Аппаратурно-технологическое оформление процесса окислительной конденсации метана на LiWMn/SiO2 катализаторе

• Автор: Магомедова, Мария Владимировна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Общие сведения о катализаторах.

1.2. Механизм

1.3. Кинетика

1.4. Математическое моделирование и разработка схемного решения процесса

1.4.1. Моделирование реактора

1.4.2. Схемное решение

1.5. Анализ литературы и постановка задачи.

Глава 2. Разработка кинетической модели

2.1. Схемы стехиометрических уравнений.
2.2. Термодинамический анализ
2.3. Моделирование кинетики
2.4. Дискриминация моделей.
2.5. Теоретическая оптимизация.
2.5.1. Методика расчета
2.5.2. Влияние условий реакций на конверсию кислорода
2.5.3. Влияние условий реакций на селективность по С2
Глава 3. Моделирование и расчет реактора.
3.1. Выбор начальной температуры газа
3.1.1. Адиабатический разогрев.
3.1.2. Самовоспламенение метанкислородной смеси.
3.2. Выбор и обоснование типа реактора.
3.2.1. Трубчатый реактор.
3.2.2. Реактор с кипящим слоем катализатора
3.3.3. Адиабатический многоступенчатый реактор
3.3.3.1. Математическая модель.
3.3.3.2. Результаты расчета
3.3.3.3. Параметрическая чувствительность
3.2.4. Дискреактор
3.2.4.1. Анализ промышленных процессов в диск реакторах
3.2.4.2. Математическое моделирование реактора ОКМ.
3.2.4.3. Конструкция реактора ОКМ
Глава 4. Аппаратурнотехнологическое оформление процесса.
4.1. Разработка схемного решения процесса
4.1.1. Блок синтеза этилена
4.1.2. Блок очистки контактного газа от СОх
4.1.3. Блок синтеза алкилбензина
4.2. Описание технологической схемы.
4.3. Материальный баланс
Глава 5. Обсуждение результатов.
Список литературы


Так, например, в работе [] па 5,0 % РЬО/ MgO-катал и заторе была достигнута селективность по углеводородам С2 - ,0 % при конверсии метана ,0 %. Модифицирование РЬО/А-катализатора литием позволило при той же температуре достичь селективности по этилену - ,5 %, этану - ,5 % при конверсии метана ,5 % []. Таким образом, можно сказать, что при использовании окислительновосстановительных (редокси) катализаторов на основе оксидов металлов IV и V групп при температуре 0-0 °С при селективности ,0-,0 % достигается выход углеводородов С2 ,0-,0 %. В этот же период времени были открыты катализаторы другого типа, на основе щелочноземельных оксидов, модифицированных катионами щелочных металлов [-]. Впервые реакция. ОКМ на Li2CO-*/MgO катализаторе исследована в работе [], где была достигнута суммарная селективность по этану и этилену - ,3 % при конверсии метана ,8 %. В работе [] на том же катализаторе были достигнуты показатели по селективности ,9 % при конверсии метана 5,0 %. В результате исследований катализаторов, модифицированных щелочными металлами на основе оксида магния, было установлено, что активность катализаторов убывает в ряду Li>Na>K>Cs []. Максимальный выход продуктов С2 ,4 %, наблюдался на катализаторе Na2U/MgO, при этом селективность по С2 достигала ,0 % []. Высокоэффективными катализаторами в реакции ОКМ оказались также оксиды щелочных металлов, нанесенные на оксид кальция СаО. Авторам работы [] удалось достигнуть HaNaOH/CaO катализаторе селективность по углеводородам С2 - % при конверсии метана - ,0 %. Ка, К, нанесенных на СаО, МбО, А, Са4. Ка2СОз, №/Са0. Таким образом, из приведенных выше работ следует, что оксиды щелочных и щелочноземельных металлов так же являются активными и селективными катализаторами в процессе ОКМ и могут использоваться не только в качестве промотирующих добавок. В-работах [, ] были впервые исследованы катализаторы на основе оксидов редкоземельных металлов. В результате было установлено, что оксиды УЬ, 8т, N(1 по сравнению с оксидами Рг, Се, ТЬ являются наиболее активными и селективными. Высокая активность наблюдалась на редкоземельных оксидах, нанесенных на А []. Так, например, на Ьа3/А катализаторе максимальная селективность образования С2 продуктов составила ,4 % при конверсии метана ,0 %. Ьа3 -катализаторе в тех же условиях была достигнута селективность ,2 %, а на 8ш3 катализаторе - ,4 % []. При использовании М§0 катализатора, модифицированного лантаном и церием достигнута селективность по С2 ,0 % при конверсии метана ,0 % []. Обобщая работы - г. IV и V групп [7,8, , ], оксиды щелочноземельных [-] и редкоземельных металлов [, -]. В поисках наиболее эффективных катализаторных систем исследовалось влияние природы носителя катализатора, содержания основного компонента, модифицирующего агента и типа окислителя на селективность и активность катализатора. В последнее время различными авторами предлагаются новые активные катализаторы на основе сверхкислог W/Zг и использованием перосквитов в качестве носителей [-]. М-У-Мп/8Ю2, где в качестве промотирующего металла используются М=1Л, Ыа, Ва, Са, Ре, Со, №, А1 [-]. В работах [-] показано, что на катализаторах такого типа достигается селективность по продуктам С2 - ,0-,0 % при конверсии метана ,0-,0 %. Таким образом, оксидно-кремниевые композиты по сравнению с рассмотренными выше катализаторами в сопоставимых условиях обладают повышенной активностью и селективностью. Одновременно с работами по подбору высокоэффективных катализаторов реакции ОКМ проводились исследования но изучению механизма реакции, которые в основном направлены на освещение вопросов, связанных с определением природы разрыва связи С-Н, природы активных центров катализатора, участвующих в разрыве, роли свободных радикалов в реакции, роли поверхности в образовании радикалов и. С2 и оксидов углерода СОч. В г. I) было установлено, что при комнатной температуре на поверхности М^О катализатора в активации молекулы алкана участвуют активные центры (О), которые находятся на дефектах кристаллической решетки. Адсорбированные на. С2+ взаимодействуют с образованием олефинов, а мстоксиды — с образованием СО и водорода.