Гетерогенно-каталитические промышленные процессы в электродинамических реакторах

• Автор: Даминев, Рустем Рифович
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 263 с. : ил.

1 Литературный обзор

1.1. Дегидрирование углеводородов с целыо получения мономеров для производства синтетических каучуков

1.2. Промышленные катализаторы дегидрирования бутана и бутенов

1.3 Каталитическое гидрирование углеводородов

1.4 Олигомеризация олефинов

1.5 Методы определения активности катализаторов

1.6 Сверхвысокочастотный нагрев и области его применения

2 Возможность осуществления каталитических процессов в электромагнитном поле

2.1 Требования, предъявляемые к технологическим средам, участвующим в процессах под действием СВЧизлучения
2.2 Влияние условий проведения процесса на физикохимические свойства технологических сред
2.3 Особенности протекания химикотехнологических процессов при использовании СВЧизлучения
3 Экспериментальное исследование сверхвысокочастотного нагрева технологических сред
3.1 Исследование кинетики нагрева катализаторов
3.2 Основные характеристики катализатора после СВЧнагрева
4 Проведение гетерогеннокаталитических процессов в электромагнитном поле
4.1 Изомеризация бутенов в СВЧполе
4.2 Дегидрирование бутенов в СВЧполе
4.3 Гидрирование пиперилена, псевдокумола в СВЧполе
4.4 Олигомеризация углеводородов фракции С4 в СВЧполе
5 Исследование влияния СВЧизлучения на катализаторы
5.1 Изменение физикохимических свойств катализаторов при проведении процессов в СВЧполе
5.2 Регенерация катализаторов в СВЧполе
5.3 Регенерация углеродсодержащих адсорбентов
5.4 Определение относительной активности катализаторов
5.5 Сравнительная характеристика традиционного и предлагаемого способов определения активности катализаторов
6 Технологический расчет СВЧ реактора
6.1 Расчет высоты реакционной зоны
6.2 Расчет объема катализатора
6.3 Расчет диаметра СВЧреактора
6.4 Расчет количества требуемой энергии
7 Конструктивные особенности СВЧреакторов
8 Обоснование промышленного применения процессов под действием СВЧизлучения
8.1 Расчет энергозатрат
8.2 Экологический аспект применения разработок
9 Выводы Литература
Приложение А техникоэкономический анализ предлагаемого метода определения активности катализаторов
Введение


Промышленный катализатор К изготовляется в виде цилиндров диаметром и длиной до мм, плотность слоя кгм3, удельная поверхность после изготовления около , а после периода разработки м2г 6. По данным 3, в катализаторе К до работы имеются следующие соединения вес. СЮз0,5 СгзОз Рез 2пСг4 РеСг4 . Таким образом, катализатор состоит в основном из хромитов цинка и железа, имеющих структуру шпинелей не связанные в шпинель окислы железа, хрома и цинка находятся в высокодисперсном состоянии. Некоторые авторы начальную удельную поверхность катализатора К
оценивают в м г, а после разработки м г. К и нашли, что в процессе разработки формируется более устойчивая широкопористая структура катализатора з результате перехода части свободных окислов в шпинели и укрупнения кристаллических образований таблица 1. СВЧизлучения, в экспериментах необходимо использовать катализатор, изначально разработанный традиционным методом, таким образом, можно оценить влияние СВЧполя на протекание целевого процесса, а влияние СВЧизлучеиия на активность катализатора при его разработке является следующим важным этапом экспериментальных исследований. Таблица 1. Активность катализатора К в течение одного рабочего цикла существенно изменяется. Так, в лабораторном изотермическом реакторе при температуре 0 С, объемной скорости ч1 и мольном разбавлении 1 активность за 6ч дегидрирования изменяется следующим образом таблица 1. Таблица 1. Выход С4Нб, мол. Избирательность, мол. Аналогичным образом изменяются выходы и в адиабатическом реакторе. Например, в полупромышленном трехслойном реакторе с вводом водяного пара в каждый из слоев при температуре в верхней части каждого слоя 0 С, суммарной объемной скорости подачи бутилена 5ч1 и разбавлении водяным паром в первом слое 5,, во втором 9, и в третьем 1 мольмоль получены такие показатели таблица 1. Таблица 1. Выход СН6, вес. Избирательность, вес. Как следует из этих данных, первый час работы катализатора характеризуется низкой избирательностью, что является одним из недостатков катализатора К. В работе 3 выяснялись причины изменения активности и избирательности в течении одной фазы дегидрирования. Установлено, что в катализаторе К, содержащем после регенерации 0, шестивалентного хрома и 0, двухвалентного железа уже после 2 минут дегидрирования Сгб
исчезает, а содержание Ие увеличивается до 4,2 и далее остается постоянным. На этом основании считают, что, в первые же минуты дегидрирования Сг восстанавливается до Сг3, а Ре до Ре4. Однако повышение активности и избирательности происходит гораздо медленнее. Ре4 частично кристаллизуется в шпинель и частично взаимодействует с хроматами железа и цинка с образованием твердого раствора. Эти изменения, предположительно приводят к повышению активности катализатора. Повышение избирательности, повидимому, можно объяснить блокировкой самых мелких пор углистыми отложениями, что уменьшает внутридиффузионное торможение и выводит процесс дегидрирования в кинетическую область изза малой скорости диффузии в мелких порах образующийся бутадиен в большей степени разлагается именно в таких порах . Дальнейшее снижение активности может вызываться только зауглероженностыо катализатора. Второй недостаток катализатора К сравнительно небольшой срок его службы. Падение активности катализатора в процессе его эксплуатации связано с уменьшением удельной поверхности, которое вызывается в основном кристаллизацией и спеканием 4. Удельная активность катализатора при этом остается практически постоянной. При старении наблюдается некоторые изменения и других свойств катализатора, в частности, уменьшается содержание шестивалентного хрома после регенерации рисунок 1. Содержание Сг после регенерации уменьшается пропорционально удельной поверхности, что указывает на изменение валентного состояния только поверхности хрома. Связь этого перехода с активностью катализатора пока не установлена. Срок службы катализатора зависит от удельной поверхности после его разработки чем больше исходная удельная поверхность, тем больше срок службы катализатора ИЗ, 4. Понижение температуры регенерации способствует увеличению срока эксплуатации.