Дегидрирование изопентана на алюмохромовых катализаторах, приготовленных с использованием СВЧ-излучения

• Автор: Каримов, Олег Хасанович
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Процесс дегидрирования низших С3-С5 парафинов в кипящем слое
1.2 Технологическое оформление процесса дегидрирования изопентана в кипящем слое катализатора
1.3 Методы приготовления и применение алюмохромовых катализаторов в процессе дегидрирования изопентана
1.4 Применение СВЧ-излучения при приготовлении металлоксидных катализаторов
2 МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1 Приготовление образцов катализаторов
2.2 Определение потери массы при прокаливании
2.3 Определение фракционного состава
2.4 Определение насыпной плотности
2.5 Рентгенофазовый анализ
2.6 Термогравиметрический анализ
2.7 Растровая электронная микроскопия
2.8 Исследование пористой структуры
2.9 Определение глубины проникновения микроволнового излучения
2.10 Исследование скорости сушки в СВЧ-поле
2.11 Определение массовой доли шестивалентного хрома в катализаторе
2.12 Исследование каталитических свойств

2.13 Исследование изомеризующей способности носителя
2.14 Исследование интенсивности коксообразования
3 МОДИФИКАЦИЯ АЛЮМООКСИДНОГО НОСИТЕЛЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
3.1 Подбор алюмооксидного носителя
3.2 Влияние электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на алюмооксидный носитель
4 СТАДИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1 Определение особенностей проведения СВЧ-сушки
4.2 Результаты исследования сушки катализатора в СВЧ-поле
4.3 Исследование условий нанесения раствора активных компонентов в СВЧ поле
4.4 Усовершенствование схемы производства катализаторов с использованием СВЧ-излучения
5 ДЕГИДРИРОВАНИЕ ИЗОПЕНТАНА НА АЛЮМОХРОМОВЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ В СВЧ-ПОЛЕ
5.1 Дегидрирование изопентана на катализаторе, высушенном в СВЧ-поле
5.2 Дегидрирование изопентана на катализаторе, пропитанном в СВЧ-поле
5.3 Подбор температуры процесса дегидрирования
5.4 Усовершенствование промышленной схемы дегидрирования
изопентана
ВЫВОДЫ
Список сокращений
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Изопрен представляет собой важнейший и крупнотоннажный мономер для производства синтетических каучуков и резинотехнических изделий. Ежегодно в мире производится более 1,3 млн. т синтетического изопренового каучука.
Учитывая растущий спрос на полиизопреновый каучук, становится актуальной задачей наращивание мощностей производства изопрена и повышение эффективности действующих технологий его производства.
Отечественные технологии производства изопрена, среди которых наибольшее распространение получил способ двухстадийного дегидрирования изопентана, представляют собой в большинстве случаев каталитические процессы. В этой связи себестоимость мономера обуславливается показателями эффективности процесса, который напрямую зависит от каталитических свойств используемых катализаторов и срока их службы.
Поскольку первая стадия получения изопрена методом дегидрирования изопентана проводится в «кипящем слое» катализатора, то помимо каталитических свойств последний должен обладать повышенной прочностью и иметь оптимальную форму и размеры частиц. Потребность в микросферических катализаторах дегидрирования низших парафинов с учетом больших производственных мощностей по выпуску синтетического каучука в стране составляет порядка 5 ООО т в год.
Алюмохромовый катализатор ИМ-2201, несмотря на низкие прочностные показатели и в этой связи высокие расходные нормы (15-20 кг на тонну продукта), эксплуатируется в промышленности уже более 30 лет. Разрабатываемые в последние десятилетия алюмохромовые катализаторы дегидрирования (АОК-73-21, АОК-73-24) характеризуются высокой абразивностью, что влечет к преждевременной порче оборудования. Поэтому внедряемые в промышленное применение такие катализаторы эксплуатируются в смеси с менее прочными ИМ-2201.
В настоящее время остаются актуальными исследования по разработке энергоэффективных и малоотходных способов получения микросферических

После приготовления суспензии смешанных солей металлов ее подвергают процессу сушки традиционными методами, в частности, удаляют влагу в печи, распылением, сублимационным методом либо в роторных сушилках.
Процесс обезвоживания в электромагнитном поле СВЧ-диапазона был исследован в 1965 г. М.Л. Левинсоном, который использовал углеродный материал как преобразователь излучения в тепловую энергию, необходимую для нагрева материалов до требуемой температуры [92]. Процесс сушки в электромагнитном поле позволяет исключить продукты сгорания. В относительно широком частотном диапазоне можно глубоко прогревать влажные материалы без нагревания окружающего воздуха. В диапазоне выше 300 МГц в большинстве материалов, в первую очередь, электромагнитную энергию поглощает вода.
Сушка с использованием СВЧ-излучения применяется в приготовлении нанесенных металлоксидных катализаторов. Так, облучением микроволнами готовится катализатор для производства винилацетата в газовой фазе из этилена, уксусной кислоты и кислорода [104]. Катализатор представляет собой нанесенные на пористый носитель палладий, золото и соединения щелочных металлов. Катализатор облучают микроволновым полем на разных стадиях его приготовления. Аналогичным способом наносят драгоценные металлы на алюмооксидный носитель под действием микроволнового поля при приготовлении катализатора очистки выхлопных газов [101].
Использование электромагнитного излучения СВЧ-диапазона для удаления из катализатора растворителя применимо и при приготовлении высокодисперсного катализатора методом распылительной сушки, заключающегося в быстром обезвоживании суспензии катализатора. Так, применяя электромагнитное воздействие на суспензию, возможно приготовить катализатор для частичного окисления пропилена и изобутилена [105]. Суспензия солей металлов (молибдена, висмута, железа, щелочных металлов), растворенных в водном растворе азотной кислоты, сушится в микроволновой печи в диапазоне частот от 600 МГц до 2,5 ГГц. При излучении частотой более 2,5 ГГц увеличивается размер частиц. После микроволновой сушки данный катализатор