Способы очистки высокомолекулярных алмазоидов и составы, содержащие такие алмазоиды

Способы очистки высокомолекулярных алмазоидов и составы, содержащие такие алмазоиды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к новым способам извлечения и, по меньшей мере, частичной очистки высокомолекулярных алмазоидных компонентов из исходного углеводородного сырья (реагентов). В частности, настоящее изобретение относится к способам извлечения для получения составов, обогащенных одним или больше компонентами высокомолекулярных алмазоидов.

Настоящее изобретение также относится к составам, содержащим более высокие уровни содержания одного или больше высокомолекулярных алмазоидов.

В данной заявке приведены ссылки на следующие публикации и патенты, обозначенные в тексте описания надстрочными знаками:

¹ Fort, Jr., et al., Adamantane: Consequences of the Diamondoid Structure, Chem. Rev 64:277-300 (1964);

² Sandia National Laboratories (2000), World's First Diamond Micromachines Created at Sandia, Press Release, (2/22/2000) www.Sandia.gov.;

³ Lin, et al., Natural Occurrence of Tetramantane (C₂₂H₂₈), Pentamantane (C₂₆H₃₂) and Hexamantane (С₃₀Н₃₆) in a Deep Petroleum Reservoir, Fuel 74, (10): 1512-1521 (1995);

⁴ Chen, et al., Isolation of High Purity Diamondoid Fractions and Components, U.S. Patent No. 5,414,189, issued May 9, 1995;

⁵ Alexander, et al., Removal of Diamondoid Compounds from Hydrocarbonaceous Fractions, U.S. Patent No. 4,952,747, issued August 28, 1990;

⁶ Alexander, et al., Purification of Hydrocarbonaceous Fractions, U.S. Patent No. 4,952,748, issued August 28, 1990;

⁷ Alexander, et al., Removal of Diamondoid Compounds from Hydrocarbonaceous Fractions, U.S. Patent No. 4,952,749, issued August 28,1990;

⁸ Alexander, et al., Purification of Hydrocarbonaceous Fractions, U.S. Patent No. 4,982,049, issued January 1, 1991;

⁹ Swanson, Method for Diamondoid Extraction Using a Solvent System, U.S. Patent No. 5,461,184, issued October 24, 1995;

¹⁰ Partridge, et al., Shape-Selective Process for Concentrating Diamondoid-Containing Hydrocarbon Solvents, U.S. Patent No. 5,019,665, issued May 28, 1991;

¹¹ Dahl, et al., Diamondoid Hydrocarbons as Indicators of Natural Oil Cracking, Nature, 54-57 (1999);

¹² McKervey, Synthetic Approaches to Large Diamondoid Hydrocarbons, Tetrahedron 36:971-992 (1980);

¹³ Wu, et al., High Viscosity Index Lubricant Fluid, U.S. Patent No. 5,306,851, issued April 26, 1994;

¹⁴ Chung et al., Recent Development in High-Energy Density Liquid Fuels, Energy and Fuels 13, 641-649 (1999);

¹⁵ Balaban et al., Systematic Classification and Nomenclature of Diamond Hydrocarbons-I, Tetrahedron 34, 3599-3606 (1978).

Все вышеуказанные публикации и патенты включены в описание путем ссылки в полном объеме, при этом подразумевается, что это эквивалентно тому, что каждая из конкретно указанных отдельных публикаций или патентов по отдельности включена сюда путем ссылки в полном объеме.

Алмазоидами являются углеводородные молекулы с формой пространственного каркаса, обладающие очень жесткой структурой, которые представляют собой накладываемые фрагменты (совпадающие по структуре) кристаллической решетки алмаза¹ (Фиг. 1). Наименьшим соединением алмазоидного ряда является адамантан, представляющий собой молекулу с десятью атомами углерода и состоящий из одной элементарной ячейки кристаллической структуры алмаза. Диамантан содержит две элементарные ячейки кристаллической структуры алмаза, соединенные вдоль грани, триамантан - три, тетрамантан - четыре и т. д. Несмотря на то что адамантан, диамантан и триамантан имеют только один изомер, тетрамантан имеет четыре различных изомера, то есть существует четыре различные формы, содержащие четыре алмазные элементарные ячейки, которые совпадают с кристаллической решеткой алмаза при их наложении. Два из этих изомеров являются энантиомерными (то есть зеркальными отображениями друг друга). Количество возможных изомеров быстро возрастает для каждого более высокомолекулярного соединения алмазоидного ряда. Поскольку в некоторых высокомолекулярных алмазоидах алмазоидные кристаллические ячейки могут использовать совместно более одной грани, то также имеет место увеличение числа разнообразных вариантов отношения количества атомов водорода к количеству атомов углерода, то есть степени уплотнения, что приводит к наличию возрастающего разнообразия молекулярных масс для каждого последующего семейства высокомолекулярных алмазоидов. На Фиг. 30 приведена таблица, на которой показана номенклатура высокомолекулярных алмазоидов.

В различных узлах кристаллической решетки исходные алмазоиды могут быть замещены алкилами, и возможно существование огромного количества их разновидностей, замещенных метилами, этилами, этанами, триметилами, пропилами и т.д., которые встречаются в естественных условиях в исходном нефтяном сырье наряду с исходными алмазоидами. Алмазоиды фактически присутствуют в каждом виде нефтепродуктов (нефть и газоконденсаты), а также в экстрактах, полученных из нефтематеринской породы.¹¹ Естественная концентрация алмазоидов в нефти отличается по величине на порядки. Например, концентрация метилдиамантана в сырой нефти с относительно низкой зрелостью, добытой из центральной калифорнийской равнины, США, составляет порядка несколько частей на миллион (ppm). Нефть с низкой зрелостью, добытая из пласта Smackover юрского периода в северной части побережья Мексиканского залива, США, имеет концентрацию метилдиамантана, равную 20-30 ppm (ч/млн). Нефтепродукты глубокого залегания, например, газоконденсат из пласта глубокого залегания, подвергшиеся значительному крекингу в результате интенсивного нагревания, могут иметь концентрацию метилдиамантана, равную тысячам ppm.

Наличие высокой концентрации алмазоидов в некоторых газоконденсатах и в другом сырье обусловлено высокой термической стойкостью алмазоидов по сравнению с другими компонентами нефтепродуктов. Эти алмазоиды могут представлять собой остатки разложения нефти с течением времени за счет геологических процессов и температурных условий, при которых произошел термический крекинг других углеводородов или произошло их превращение в пиробитумы с выделением газа. Вследствие наличия этого естественного механизма обогащения в некоторых газоконденсатах алмазоиды могут стать доминирующей компонентой. Кроме того, поскольку алмазоиды являются чрезвычайно устойчивыми молекулами, они остаются, и их концентрация повышается в некоторых потоках нефтепродуктов после обработки, например крекинга, гидрокрекинга и т.д. В данной области техники адамантан, диамантан, триамантан и их замещенные аналоги именуют "низкомолекулярными алмазоидами". Тетрамантан и более высокомолекулярные алмазоиды и их замещенные аналоги именуют "высокомолекулярными алмазоидами". Эта номенклатура используется в данном описании. Низкомолекулярные алмазоидные компоненты не имеют изомеров или хиральности и могут быть легко синтезированы, что отличает их от "высокомолекулярных алмазоидов".

Что касается других свойств, то алмазоиды имеют намного более термодинамически устойчивую структуру из всех возможных углеводородов, имеющих такие же молекулярные формулы, вследствие того, что алмазоиды имеют такую же внутреннюю структуру "кристаллической решетки", как и алмазы. Хорошо известно, что алмазы обладают чрезвычайно высоким пределом прочности на разрыв, чрезвычайно низкой химической активностью, большим удельным электрическим сопротивлением, превышающим удельное электрическое сопротивление триоксида алюминия (Al₂О₃), и превосходной теплопроводностью.

Кроме того, молекулы тетрамантана и других высокомолекулярных алмазоидов имеют размер в нанометровом диапазоне, и авторы настоящего изобретения полагают, что, с учетом наличия вышеуказанных свойств, такие соединения были бы полезными для применения в области микроэлектроники, молекулярной электроники и нанотехнологии. В частности, жесткость, прочность, устойчивость, теплопроводность, наличие множества структурных форм и множества центров присоединения в молекулах высокомолекулярных алмазоидов делают возможным создание надежных, прочных и прецизионных устройств с нанометровыми размерами. Согласно оценкам, микроэлектромеханические системы (МЭМС) (MEMS), выполненные из алмаза, должны иметь срок службы в 10000 раз больший, чем применяемые в настоящее время МЭМС из поликристаллического кремния, и алмаз является химически не опасным и не промотирует аллергические реакции при применении этих систем в области биомедицины.⁶ Высокомолекулярные алмазоиды должны иметь аналогичные привлекательные свойства. Кроме того, некоторые из многочисленных изомеров высокомолекулярных алмазоидов обладают хиральностью, что предоставляет возможность создания объектов в области нанотехнологии, обладающих высокой структурной специфичностью и имеющих полезные оптические свойства. Области применения таких высокомолекулярных алмазоидов включают молекулярную электронику, фотонику, механические устройства нанометрового размера, полимеры с нанометровой структурой и иные материалы.

Несмотря на наличие преимуществ у тетрамантана и других высокомолекулярных алмазоидов, уровень техники не обеспечивает составы, содержащие эти высокомолекулярные алмазоиды.

Например, Lin, et al.³ сообщает о наличии в природе тетрамантана, пентамантана и гексамантана, содержащихся в нефтяных пластах глубокого залегания. Однако авторы смогли экспериментально установить лишь наличие этих соединений в ионизированном виде при масс-спектрометрическом анализе.

Аналогичным образом, несмотря на то что в патенте Chen, et al.⁴ раскрывает способы выделения фракций и компонентов низкомолекулярных алмазоидов высокой степени чистоты, в раскрытых способах предусмотрена перегонка исходного реагента, содержащего алмазоиды, на 5 верхних компонентов. Эти верхние компоненты содержат незамещенный адамантан, замещенный адамантан, незамещенный диамантан, замещенный диамантан и незамещенный триамантан. Помимо этого, Chen, et al. отмечают, что материал в сосуде, извлеченный после указанного процесса перегонки, содержит большое количество замещенного триамантана и незначительное количество тетрамантана и пентамантана. Однако здесь не были раскрыты относительные количества экспериментально идентифицированного тетрамантана и пентамантана в материал в сосуде, а в Таблице 3 данной ссылки указано лишь наличие триамантана и тетрамантана в материале в сосуде и не сообщается о попытках выделения каких-либо высокомолекулярных алмазоидов.

Другие попытки извлечения алмазоидных фракций из природного углеводородного сырья относились к извлечению низкомолекулярных алмазоидов, например адамантана, диамантана и триамантана, а также их аналогов, содержащих различные боковые цепи, главным образом, для извлечения этих компонентов из потока природного газа с целью предотвращения возникновения эксплуатационных проблем при добыче природного газа, обусловленных осаждением этих компонентов в производственном оборудовании. Смотри, например, четыре родственных патента Alexander, et al.^5-8. В одном или более из этих патентов раскрыты следующие операции: 1) операция извлечения низкомолекулярных алмазоидов из газового потока посредством растворителя и дополнительного экстрагирования способом сорбции на силикагеле, 2) операция извлечения низкомолекулярных алмазоидов посредством теплообменника и 3) операция извлечения низкомолекулярных алмазоидов из газового потока с использованием пористого твердого вещества, например цеолита. Извлечение низкомолекулярных алмазоидов из газового потока также раскрыто в патенте Swanson⁹, а извлечение низкомолекулярных алмазоидов из потока жидкости раскрыто в патенте Partridge, et al.¹⁰

Несмотря на то что были созданы способы синтеза алмазоидов, обеспечивающие получение всех низкомолекулярных алмазоидов (от адамантана до триамантана), за счет обеспечения суперкислотного равновесия посредством катионов углерода с управляемой термодинамикой процесса, применение этих способов синтеза для синтеза тетрамантана и других высокомолекулярных алмазоидов невозможно вследствие наличия серьезных ограничений, обусловленных кинетикой (механизмом) реакции. Все попытки синтеза высокомолекулярных алмазоидов посредством трансформации при термодинамическом равновесии оказались безрезультатными. Однако в работе McKervey et. al.¹² сообщалось о способе синтеза антитетрамантана из 1,6-дикарбоксилдиамантана с низким выходом продукта реакции (например, ˜10%), в котором при выполнении конечной операции синтеза был использован процесс перегруппировки в газовой фазе над платиновым катализатором при температуре 360°C. Очевидно, что использование подобного исходного вещества в совокупности с его низкой доступностью делает эту процедуру синтеза коммерчески непривлекательной, и, кроме того, она не обеспечивает возможность синтеза других тетрамантанов или иных высокомолекулярных алмазоидов.

С учетом вышеизложенного, в уровне техники существует реальная потребность в получении составов, содержащих тетрамантан и иные высокомолекулярные алмазоиды. Принимая во внимание наличие трудностей при синтезе, также существует потребность в создании способов извлечения тетрамантана и других высокомолекулярных алмазоидов из естественных источников.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к новым способам получения составов, обогащенных высокомолекулярными алмазоидами, из исходного углеводородного сырья, содержащего извлекаемые количества высокомолекулярных алмазоидных компонентов.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагаются способы удаления, по меньшей мере, части компонентов из исходного реагента, имеющего более низкую температуру кипения, чем наиболее низкая температура кипения выбранного для извлечения компонента, представляющего собой высокомолекулярный алмазоид, и последующую операцию пиролитической обработки исходного реагента в условиях, при которых в пиролитически обработанном исходном реагенте выбранный компонент или компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды, остаются в количестве, поддающемся извлечению (в извлекаемых количествах). Следовательно, согласно этому первому аспекту, настоящее изобретение относится к способу, включающему следующие операции:

а) выбор исходного реагента, содержащего выбранный для извлечения компонент или компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению;

б) удаление достаточного количества компонентов из исходного реагента, имеющего температуру кипения ниже, чем наиболее низкая температура кипения компонента, представляющего собой высокомолекулярный алмазоид, выбранного для извлечения, в условиях, которые обеспечивают сохранение выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, в обработанном извлекаемом исходном реагенте в количестве, поддающемся извлечению; и

в) термическую обработку обработанного исходного реагента, извлеченного на вышеуказанной операции б), для пиролиза, по меньшей мере, достаточного количества содержащихся в нем компонентов, не являющихся алмазоидами, что позволяет произвести извлечение выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, из пиролитически обработанного исходного реагента, при этом пиролиз проводят в условиях, обеспечивающих сохранение в исходном реагенте, подвергнутом термической обработке, выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению.

В обычных исходных углеводородных реагентах компоненты, имеющие меньшую температуру кипения, чем наиболее низкая температура кипения выбранного компонента, представляющего собой высокомолекулярный алмазоид, обычно содержат как компоненты, не являющиеся алмазоидами, так и компоненты, представляющие собой низкомолекулярные алмазоиды. Следовательно, согласно другому аспекту настоящего изобретения, предлагается способ извлечения состава, обогащенного одним или более выбранными компонентами, представляющими собой высокомолекулярные алмазоиды, включающий следующие операции:

а) выбор исходного реагента, содержащего выбранный компонент или компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению, компоненты, не являющиеся алмазоидами, которые имеют температуру кипения как ниже, так и выше, чем наиболее низкая температура кипения выбранного компонента, представляющего собой высокомолекулярный алмазоид, и, по меньшей мере, один компонент, содержащий низкомолекулярный алмазоид;

б) удаление из исходного реагента достаточного количества компонентов, не являющиеся алмазоидами, которые имеют более низкую температуру кипения, чем наиболее низкая температура кипения выбранного компонента, представляющего собой высокомолекулярный алмазоид, а также компоненты, представляющие собой низкомолекулярные алмазоиды, в условиях, обеспечивающих сохранение выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, в исходном реагенте, подвергнутом обработке; и

в) термическую обработку указанного обработанного исходного реагента, извлеченного на вышеуказанной операции б), для пиролиза, по меньшей мере, достаточного количества содержащихся в нем компонентов, не являющихся алмазоидами, что позволяет произвести извлечение выбранных компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, из исходного реагента, подвергнутого пиролитической обработке.

Порядок выполнения процедур удаления компонентов с более низкой температурой кипения и пиролиза исходного реагента взаимозаменяемый. Следовательно, согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предлагается способ извлечения состава, обогащенного выбранным компонентом или компонентами, представляющими собой высокомолекулярные алмазоиды, включающий следующие операции:

а) выбор исходного реагента, содержащего выбранный компонент или компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению;

б) термическую обработку исходного реагента для пиролиза, по меньшей мере, достаточного количества содержащихся в нем компонентов, не являющихся алмазоидами, что позволяет произвести извлечение выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, из исходного реагента, подвергнутого пиролитической обработке, при этом указанный пиролиз проводят в условиях, обеспечивающих сохранение в исходном реагенте, подвергнутом термической обработке, выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению; и

в) удаление из исходного реагента достаточного количества тех оставшихся после пиролиза компонентов, которые имеют более низкую температуру кипения, чем наиболее низкая температура кипения выбранного компонента, представляющего собой высокомолекулярный алмазоид, в условиях, обеспечивающих сохранение в исходном реагенте, подвергнутом обработке, выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению.

Однако понятно, что благодаря своей термической устойчивости компоненты, оставшиеся после пиролиза, которые имеют температуру кипения меньшую, чем наиболее низкая температура кипения выбранного компонента, представляющего собой высокомолекулярный алмазоид, содержат, по меньшей мере, часть низкомолекулярных алмазоидов, изначально присутствующих в исходном реагенте. Следовательно, согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предлагается способ извлечения состава, обогащенного выбранным компонентом или компонентами, представляющими собой высокомолекулярные алмазоиды, включающий следующие операции:

а) выбор исходного реагента, содержащего выбранный компонент или компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению, компоненты, не являющиеся алмазоидами, и, по меньшей мере, один компонент, представляющий собой низкомолекулярный алмазоид;

б) термическую обработку указанного исходного реагента для пиролиза, по меньшей мере, части компонентов, не являющихся алмазоидами, в условиях, обеспечивающих сохранение в указанном исходном реагенте, подвергнутом термической обработке, выбранного компонента или компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, поддающемся извлечению; и

в) удаление из исходного реагента, подвергнутого пиролизу, достаточного количества компонентов, представляющих собой низкомолекулярные алмазоиды, в условиях, обеспечивающих получение обработанного исходного реагента, из которого может быть извлечен выбранный компонент или компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды.

Понятно, что согласно всем этим аспектам изобретения, возможно и часто вероятно, что исходные реагенты, содержащие высокомолекулярные алмазоиды, будут содержать несколько компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, некоторые из которых подлежат отбору, а отбор остальных производить не следует. В зависимости от того, какие из этих компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды, присутствуют, какие из этих компонентов выбирают, возможно, что окажутся невыбранными высокомолекулярные алмазоиды, имеющие температуру кипения более низкую, чем наиболее низкая температура кипения выбранных высокомолекулярных алмазоидов. Могут быть удалены, по меньшей мере, частично эти невыбранные высокомолекулярные алмазоиды с более низкой температурой кипения наряду с другими компонентами, имеющими более низкую температуру кипения, например с низкомолекулярными алмазоидами.

При использовании исходных реагентов, достаточно свободных от веществ, не являющихся алмазоидами, для извлечения компонентов, представляющих собой тетрамантан, и компонентов, представляющих собой пентамантан, операция термического пиролиза не всегда является необходимой для обеспечения эффективности их извлечения. В том случае, когда после удаления компонентов, представляющих собой низкомолекулярные алмазоиды, операцию термического пиролиза не используют, компоненты, представляющие собой тетрамантан, и компоненты, представляющие собой пентамантан, могут быть извлечены из обработанного исходного реагента раскрытыми здесь способами разделения. Соответственно, согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предлагается способ извлечения состава, обогащенного компонентами, представляющими собой тетрамантан и пентамантан, включающий следующие операции:

а) выбор исходного реагента, содержащего компоненты, представляющие собой тетрамантан, и компоненты, представляющие пентамантан, в количестве, поддающемся извлечению, и, по меньшей мере, один компонент, представляющую низкомолекулярные алмазоиды;

б) удаление из исходного реагента достаточного количества компонентов, представляющих собой низкомолекулярные алмазоиды, в условиях, обеспечивающих обработанный исходный реагент, из которого могут быть извлечены компоненты, представляющие собой тетрамантан и пентамантан; и

в) извлечение компонентов, представляющих собой тетрамантан и пентамантан, из указанного обработанного исходного реагента, способами разделения веществ, выбранными из группы, состоящей из следующих способов: хроматография, термодиффузия, зонная очистка, последовательная перекристаллизация и способы разделения веществ по размеру.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения для каждого из вышеуказанных способов используемый исходный реагент содержит, по меньшей мере, приблизительно 1 ppb (ч/млрд) (более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 25 ppb и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 100 ppb) выбранных компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды.

В другом предпочтительном варианте осуществления каждого из вышеуказанных способов из исходного реагента удаляются достаточные количества компонентов, представляющих собой низкомолекулярные алмазоиды, для обеспечения соотношения содержания компонентов, представляющих собой низкомолекулярные алмазоиды (компоненты, представляющие собой триамантан, и более низкомолекулярные соединения), к содержанию компонентов, представляющих собой высокомолекулярные алмазоиды (компоненты, представляющие собой тетрамантан и более высокомолекулярные соединения), не превышающее 9:1, более предпочтительно соотношение не превышает 2:1 и наиболее предпочтительно соотношение не превышает 1:1.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления каждого из вышеуказанных способов после удаления из исходного реагента компонентов, представляющих собой низкомолекулярные алмазоиды, в исходном реагенте сохраняются компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 10%, более предпочтительно, по меньшей мере, 50% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90% по сравнению с их количественным содержанием в исходном реагенте до удаления.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения после пиролиза исходного реагента в исходном реагенте, подвергнутом пиролитической обработке, сохраняются компоненты, представляющие собой высокомолекулярные алмазоиды, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 10% более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 50% и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 90% по сравнению с их количественным содержанием в исходном реагенте до пиролитической обработки.

Предпочтительно извлеченный исходный реагент, полученный посредством вышеуказанных способов, подвергают дополнительной очистке посредством способов хроматографии, мембранного разделения по размеру, кристаллизации, возгонки и т.п.

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, относящемуся к получаемому продукту, предлагается состав, содержащий, по меньшей мере, компоненты, представляющие собой тетрамантан и пентамантан, причем указанный состав содержит компоненты, представляющие собой тетрамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 10 вес.% и компоненты, представляющие собой пентамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,5 вес.%, по отношению к общей массе алмазоидов, содержащихся в составе.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения предлагается состав, содержащий, по меньшей мере, компоненты, представляющие собой тетрамантан и пентамантан, причем указанный состав содержит компоненты, представляющие собой тетрамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 25 вес.%, более предпочтительно в количестве, по меньшей мере, приблизительно 50 вес.% и компоненты, представляющие собой пентамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,5 вес.%, по отношению к общей массе алмазоидов, содержащихся в составе.

Предпочтительно, этот состав дополнительно содержит гексамантан и более высокомолекулярные компоненты. Наиболее предпочтительно компоненты, представляющие собой гексамантан, содержащиеся в любом таком составе, не содержат максимально упакованный циклогексамантан, имеющий химическую формулу C₂₆H₃₀ и молекулярную массу, равную 342.

В еще одном из аспектов настоящего изобретения, относящегося к продукту реакции, предлагается предпочтительный состав, по меньшей мере, компонентов, представляющих собой тетрамантан и пентамантан, причем указанный состав содержит компоненты, представляющие собой тетрамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 10 вес.%, и компонентов, представляющих собой пентамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,5 вес.%, по отношению к общей массе состава. Более предпочтительно, такие составы содержат компоненты, представляющие собой тетрамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 25 вес.% и наиболее предпочтительно в количестве, по меньшей мере, приблизительно 50 вес.%, и компоненты, представляющие собой пентамантан, в количестве, по меньшей мере, приблизительно 0,5 вес.%, по отношению к общей массе состава.

Предпочтительно, этот состав дополнительно содержит компоненты, представляющие собой гексамантан и другие более высокомолекулярные алмазоиды.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 изображена структура алмазоидов в виде элементарных ячеек кристаллической решетки и ее взаимосвязь со структурой алмаза. В частности, на Фиг. 1 показана взаимосвязь структур алмазоидов с элементарными ячейками кристаллической решетки алмаза.

На Фиг. 2 показана газовая хроматограмма исходного реагента в виде газоконденсата, представляющего собой один из первичных исходных реагентов, использованных в примерах (исходный реагент А).

На Фиг. 3 показан профиль имитированной перегонки исходного реагента в виде газоконденсата, содержащего побочные продукты нефтепереработки, который использован в примерах (исходный реагент Б). Изображенные значения температуры кипения представляют собой эквивалентные значения температуры при атмосферном давлении.

На Фиг. 4 показан профиль имитированной высокотемпературной перегонки остатков обогащенных алмазоидами газоконденсатов, представляющих собой исходный реагент А и исходный реагент Б, при атмосферном давлении. На этом чертеже также показаны эквивалентные значения температуры кипения при атмосферном давлении, соответствующие количеству атомов углерода в n-парафинах.

На Фиг. 5 показаны профили газохроматографического анализа фракций перегонки, содержащих тетрамантаны и другие высокомолекулярные алмазоиды, которые получены из газоконденсата, представляющего собой исходный реагент А.

На Фиг. 6 показаны данные, полученные посредством препаративной капиллярной газовой хроматографии для выделения тетрамантана. Первая колонка показывает погоны, выделенные из фракции №33 перегонки исходного реагента А. Цифры, выделенные жирным шрифтом, относятся к максимумам (пикам) тетрамантанов. Вторая колонка показывает пики, соответствующие выделенным фракциям, направленным в уловители. Пики, обозначенные цифрами (2, 4, и 6), обведенными кружками, соответствуют тетрамантанам. Следует отметить, что в одном из этих пиков содержатся оба энантиомера оптически активного тетрамантана.

На Фиг. 7 показана структура четырех изомеров тетрамантана, два из которых являются энантиомерами.

На Фиг. 8 (А, Б, В) показаны микрофотографии кристаллов тетрамантана, выделенных из исходного реагента А посредством препаративной газовой хроматографии (Фиг. 6). Кристалл, изображенный на Фиг. 8А, был выделен из фракции №2, собранной в уловителе, кристаллы, изображенные на Фиг. 8Б, были выделены из фракции №4, собранной в уловителе; а кристалл, изображенный на Фиг. 8В, был выделен из фракции №6, собранной в уловителе. Поскольку два энантиомера тетрамантана имеют одинаковое время удерживания при ГХ, результаты которой показаны на Фиг. 6, один из кристаллов содержит оба энантиомера.

На Фиг. 9, Фиг. 10 и Фиг. 11 показано время удерживания при ГХ алмазоидосодержащего конденсата, представляющего собой фракцию №38 перегонки исходного реагента A, полученную путем перегонки и очистки. Показанная на Фиг. 9 хроматограмма общего ионного тока, полученная путем газохроматографического/масс-спектрометрического (ГХ/МС) анализа, свидетельствует о наличии высокомолекулярных алмазоидов при уровнях, позволяющих осуществить их выделение. На Фиг. 10 показана ионная хроматограмма, полученная путем ГХ/МС анализа (m/z=394), свидетельствующая о наличии гептамантана с молекулярной массой, равной 394. На Фиг. 11 показана хроматрограмма полного ионного тока (ПИТ) (TIC), полученная путем ГХ/МС анализа, свидетельствует о наличии таких уровней содержания гептамантанов, которые позволяют осуществить их выделение.

На Фиг. 12 показан профиль имитированной высокотемпературной перегонки, при которой в качестве исходного реагента использован остаток перегонки исходного реагента Б при атмосферном давлении и температуре 650°F +. На этом чертеже также показаны целевые границы (1-10) разделения фракций перегонки для обеспечения выделения высокомолекулярных алмазоидов.

На Фиг. 13 показана газовая хроматограмма фракции №5 перегонки, представляющей собой продукт перегонки исходного реагента Б при атмосферном давлении и температуре 650°F + остатка от перегонки, которая показана на Фиг. 12 и использована в примере 1.

На Фиг. 14 показана селективная ионная хроматограмма, полученная посредством газохроматографического/масс-спектрометрического (ГХ/МС) анализа (m/z=394), свидетельствующая о наличии изомерных гептамантанов во фракции №5 перегонки, представляющей собой продукт перегонки исходного реагента Б при атмосферном давлении и температуре 650°F + остатка.

На Фиг. 15 показана газовая хроматограмма удержанной фракции, полученной путем перегонки исходного реагента Б при атмосферном давлении, которую используют в примере 1 в качестве исходного реагента при пиролитической обработке. Удержанная фракция представляет собой вещество, извлеченное из перегонной колонки после процесса перегонки исходного реагента Б при температуре приблизительно 650°F.

На Фиг. 16 показана газовая хроматограмма продукта пиролиза исходного вещества из Фиг. 15, то есть удержанной фракции перегонки исходного реагента Б при атмосферном давлении и температуре 650°F + остатка от перегонки, свидетельствующая о разложении компонентов, не являющихся алмазоидами.

На Фиг. 17 приведена кривая хроматографического разделения фракции №32, полученной путем перегонки исходного реагента А, представляющего собой газоконденсат, посредством препаративной ВЭЖХ (высокоэффективной жидкостной хроматографии) на ОДС (октадецилсилановой) колонке, на которой показаны отобранные фракции (1-9).

На Фиг. 18 показаны газовые хроматограммы, посредством которых приведено сравнение фракции №32 перегонки исходного реагента A с его соответствующей фракцией №6 из Фиг. 17, полученной посредством ВЭЖХ. Хроматограмма фракции №6, полученной посредством ВЭЖХ, свидетельствует о значительном обогащении одним компонентом, представляющим собой тетрамантан.

На Фиг. 19 показана хроматограмма полного ионного тока, полученная путем газохроматографического/масс-спектрометрического (ГХ/МС) анализа фракции №6, полученной посредством ВЭЖХ (Фиг. 17), на которой виден один главный компонент, и селективная ионная хроматограмма фракции №6 (m/z=292), свидетельствующая о том, что этот компонент является одним из изомеров тетрамантана.

На Фиг. 20А показана газовая хроматограмма (с использованием плазменно-ионизационного детектора, ПИД (FID)) фракции перегонки №6 (см. Таблицу 3Б) исходного реагента Б при температуре 650°F + остатков от перегонки, а на Фиг. 20Б - газовая хроматограмма продукта, полученного в результате пиролитической обработки этого исходного реагента, свидетельствующая о разложении компонентов, не являющихся алмазоидами, и о наличии компонентов, представляющих собой пентамантаны, гексамантаны и максимально упакованные гептамантаны, в количестве, обеспечивающем возможность их выделения.

На Фиг. 21 показана газовая хроматограмма (с использованием ПИД (FID)) фракции №5 перегонки (см. Таблицу 3Б) исходного реагента Б при температуре 650°F + остатков от перегонки и газовая хроматограмма продукта, полученного в результате ее пиролитической обработки, свидетельствующая о разложении компонентов, не являющихся алмазоидами, и о наличии компонентов, представляющих собой тетрамантаны, пентамантаны, гексамантаны и максимально упакованные гептамантаны, в количестве, обеспечивающем возможность их выделения.

На Фиг. 22 в увеличенном масштабе показан участок газовой хроматограммы из Фиг. 21, в интервале от приблизительно 22 до 35 минут, свидетельствующий о наличии в результирующем продукте гексамантанов и максимально упакованных гептамантанов в количестве, обеспечивающем возможность их выделения.

На Фиг. 23 показана микрофотография двух сокристаллизованных пентамантанов, полученных из исходного реагента А.

На Фиг. 24 показан масс-спектр продукта пиролиза фракции №6 перегонки исходного реагента Б при температуре 650°F + остатков от перегонки, свидетельствующий о наличии выделенного из нее очищенного гептамантана с молекулярной массой, равной 448.

На Фиг. 25 показан масс-спектр продукта пиролиза фракции №6 перегонки исходного реагента Б при температуре 650°F + остатков от перегонки, свидетельствующи