Разработка и исследование углеродных носителей на основе сажи и тяжелых нефтяных остатков для получения катализаторов

• Автор: Кугатов, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Углеродные носители для катализаторов
1.1 Требования, предъявляемые к катализаторам и носителям
1.2 Строение углеродных носителей
1.3 Активные угли
1.4 Пористые углеродные материалы на основе сажи
1.4.1 Сажа
1.4.2 Сибунит
1.4.3 Мезопористый углеродный материал
1.5 Другие виды пористых углеродных материалов
1.5.1 Графитированная сажа
1.5.2 Терморасширенный графит
1.5.3 Стеклоуглерод
1.5.4 Каталитический волокнистый углерод
1.5.5 Пенококсы и пенографиты
1.5.6 Углеродные волокна
1.6 Выводы и постановка задач исследований
2 Объекты и методы исследования
2.1 Сырье для получения пористых углеродных материалов
2.1.1 Нефтяной пек
2.1.2 Сажа
2.1.3 Растворитель
2.2 Методика получения гранулированного пористого углеродного материала на основе нефтяных пеков и сажи
2.3 Методы анализа гранул пористого углеродного материала
2.3.1 Адсорбционные методы
2.3.2 Определение плотности и объема пор
2.3.3 Исследование пористой структуры углеродных гранул

2.3.4 Определение механической прочности и зольности гранул
2.4 Приготовление нанесенных катализаторов на углеродном носителе и испытание их активности
2.5 Выводы
3 Изучение структуры и свойств пористого углеродного материала
3.1 Исследование пористой структуры углеродного материала
3.2 Изучение влияния параметров приготовления углеродных
гранул на их основные качественные характеристики
3.2.1 Влияние времени перемешивания
3.2.2 Влияние соотношения связующее / наполнитель
3.2.3 Влияние температуры термообработки
3.2.4 Влияние качества сырья
3.2.5 Влияние растворителя
3.2.6 Способ гранулирования исходной смеси
3.3 Выводы
4 Исследование активности палладиевых катализаторов, полученных
на основе предлагаемого углеродного носителя
5 Технико-экономическое обоснование производства углеродного носителя для катализаторов на основе сажи и нефтяного пека
5.1 Анализ рынка катализаторов на углеродном носителе
5.2 Технологическое оформление процесса
5.3 Материальный баланс установки
5.4 Расчет капитальных затрат
5.5 Расчет себестоимости готовой продукции
5.6 Расчет эффективности инвестиционного проекта
5.7 Вывод
Основные выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Производство катализаторов - важнейшая отрасль промышленности, имеющая огромное значение для развития нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности. Отдельную отрасль производства катализаторов составляют катализаторы, в которых в качестве активного компонента используются редкие и благородные металлы, такие как платина, палладий, родий, рений и т.д. При производстве таких катализаторов содержание металла в них обычно не превышает 1 % [1]. При этом для более эффективного использования самого металла его наносят на носители - материалы, обладающие высокими значениями удельной поверхности, механической прочности, инертные к эксплуатационной среде И Т.Д.
В промышленности применяются два основных типа носителей: оксидные и углеродные. Наибольшее распространение для получения нанесенных металлических катализаторов получили оксидные носители (например, активный оксид алюминия), используемые, в том числе, в крупнотоннажных процессах нефтепереработки и нефтехимии. Данный факт объясняется тем, что катализаторы на оксидном носителе могут быть подвергнуты окислительной реактивации, которая недоступна для катализаторов на основе углеродных материалов [2]. Однако углеродные носители обладают и рядом преимуществ:
-катализаторы на углеродных носителях по каталитическим свойствам часто превосходят катализаторы на оксидных носителях;
- углеродные материалы стойки к действию кислых и щелочных сред; -технология извлечения ценных компонентов из отработанных катализаторов на углеродной основе более предпочтительна с технико-экономической и экологической точки зрения, так как предусматривает огневую переработку отработанных катализаторов с получением золы, обогащенной ценными компонентами (драгоценными металлами) [3, 4].

2 Среди пористых углеродных материалов наибольшее распространение в производстве катализаторов и носителей получили активные угли. Однако из-за их микропористой структуры, высокой зольности, сложности и неэкологичности технологии изготовления лишь около 1 % всех производимых активных углей используется для производства катализаторов.
3 Известен пористый углеродный материал, специально предназначенный для использования в качестве носителя для катализаторов, - Сибунит. Он лишен большинства указанных для активных углей недостатков, однако его стоимость в 8 раз превышает стоимость активных углей, что существенно ограничивает его промышленное применение.
4 Среди всех остальных видов пористых углеродных материалов наибольший интерес в качестве носителя для получения катализаторов представляет материал, получаемый матричным синтезом с использованием сажи и связующего. В качестве связующего материала выступают различные полимерные смолы, стоимость которых довольно высока.
5 В данной работе поставленную во введении цель предполагается решать путем использования нефтяного пека в качестве связующего материала для получения пористого углеродного материала на основе сажи. При этом необходимо решить следующие задачи:
- изучить пористую структуру полученного материала;
- исследовать влияние основных параметров приготовления пористого углеродного материала на его основные качественные характеристики;
- синтезировать образцы нанесенных металлических катализаторов с использованием исследуемого материала в качестве носителя;
- исследовать активность полученных катализаторов и оценить их эффективность путем сравнения с катализаторами на основе известных углеродных носителей.