fiber sample from this example and 150 mL of mercaptan sulfur-containing kerosene were vigorously mixed in a shaker bath at 300 RPM and 38° C. Kerosene samples were drawn off for 30 minutes and the mercaptan concentration in each sample was determined by titration. The second order mercaptan oxidation rate constant was calculated to be 3.5×10 −4 (l/M×min).

実施例3
本実施例において、コバルトフタロシアニンで修飾されたカーボンファイバーを、上述した方法により調製し、修飾されたカーボンファイバーのメルカプタン酸化を、評価した。10gのバージンカーボンファイバーを、量り、80℃で5時間、175mLの70%硝酸に添加した。硝酸処理の後で、カーボンファイバーを、蒸留水で洗浄し、その後105℃で3時間、エチレンジアミンと混合して、アミン修飾されたカーボンファイバーを得た。その後、アミン修飾されたカーボンファイバーを、室温で22時間1.3wt.%の二臭素化コバルトフタロシアニンを含むピリジン溶液に添加した。
Example 3
In this example, cobalt phthalocyanine modified carbon fiber was prepared by the method described above, and the mercaptan oxidation of the modified carbon fiber was evaluated. 10 g of virgin carbon fiber was weighed and added to 175 mL of 70% nitric acid at 80° C. for 5 hours. After the nitric acid treatment, the carbon fiber was washed with distilled water and then mixed with ethylenediamine at 105° C. for 3 hours to obtain amine-modified carbon fiber. The amine-modified carbon fiber was then added to a pyridine solution containing 1.3 wt. % dibrominated cobalt phthalocyanine at room temperature for 22 hours.

300ppmのメルカプタン硫黄を含む灯油を、調製した。3グラムの本実施例からのコバルトフタロシアニンで修飾されたカーボンファイバーの試料および150mLのメルカプタン硫黄含有灯油を、振盪機浴中にて300RPMおよび38℃で激しく混合した。灯油試料を、30分間にわたって引き出し、各試料中のメルカプタン濃度を、滴定により決定した。二次メルカプタン酸化速度定数を、5.45×10-4(l/M×分)であると算出した。メルカプタン酸化活性は、コバルトフタロシアニンで修飾されたカーボンファイバーを調製するためのアミン法を使用して56%増加されたことが観察された。 Kerosene containing 300 ppm of mercaptan sulfur was prepared. Three grams of the cobalt phthalocyanine modified carbon fiber sample from this example and 150 mL of mercaptan sulfur containing kerosene were vigorously mixed in a shaker bath at 300 RPM and 38°C. The kerosene samples were drawn off for 30 minutes and the mercaptan concentration in each sample was determined by titration. The second order mercaptan oxidation rate constant was calculated to be 5.45 x 10 -4 (l/M x min). It was observed that the mercaptan oxidation activity was increased by 56% using the amine method to prepare the cobalt phthalocyanine modified carbon fiber.

そのため、本開示は、言及された目的および利点ならびにその本質的なものを達成するために十分適する。本開示は本明細書の教示の利益を有する当業者には明らかな、異なるが等価な様式で修正されおよび実施され得るので、上で開示された特定の実施形態は単に事例的である。個々の実施形態が考察されるが、本開示は、それらの実施形態すべての組み合わせを全部カバーする。さらに、以下の特許請求の範囲に記載されたもの以外の、本明細書に示される構造またはデザインの詳細に対し、いかなる制限も意図されない。また、特許請求の範囲の用語は、特許権者により明示的で明確に定義されない限り、それらの平易な通常の意味を有する。そのため、上で開示された特定の説明的な実施形態は変更または修正される可能性があること、かつそのようなバリエーションのすべてが、本開示の範囲内または精神内とみなされることが明らかである。本明細書および参照により本明細書に組み込まれ得る1つもしくは複数の特許または他の文書における単語または用語の使用における任意の論争がある場合、本明細書と一致する定義が採用されるべきである。 The present disclosure is therefore well adapted to achieve the objects and advantages mentioned, as well as the essentials thereof. The specific embodiments disclosed above are merely illustrative, as the disclosure may be modified and implemented in different but equivalent manners apparent to those skilled in the art having the benefit of the teachings herein. Although individual embodiments are discussed, the present disclosure covers all combinations of those embodiments. Moreover, no limitations are intended to the details of construction or design shown herein, other than as set forth in the following claims. Furthermore, the terms in the claims have their plain and ordinary meaning unless expressly and clearly defined by the patent owner. Thus, it is apparent that the specific illustrative embodiments disclosed above may be altered or modified, and all such variations are deemed to be within the scope or spirit of the present disclosure. In the event of any dispute in the use of words or terms in this specification and in one or more patents or other documents which may be incorporated herein by reference, the definition consistent with this specification should be adopted.

Claims (16)

酸化されたカーボンファイバーを生成するためにバージンカーボンファイバーを酸化すること;
アミン修飾されたカーボンファイバーを生成するために前記酸化されたカーボンファイバーをポリアミン化合物と反応させ、前記酸化されたカーボンファイバーと前記ポリアミン化合物との間に共有結合を形成すること;および
媒カーボンファイバーを生成するために前記アミン修飾されたカーボンファイバーを金属フタロシアニンと反応させ、前記アミン修飾されたカーボンファイバーと前記金属フタロシアニンとの間に共有結合を形成すること
を含む、触媒カーボンファイバーを生成する方法。
oxidizing virgin carbon fibers to produce oxidized carbon fibers;
reacting the oxidized carbon fiber with a polyamine compound to produce an amine -modified carbon fiber and form a covalent bond between the oxidized carbon fiber and the polyamine compound ; and
reacting the amine-modified carbon fiber with a metal phthalocyanine to produce a catalytic carbon fiber , forming a covalent bond between the amine-modified carbon fiber and the metal phthalocyanine .
酸化のステップが、前記バージンカーボンファイバーを塩酸、硝酸、リン酸、硫酸、ほう酸、フッ化水素酸、臭化水素酸、過塩素酸、ヨウ化水素酸、フルオロアンチモン酸、カルボラン酸、フルオロほう酸、フルオロ硫酸、フッ化水素、トリフリン酸、過塩素酸、酢酸、ギ酸、クエン酸、シュウ酸、酒石酸、およびそれらの組み合わせから選択される酸と接触させることを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the step of oxidizing comprises contacting the virgin carbon fiber with an acid selected from hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, boric acid, hydrofluoric acid, hydrobromic acid, perchloric acid, hydroiodic acid, fluoroantimonic acid, carborane acid, fluoroboric acid, fluorosulfuric acid, hydrogen fluoride, triflic acid, perchloric acid, acetic acid, formic acid, citric acid, oxalic acid, tartaric acid, and combinations thereof. 前記ポリアミン化合物が、C2~C20の炭素長を有する第1級または第2級ポリアミンを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the polyamine compound comprises a primary or secondary polyamine having a carbon length of C2 to C20. 前記ポリアミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the polyamine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof. 前記金属フタロシアニンが、置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含み、前記置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換されかつ前記置換されない金属フタロシアニンまたは前記置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the metal phthalocyanine comprises an unsubstituted metal phthalocyanine, a substituted metal phthalocyanine, or a combination thereof, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an amine group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, or a combination thereof, and the unsubstituted metal phthalocyanine or the substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof. カーボンファイバーと、置換されない金属フタロシアニンおよび/または置換された金属フタロシアニンを提供することであって、前記置換されない金属フタロシアニンおよび前記置換された金属フタロシアニンにC2~C20の炭素長を有するアミンが共有結合されており、前記置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基、スルホン酸基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換され、かつ前記置換されない金属フタロシアニンまたは前記置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、提供すること
前記カーボンファイバーと前記置換されない金属フタロシアニンおよび/または前記置換された金属フタロシアニンを溶媒と混合すること;ならびに
前記カーボンファイバーと前記置換されない金属フタロシアニンおよび/または前記置換された金属フタロシアニンの間で共有結合を形成するために前記カーボンファイバーと前記置換されない金属フタロシアニンおよび/または前記置換された金属フタロシアニンを反応させることそれにより触媒カーボンファイバーを形成すること
を含む、触媒カーボンファイバーを生成する方法。
providing a carbon fiber and an unsubstituted metal phthalocyanine and/or a substituted metal phthalocyanine , wherein the unsubstituted metal phthalocyanine and the substituted metal phthalocyanine have an amine covalently bonded thereto having a carbon length of C2 to C20, the substituted metal phthalocyanine being substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, a sulfonic acid group, or a combination thereof, and the unsubstituted metal phthalocyanine or the substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof;
13. A method of producing catalytic carbon fibers, comprising: combining said carbon fibers and said unsubstituted metal phthalocyanine and/or said substituted metal phthalocyanine with a solvent; and reacting said carbon fibers and said unsubstituted metal phthalocyanine and/or said substituted metal phthalocyanine to form a covalent bond between said carbon fibers and said unsubstituted metal phthalocyanine and/or said substituted metal phthalocyanine , thereby forming catalytic carbon fibers.
前記溶媒が、水、ピリジン、DMSO、DMF、THF、エタノール、アセトニトリル、クロロホルム、エチレングリコール、メタノール、ベンゼン、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの溶媒を含む、請求項に記載の方法。 7. The method of claim 6 , wherein the solvent comprises at least one solvent selected from the group consisting of water, pyridine, DMSO, DMF, THF, ethanol, acetonitrile, chloroform, ethylene glycol, methanol, benzene, and combinations thereof. 前記アミンが、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのアミン化合物を含みかつ前記置換されない金属フタロシアニンおよび/または前記置換された金属フタロシアニンが、モノアミノコバルトフタロシアニン、ジアミノコバルトフタロシアニン、トリアミノコバルトフタロシアニン、テトラアミノコバルトフタロシアニン、およびそれらの組み合わせの少なくとも1つを含む、請求項に記載の方法。 7. The method of claim 6, wherein the amine comprises at least one amine compound selected from ethylenediamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof, and the unsubstituted and/or substituted metal phthalocyanine comprises at least one of monoaminocobalt phthalocyanine, diaminocobalt phthalocyanine, triaminocobalt phthalocyanine, tetraaminocobalt phthalocyanine, and combinations thereof. 導管により定義される流路;
前記導管中に配置される触媒カーボンファイバー束であって、触媒カーボンファイバーが、カーボンファイバー、前記カーボンファイバーに共有結合されるアミン化合物、および前記アミン化合物に共有結合される置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含前記置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換され、かつ前記置換されない金属フタロシアニンまたは前記置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、触媒カーボンファイバー束;ならびに
前記流路中への流体の流れを可能にする入口
を含む、ファイバー束接触器。
A flow path defined by a conduit;
a catalytic carbon fiber bundle disposed in the conduit, the catalytic carbon fiber bundle comprising carbon fibers, an amine compound covalently bonded to the carbon fibers, and an unsubstituted metal phthalocyanine, a substituted metal phthalocyanine, or combinations thereof, covalently bonded to the amine compound, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an amine group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, or combinations thereof, and the unsubstituted metal phthalocyanine or the substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof ; and a fiber bundle contactor comprising an inlet to allow fluid flow into the flow path.
前記アミン化合物が、C2~C20の炭素長を有する第1級または第2級ポリアミンを含む、請求項に記載のファイバー束接触器。 10. The fiber bundle contactor of claim 9 , wherein the amine compound comprises a primary or secondary polyamine having a carbon length of C2 to C20. 前記アミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、請求項に記載のファイバー束接触器。 10. The fiber bundle contactor of claim 9, wherein the amine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylene diamine, propane-1,3-diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylene diamine, diethylene triamine, benzene- 1,3,5 -triamine, and combinations thereof. 前記触媒カーボンファイバー束が、カーボンファイバーおよび前記カーボンファイバーに共有結合されるエチレンジアミンおよびフタロシアニンを含む、請求項に記載のファイバー束接触器。 10. The fiber bundle contactor of claim 9 , wherein said catalyzed carbon fiber bundle comprises carbon fibers and ethylenediamine and phthalocyanine covalently bonded to said carbon fibers. メルカプタン硫黄を含む炭化水素、水性苛性溶液、および酸化剤を容器中に導入すること;
メルカプチドを生成するために前記メルカプタン硫黄の少なくとも一部および前記水性苛性溶液を反応させること;ならびに
ジスルフィド油を生成するために触媒カーボンファイバー束の存在下で前記メルカプチドおよび前記酸化剤を反応させることであって、前記触媒カーボンファイバー束が、カーボンファイバー、前記カーボンファイバーに共有結合されるアミン化合物、および前記アミン化合物に共有結合される置換されない金属フタロシアニン、置換された金属フタロシアニン、またはそれらの組み合わせを含前記置換された金属フタロシアニンが、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミン基、アルキル基、アリール基、チオール基、アルコキシ基、ニトロシル基の少なくとも1つ、またはそれらの組み合わせで置換され、かつ前記置換されない金属フタロシアニンまたは前記置換された金属フタロシアニンが、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、およびそれらの組み合わせから選択される金属を含む、反応させること
を含む、方法。
introducing into a vessel a mercaptan sulfur containing hydrocarbon, an aqueous caustic solution, and an oxidizer;
reacting at least a portion of the mercaptan sulfur and the aqueous caustic solution to produce a mercaptide; and reacting the mercaptide and the oxidant in the presence of a catalytic carbon fiber bundle to produce a disulfide oil, wherein the catalytic carbon fiber bundle comprises carbon fibers, an amine compound covalently bonded to the carbon fibers, and an unsubstituted metal phthalocyanine, a substituted metal phthalocyanine, or combinations thereof, covalently bonded to the amine compound, wherein the substituted metal phthalocyanine is substituted with at least one of a halogen group, a hydroxyl group, an amine group, an alkyl group, an aryl group, a thiol group, an alkoxy group, a nitrosyl group, or combinations thereof, and wherein the unsubstituted metal phthalocyanine or the substituted metal phthalocyanine comprises a metal selected from vanadium (V), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), and combinations thereof .
前記アミン化合物が、C2~C20の炭素長を有する第1級または第2級ポリアミンを含む、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13 , wherein the amine compound comprises a primary or secondary polyamine having a carbon length of from C2 to C20. 前記アミン化合物が、エチレンジアミン、プロパン-1,3-ジアミン、ブタン-1,4-ジアミン、ペンタン-1,5-ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ベンゼン-1,3,5-トリアミン、およびそれらの組み合わせから選択される少なくとも1つのポリアミン化合物を含む、請求項13に記載の方法。 14. The method of claim 13, wherein the amine compound comprises at least one polyamine compound selected from ethylenediamine, propane- 1,3 -diamine, butane-1,4-diamine, pentane-1,5-diamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, benzene-1,3,5-triamine, and combinations thereof. ファイバー束上でメルカプタン硫黄を含む前記炭化水素および前記水性苛性溶液を接触させることをさらに含み、メルカプチドを生成するために前記メルカプタン硫黄の前記一部および前記水性苛性溶液を反応させることが、前記ファイバー束内で生じる、請求項13に記載の方法。
14. The method of claim 13, further comprising contacting the hydrocarbon containing mercaptan sulfur and the aqueous caustic solution on a fiber bundle , wherein reacting the portion of the mercaptan sulfur and the aqueous caustic solution to produce mercaptides occurs within the fiber bundle.
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