Диагностика технологических параметров синтеза оксидных и цеолитных катализаторов

• Автор: Чистофорова, Наталья Васильевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 204 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень условных обозначений

Введение.

ГЛАВА 1. Анализ современных представлений о катализе и методах

исследования катализаторов

1.1. Основные характеристики каталитических процессов и реакторов.

1.2. Факторы, влияющие на активность катализатора.

1.3. Особенности синтеза катализаторов

1.4. Классификация катализаторов и эксплуатационные требования к ним

1.5. Методы исследования катализаторов

1.5.1. Методы определения активности

1.5.2. Методы исследования структуры
1.5.3. Методы исследования атомов переходных металлов 8 оксидах
1.6. Выводы .
ГЛАВА 2. Физикохимические свойства и люминесцентные характеристики носителей и катализаторов
2.1. Оксид алюминия А0з.
2.2. Диоксид кремния ВЮ2.
2.3. Диоксид титана ТЮ2.
2.4. Оксид магния МдО и алюмомагниевая шпинель МдА
2.5. Диоксид циркония гю2.
2.6. Цеолиты и влияние на их свойства нанесенных металлов.
2.8. Выводы
ГЛАВА 3. Методика проведения эксперимента и объекты исследования
3.1. Описание экспериментальной установки и особенностей катализаторов и носителей
3.2. Автоматизация эксперимента.
3.2.1. Аналогоцифровой преобразователь и программа его обработки
3.2.2. Программа декомпозиции спектров люминесценции
ГЛАВА 4. Лазернолюминесцентное исследование оксидных и цеолитных носителей и катализаторов
4.1. Сравнительные характеристики спектров люминесценции оксидов алюминия, титана, циркония, цеолитов
4.2. Фотолюминесценция платиносодержащих цеолитных катализаторов
4.3. Каталитические и люминесцентные свойства кобальтсодержащих катализаторов.
4.4. Люминесценция хромсодержащих катализаторов
4.5. Люминесценция катализаторов паровой конверсии диметилового эфира, синтезированных на основе шпинели, оксидов магния и алюминия
4.6. Фотолюминесценция висмутсодержащих соединений
ГЛАВА 5. Математическая обработка результатов исследования
5.1. Декомпозиция спектров платино, кобальт, и хромсодержащих катализаторов
5.2. Статистический анализ люминесцентных и каталитических характеристик
Основные результаты и выводы
Литература


За меру активности промышленных катализаторов, применяемых в виде твердых пористых зерен, авторами принимается наблюдаемая скорость реакции на целом зерне при заданной степени превращения, отнесенная к единице массы или объема катализатора. При этом измерение должно проводиться в условиях, когда процессы переноса массы и тепла между внешней поверхностью зерна и потоком реакционной смеси не оказывают заметного влияния на наблюдаемую скорость реакции. В зависимости от условий и поставленных задач активность выражают энергией активации, разностью скоростей реакций и отношением констант скоростей каталитической и некаталитической реакций. Sya — удельная поверхность, м2 на 1 м3 катализатора. Сравнение активности различных катализаторов в данном каталитическом процессе при избранных стандартных условиях [(С, t, Р, w, т) = const] часто проводят по степени превращения основного исходного вещества х [,]. Активность катализатора для процессов, протекающих в кинетической области, соответствует его активности в химической реакции. Однако в тех случаях, когда скорости химических и диффузионных стадий каталитического процесса сопоставимы, активность катализатора по отношению к процессу уже не совпадает с активностью его в химической реакции, не осложненной диффузией. Для такого процесса константа скорости зависит от коэффициентов диффузии из ядра потока к поверхности зерна и внутри пор зерна. В результате для химического процесса общая активность может быть функцией многих параметров технологического режима и физических свойств катализатора^]. A = f{^Kam^CayCuiCl,. CniCnpuuJ1PiS}^d3? W,lUuM[4y. Скат, Са, Си, С'и, Сп, Сприм — КОНЦеНТрЭЦИИ катализатора, активатора, исходных веществ, продукта, примесей соответственно; Т — температура; Р — давление; Syd — удельная поверхность катализатора; dxep — средний размер (диаметр) зерна; г, — эквивалентный радиус пор; Ми, Мп — молекулярные массы исходных веществ и продукта соответственно; и’— линейная скорость потока реагентов. Рис. Влияние концентрации катализатора С. Са (кривая 2) на константу скорости каталитической реакции []. Однако каждая независимая переменная при значительном изменении условий может сказаться на активности катализатора. Концентрация катализатора Скат влияет на активность при гомогенном ката-лизе, и следовательно, на константу скорости к каталитической реакции, в соответствии с кривой 1 (рис. СС . Однако концентрация каталитически активного вещества в контактной массе влияет соответственно уравнению (1. Концентрация активатора Са имеет существенное значение в гомогенном и в гетерогенном катализах. Избыток активатора при гетерогенном катализе может вызвать экранирование собственно катализатора в зернах контактной массы. Значительное изменение концентрации исходных веществ Си, С'и может привести к замене одного лимитирующего этапа процесса другим. Соответственно изменится и вид кинетического уравнения. Кроме того, значительное изменение концентрации может привести к появлению нового химического соединения реагента с катализатором, дающего отдельную кристаллическую фазу, как правило, каталитически неактивную. Повышение концентрации продукта Сп обычно тормозит общую скорость реакции, так как при этом сдвигается адсорбционное равновесие и увеличивается поверхность катализатора, занятая продуктом. При катализе на пористых зернах катализатора возрастание концентрации продукта увеличивает внутренние и внешние диффузионные торможения. Сильное повышение концентрации продукта для некоторых реакций приводит к отравлению катализатора. Повышение концентрации примесей С^ всегда снижает скорость реакции, однако норма градиента этого снижения в присутствии инертных по отношению к катализатору примесей невелика, в то время как незначительное содержание контактных ядов вызывает падение активности в несколько раз. Температура среды Т оказывает значительное влияние на скорость процесса, протекающего, как в кинетической, так и в диффузионной областях. Температура в кинетической области влияет на константу скорости согласно уравнению Аррениуса (см.