Катализаторы окислительной димеризации метана

• Автор: Семикин, Кирилл Вадимович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Производство и потребление этилена

1.2 Термодинамические аспекты окислительной димеризации метана

1.3 Прямая конверсия метана в С2 -углеводороды. Механизм

1.4 Каталитические системы процесса окислительной димеризации метана

1.5 Общие закономерности подбора катализаторов

1.6 Аппаратурное оформление процесса ОДМ

1.7 Адсорбция смеси газов на твердых адсорбентах

1.8 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Исходные вещества и реагенты
2.2 Лабораторная установка для исследования каталитических свойств
2.3 Лабораторная установка для исследования адсорбции продуктов ОДМ
2.4 Определение физико-химических свойств катализаторов
2.5 Методы анализа продуктов реакции
2.6 Методики приготовления катализаторов
ГЛАВА 3 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ А12Оз(Ы02)-МепОт
3.1. Влияние химического состава на свойства бинарных оксидных катализаторов Ме„0т-А1203 (Ме = Мп, РЬ, Ьп)
3.1.1. Синтез и исследование свойств катализаторов Мп02-А1
3.1.2. Формирование структуры катализаторов Ьп02-А1
3.1.3. Исследование структуры и свойств катализаторов РЬ0-А1
3.2. Исследование свойств многокомпонентных оксидных катализаторов Ыа20-МпОх-ЗЮ2 и Ка2Мо04-МпОх-8Ю
3.2.1. Изменение физико-химических свойств силикатных носителей: Ы02 и №20- 8Ю2 . Проблема водостойкости силикагелей
3.2.2. Синтез и исследование каталитической активности МепОт-Ы02 и №ьО -МпСЬ/ЫСЬ катализаторов

3.2.3. Влияние введения Мо в качестве промотора в каталитическую систему
№20 -МпОг/БЮг
3.3 Разработка кинетической модели процесса ОДМ
ГЛАВА 4 АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА
4.1 Проведение процесса ОДМ в реакторах с кипящим слоем катализатора
4.2 Изучение конкурентной адсорбции продуктов ОДМ
ВЫВОДЫ
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Экспериментальные данные для расчета процесса адсорбции
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Акт о наработке опытных партий носителя КСМ-В
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Акт о наработке катализатора

ВВЕДЕНИЕ
Мировое потребление таких видов продукции нефтехимического комплекса, как винилхлорид, полиэтилен, оксид этилена, неизменно увеличивается, главным сырьем которых является этилен. Объём производства этилена служит одним из важных показателей экономического развития страны, а потребность в этилене отражает состояние развития нефтехимической промышленности. Современные промышленные методы его получения основаны на термическом разложении бензиновых фракций. Ввиду динамического роста мирового спроса на моторные топлива, использование соответствующих фракций для получения этилена является нерациональным. В связи с этим необходимо развивать инновационные пути получения сырья основного органического синтеза, например, процесс окислительной
димеризации метана (ОДМ) в этилен. В последние годы ОДМ получило дополнительно активное развитие потому, что полученный в результате мягкого окисления этилен, можно конвертировать в более тяжелые олефины, например бутилен, который при взаимодействии с изобутаном образует алкилат, являющийся компонентом моторного топлива.
Учитывая высокую экзотермичность процесса (АН = 460 кДж/моль), из существующих способов реализации (трубчатые, мембранные реакторы и т.д) наиболее перспективным является осуществление его в организованном кипящем слое (КС) катализатора, позволяющим интенсифицировать теплообмен,
перераспределить потоки окисления между плотной и пузырьковой фазами и избежать образования локальных перегревов, негативно сказывающие на активности катализатора. Однако разработки состава и технологии
высокоселективного и устойчивого к истиранию катализатора, практически, отсутствуют.
Для расчета конструктивных размеров реактора КС, предназначенного для ОДМ, необходимы кинетические параметры и уравнение кинетики, являющиеся основой механизма и математической модели гомогенно-гетерогенного

' ~ ua dh kr ' Cb ~ ' kr ' Cb + kbc^Cb Cc^
kbc^b - Cc> = Ге'кг'Сс + kce^Cc ~ Ce) (L33)

где кг — суммарная константа скорости реакции, отнесенная к объему, занимаемому частицами; кЬс — коэффициент массообмепа между пузырями и окружающим его облаком, отнесенный к объему пузыря; ксе — коэффициент массообмена между облаком и плотной фазой; кЬс — коэффициент массообмена между пузырем и плотной фазой слоя:
уь— 0.01-0.001 — отношение объема частиц, находящихся в пузыре, к объему всего слоя; ус, ус — относительная объемная доля частиц, находящихся соответственно в облаке пузыря и плотной фазе слоя.
Для многих случаев уравнение 1.15 может быть значительно упрощено:
1) (yb-kr= КЬс). Случай соответствует быстрой реакции, которая практически успевает завершиться в пузыре и его облаке. Скорость процесса в основном лимитируется скоростью массообмена.
2) (уь=0). Скорость химической реакции сравнима со скоростью
массообмена. Внутри пузырей не происходит химической реакции, она протекает лишь в облаке вокруг пузырей и в плотной фазе.
3) кг <(кьс + ксе). Скорость процесса определяется скоростью химической реакции, что наблюдается при проведении в слое медленной реакции и наличии в нем пузырей только небольшого размера.
При U/Uo<6-l 1 скорости пузырей и газа в плотной фазе имеют одинаковое направление. Выходящий из слоя газ состоит из двух потоков, и концентрация реагента определяется как средняя из них.