Механизм селективного восстановления NOx пропаном на механической смеси оксидных катализаторов

• Автор: Закирова, Альфия Габдрахмановна
• Шифр специальности: 02.00.13, 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Явление синергизма в катализе

1.2. Селективное восстановление x различными углеводородами

1.2.1. Метан

1.2.2. Пропан

1.2.3. Пропен

1.3. Механизм реакции СКВ 0 углеводородами в избытке кислорода

1.3.1. Активация оксидов азота

1.3.2. Активация углеводородов на оксидных катализаторах

1.3.3. Нитроорганические промежуточные соединения
1.4. Природа синергизма
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Методики проведения физикохимических исследований
2.1.1. Рентгенофазовый анализ
2.1.2. Рентгеноспектральный анализ
2.1.3. Термопрограммированное восстановление водородом
2.1.4. ТПД 2 в статическом реакторе
2.1.5. ТПД 2 в проточном реакторе
2.2. Испытания активности катализаторов
2.2.1. Испытания активности катализаторов в СКВ 0
2.2.2. Испытания активности катализаторов в реакции окисления пропана
2.3. Определение эффективных констант скоростей реакций и
кажущейся энергии активации в проточном реакторе
2.4. ИКспектроскопия i i
2.4.1. Регистрация ИКспектров в условиях ТПД 2 и НССКВ 0
2.4.2. Определение концентрации нитратов в условиях ИССКВ 0
2.4.3. Спектрокинетические исследования
ГЛАВА 3. МЕХАНИЗМ СЕЛЕКТИВНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ 0 ПРОПАНОМ В ПРИСУТСТВИИ КИСЛОРОДА НА КАТАЛИЗАТОРЕ НТК1
3.1. Характеристика состояния катализатора
3.1.1. Фазовый состав
3.1.2. Тсрмопрограммированное восстановление в водороде
3.2. Адсорбционные свойства катализатора НТК1
3.2.1. Адсорбционные формы 0
3.2.2. Адсорбционные формы СзН8, СзН8С2
3.3. Влияние температуры на свойства поверхностных соединений
и активность катализатора
3.4. Реакционная способность поверхностных комплексов
3.5. Влияние состава реакционной смеси на свойства поверхностных соединений и активность катализатора НТК1
3.5.1. Влияние концентрации 0
3.5.2. Влияние концентрации пропана
3.5.3. Влияние концентрации кислорода
ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМ СЕЛЕКТИВНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ 0 ПРОПАНОМ В ПРИСУТСТВИИ КИСЛОРОДА НА МСгОКСИДНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
4.1. Характеристика состояния катализатора
4.1.1. Фазовый состав
4.1.2. Термопрограммированное восстановление в водороде
4.2. Адсорбционные свойства Сгоксидпого катализатора
4.2.1. Адсорбционные формы 0
4.2.2. Адсорбционные формы кислорода
4.2.3. Адсорбционные формы СзН8, СзН8Ог
4.3. Влияние температуры на свойства поверхностных соединений
и активность катализатора
4.4. Идетификация продуктов окисления пропана на МСгкатализаторс
4.5. Реакционная способность поверхностных комплексов
4.5.1. Реакционная способность нитритнитратных комплексов
4.5.2. Реакционная способность комплексов адсорбированного пропана
4.6. Влияние состава реакционной смеси на активность и свойства
поверхностных соединений
4.6.1. Влияние концентрации 0
4.6.2. Влияние концентрации пропана
4.6.3. Влияние концентрации кислорода
ГЛАВА 5. ЯВЛЕНИЕ СИНЕРГИЗМА В ПРОЦЕССЕ СКВ 0 ПРОПАНОМ В ПРИСУТСТВИИ НА МЕХАНИЧЕСКОЙ СМЕСИ ПРОМЫШЛЕННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НТК1 И МСгОКСИДНОГО
5.1. Влияние температуры на активность катализаторов НТК1,
МСгоксидного и их механической смеси в реакции СКВ 0 пропаном
5.2. Механизм СКВ 0 пропаном на катализаторах НТК
и Сгоксидном компонентах механической смеси
5.2.1. Катализатор НТК1
5.2.2. Катализатор Сгоксидный
5.2.3. Различия в механизме НССКВ 0 на катализаторах ЭДСгоксидном и НТК1
5.3. Роль Н2 в явлении синергизма на механической смеси катализаторов
5.3.1. Влияние Н2 на каталитическая активность НТК
в реакции СКВ 0 пропаном
5.3.2. Влияние Н2 на свойства поверхностных соединений при взаимодействии смесей 0 и СзНзОгКг с НТК1
5.3.3. Влияние водорода на свойства поверхностных соединений
в условиях СКВ 0 на НТК1
5.4. Механизм реакции НССКВ 0 и наблюдаемого эффекта синергизма
5.4.1. Свойства поверхностных комплексов в присутствии Н
в реакционной смеси
5.4.2. Степень восстановленности поверхности катализатора
в присутствии Н2 в реакционной смеси
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Для превращения 0 в экологически безопасные соединения требуется их восстановить, а не окислить, как для большинства других загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу предприятиями ТЭК и транспортными средствами, что создает дополнительные трудности при решении проблемы нейтрализации реальных газовых выбросов. Селективное каталитическое восстановление оксидов азота углеводородами в присутствии кислорода НССКВ 0, в наибольшей степени эффективно для удаления из выхлопных и дымовых газов оксидов азота путем превращения их в нетоксичный азот. Несмотря на многочисленные исследования по разработке катализаторов для этой реакции, до сих пор еще не созданы системы, которые в полной мере обладали бы необходимым комплексом потребительских свойств в условиях количественного превращения 0, в 2. Комбинаторный катализ, основанный на скрининге свойств существующих промышленных катализаторов и их механических смесей в реакциях, которые в их присутствии ранее не исследовались и являются для этих катализаторов новыми, представляет одно из перспективных направлений создания эффективных каталитических систем. В реакции НССКВ 0 необходима эффективная активация восстановителя и окислителя, поэтому использование механических смесей, представляющих собой многокомпонентные многофазные системы, позволяет реализовать принцип разделения сложной реакции на стадии, каждая из которых ускоряется своим катализатором. Механическое смешение двух или более компонентов является наиболее простым способом получения таких систем. Экспериментально обнаружено, что ряд поликомпонентных катализаторов в виде механических смесей проявляют синергизм. Этот нелинейный эффект заключается в увеличении активности, селективности и других характеристик гетерогенных каталитических реакций, превышающих эти показатели для индивидуальных компонентов смесей. Целью данной работы являлось установление природы эффекта синергизма на механической смеси промышленных катализаторов МСгоксидного и НТК1 на основании детального исследования механизма процесса селективного восстановления 0 пропаном на индивидуальных компонентах. Изучение механизма процесса является важным при разработке научных основ создания эффективных катализаторов и понимания природы их действия. Эти данные имеют важное практическое значение для создания эффективных технологий каталитической очистки газовых выбросов промышленности и автомобильного транспорта от оксидов азота и углеводородов. Глава . ГЛАВА 1. Явление синергизма в катализе Поиск новых катализаторов попрежнему остается одной из важнейших задач для современной нефтехимии и промышленной органической химии, решение которой позволяет найти пути улучшения существующих технологических процессов 1. Подавляющее большинство промышленных гетерогенных катализаторов это многофазные системы. Из всех способов получения многофазных, полифункциональных систем пропитка, нанесение, соосаждение и другие наиболее простым является механическое смешение двух или более различных компонентов. В промышленном катализе особое внимание уделяется изучению различных эффектов, позитивно влияющих на активность катализатора, таких как промотирование, инициирование и др. Устойчивый интерес к этим эффектам обусловлен, прежде всего, возможностью их практического использования. Они позволяют управлять протеканием каталитического процесса и влиять на основные критерии его эффективности степень превращения реагентов Х,, селективность ,, выход целевого продукта У,, скорость протекания химической реакции г и др. В последние время к числу эффектов, позволяющих менять параметры протекания каталитических реакций, все чаще стали относить эффект синергизма. Под синергизмом понимают нелинейный нсаддитивный эффект увеличения активности, селективности, выхода продукта и других характеристик реакции при изменении концентраций компонентов каталитической системы или при изменении порядка загрузки слоев катализаторов в реактор см. Рис. Способы загрузки двух гетерогенных катализаторов для обнаружения синергизма их каталитического действия I послойная загрузка катализаторов П механическая смесь катализаторов. Условные обозначения катализатор А, , катализатор Б, 1 входящий поток реагентов, 2 выходящий поток продуктов реакции.