Навигация
2.2 Задачи катализаторов
В целом же роль и задача катализаторов - повышать селективность протекающих химических реакций, увеличивая выход целевого продукта из единицы сырья.
3. Основы синтеза катализаторов
Катализатор представляет собой обычно весьма сложные агрегаты отдельных кристаллов.
Первоначальный комплекс, образующий при последующей обработке скелет, содержащий активный компонент, должен удовлетворять следующим требованиям: 1) хорошему развитию поверхности на единицу веса и объема, 2) термической стойкости, 3) широкой возможности вариаций состава.
Этим требованиям удовлетворяет группа веществ, называемых в патентной литературе базообменивателями и представляющих собой соли сложных гетерополикислот. Наибольшее распространение получили комплексы, содержащие кремниевую кислоту, называемые цеолитами.
Оптимальный химический состав и образование каталитически активных соединений являются необходимыми, но все же недостаточными условиями для реализации высокой каталитической активности. Кроме того, необходимо создание довольно развитой внутренней поверхности в твердом катализаторе, а также определенной пористой структуры, которая делает поверхность более доступной для реагентов. Такая структура должна обладать достаточной механической прочностью и стабильностью в условиях проведения каталитических процессов в реакторе. Помощь теории в решении проблемы приготовления катализаторов заключается прежде всего в определении оптимальной пористой структуры.
Основным фактором, определяющим каталитические свойства, несомненно, является химический состав. Однако и при сохранении одинаковым химического состава каталитические характеристики в зависимости от способа и условий приготовления могут изменяться в весьма широких пределах, вследствие изменения природы взаимодействия составных частей катализатора, дисперсности, пористой структуры, кристаллохимических изменений и других факторов, существенно влияющих на протекание каталитических реакций.
Оценка каталитических свойств катализатора в отношении определенной реакции характеризуется следующими показателями:
1. Каталитическая активность, определяемая количеством вещества, реагирующим в единице объема катализатора в единицу времени в заданных условиях.
2. Селективность, характеризуемая отношением скорости образования требуемого продукта к общей скорости превращения исходного вещества при определенном составе реакционной смеси и температуре.
3. Устойчивость (термическая, к действию ядов, к длительности работы).
4. Механическая прочность.
5. Гидродинамические характеристики, определяемые размером, формой и плотностью зерен катализатора.
Задача теории приготовления катализаторов заключается в том, чтобы выявить:
1) от каких свойств катализатора, кроме химического состава, зависят эти основные характеристики;
2) каковы оптимальные значения этих свойств или, точнее, оптимальное сочетание значений этих свойств, определяющее высокое качество катализатора для заданной реакции;
3) какими средствами в процессе приготовления катализаторов можно варьировать эти свойства для достижения их оптимальных значений.
В результате многочисленных исследований процесса синтеза катализаторов гидрогенизационных процессов была предложена наиболее оптимальная схема синтеза:
4. Экспериментальная часть
Синтез алюмоникельмолибденового (АНМ) и алюмокобальтмолибденового (АКМ) катализатора гидроочистки проводился согласно выше представленной схеме.
1. Для приготовления нужного катализатора в качестве носителя был выбран Al(OH)3 . В зависимости от условий получения носитель имеет разные свойства. Для нашего эксперимента взяли 250 г гидроксида алюминия. Для начала необходимо провести пептизацию сильной одноосновной кислотой. Взяли 1,5 мл азотной кислоты HNO3, предварительно сделав расчеты (на 100 г Al(OH)3 нужно 0,6 мл кислоты). После внесения кислоты образуются так называемые мицеллы (сгустки Al(OH)3 , окруженные ионами кислоты) и вода. В результате чего снижается вязкость всей массы. Теперь можно проводить модифицирование пористой структуры. В качестве модификатора был выбран триэтиленгликоль (HО-CH2-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH), объемом 62,5 мл (из расчета 25 мл на 100г). Содержимое тщательно перемешивается до однородной белой массы.
2. Затем производится упаривание полученного вещества на «паровой бане» до консистенции пластилина.
3. Следующий этап работы – формование носителя (экструзия). Упаренную массу продавливали через фильеры для придания в данном случае цилиндрической формы (диаметр цилиндра 4 мм).
4. Затем экструдаты сушили на воздухе, потом при температурах 60, 80. 110 оС по 2 часа, затем прокаливали при 550 оС 2 часа (скорость нагрева 1оС/мин)
5. Предварительно сделав расчеты, приготовили пропиточный раствор. Для эксперимента нужно было получить алюмомолибденовые катализаторы с Ni и Со. Опишем ход работы синтезе АКМ катализатора Со(NO3)2 * 6 Н2О. Взяли 5 г парамолибдатаммония (NH4)6Mo7O24*4H2O (ПМА) и растворили в 15 мл дистиллированной воды, в результате чего в склянке образовался бесцветный раствор. Затем взяли 4г нитрата кобальта Со(NO3)2 * 6 Н2О и добавили в раствор 6 мл перекиси водорода H2O2. Затем нагревают и после реакции получают раствор красноватого оттенка ( в склянке с Ni она была зеленого цвета). Приготовили совместный раствор соединений Со и Мо.
6. Следующим шагом было пропитывание носителя получившимся раствором. Данным раствором мы залили 20 г просушенного и прокаленного носителя (п.1-4) и выпаривали на паровой бане.
7. Пропитанный катализатор необходимо высушить по 2 ч при температуре 60, 80, 110 и прокалить в течение 2 часов при 400 оС.
8. Получившийся катализатор мы разделили на 2 образца (по 10 г каждый), один из которых просульфидировали смесью гексана C6H14 и ди-трет-бутилполисульфида (трет-С4Н9)2(S)n ( 11 мл), а затем отправили в муфельную печь на 20 мин, другой же просульфидировали в отдельном реакторе в течение 6 ч.
9. Испытание на лабораторной установке проводится в течение 10 часов.
Заключение
Значение химических каталитических процессов в переработке нефти и газа велико. Большинство из них протекают при участии твердых катализаторов, обеспечивающих более быстрый путь для реакции и способствующих увеличению выхода целевого продукта из единицы сырья. Наиболее крупнотоннажным каталитическим процессом в нефтепереработке является гидроочистка.
В данной работе были представлены основные положения теории приготовления катализаторов и проведен синтез лабораторных образцов высокоактивных катализаторов гидроочистки дизельного топлива.
Приложение
Список литературы
1. «Химия» О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов Дрофа 2008 год
2. «Химия: справочные материалы» Ю.Д. Третьяков, В.И. Дайнеко Просвещение 2004 год
3. Технология переработки нефти и газа. Часть вторая. Смидович Е.В., «Химия», 1999.
4. Каталитические процессы в нефтепереработке. Суханов В.П., «Химия», 2003
5. Успехи химии. Дзисько В. А. 1999 год
6. http://chemistry.r2.ru/
7. Гейтс Б.К. Химия каталитических процессов. М., 1981
8. Боресков Г.К. Катализ. Вопросы теории и практики. Новосибирск, 1987
9. Ганкин В.Ю., Ганкин Ю.В. Новая общая теория катализа. Л., 1991
10. Токабе К. Катализаторы и каталитические процессы. М., 1993
11. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/
12. Н.Н. Томина, Ю.В. Фомичев, Ю.В. Еремина. Катализ в нефтепереработке. Методические указания. 2004
Похожие работы
оловина – катализаторы каталитического крекинга. Потребности химической промышленности – около одной трети, экологии – десятая часть. Если средняя стоимость катализаторов – 4$ за килограмм, а средняя доля в себестоимости – 0,3%, то с помощью катализаторов производят продуктов на сумму не менее 1000 миллиардов $. Катализ позволяет экономить сырье и энергию, а также не загрязнять окружающую среду. ...
... - какие молекулы и с какой энергией он может адсорбировать в порах или на поверхности и какие деструктивные превращения с ними производить. Цеолиты - это порядок и регулярность структуры, а значит и свойств. В нефтепереработке быстро оценили новые возможности. Но так как цеолиты значительно дороже алюмосиликатов, то их в чистом виде решили не применять. Это оказалось не только дорого, но и ...
... и реакторного блока На глубину конверсии сырья в значительной степени оказывает влияние газодинамический режим контактирования сырья с катализатором, осуществляемый в реакторах различных типов. В реакторах с псевдоожиженным (кипящим) слоем микросферического катализатора катализ, тепло- и массообмен осуществляются при идеальном перемешивании реактантов с катализатором. Как наиболее значимые ...
... эту высокую стоимость. К тому же метанол сильно ядовит. Что касается дизельных двигателей, то в них можно использовать продукт разложения метанола – ДМЭ. 4. Получение диметилового эфира дегидратацией метанола Дегидратация метанола с получением диметилового эфира-исторически первый путь проведения данного синтеза. Этому процессу ещё с 1960-х годов было посвящено множество работ советских и ...
0 комментариев