Окислювальне сполучення метану на перовскитних каталізаторах у нестаціонарних умовах - Автореферат

Процес ОСМ у нестаціонарних умовах вивчений значно менше, хоча він є більш перспективним способом перетворення метану в вищі вуглеводні, оскільки при проведенні окислювальної конденсації метану в стаціонарних умовах побічні реакції СН3-радикалів з молекулярним киснем значно знижують селективність реакції відносно С2-вуглеводнів. Таких реакцій можна уникнути шляхом проведення процесу в періодичному режимі, за рахунок того, що метан і кисень реагують з оксидним каталізатором поперемінно. Мета даної роботи полягає у встановленні взаємозвязку між складом каталізаторів, що мають структуру перовскиту, та їх каталітичними властивостями в процесі окислювального сполучення метану в нестаціонарних умовах; в дослідженні кінетики і зясуванні механізму реакції, доборі оптимального за хімічним складом каталізатора процесу. Вперше в результаті систематичного дослідження впливу складу перовскитів на їхні каталітичні властивості в нестаціонарних умовах показано, що часткове заміщення стронцію на іони лужних металів приводить до збільшення питомої каталітичної активності і селективності по відношенню до утворення вищих вуглеводнів. На підставі отриманих експериментальних даних запропоновано шляхи підвищення ефективності процесу ОСМ, що можуть бути застосовані в дослідно-промислових установках прямого перетворення метану у вищі вуглеводні в періодичному режимі.В першому розділі представлено огляд літератури стосовно реакції окислювального сполучення метану у вищі вуглеводні на гетерогенних каталізаторах. У другому розділі наведено методику синтезу перовскитних каталізаторів; охарактеризовані експериментальні методи дослідження: проточний періодичний метод з роздільною подачею реагентів (метану та кисню) на поверхню каталізатора з хроматографічним аналізом продуктів реакції, РФА, ІЧ-спектроскопія, адсорбційний і метод ТАР. Перед вивченням каталітичної активності складних оксидів були проведені експерименти за відсутності каталізатора (порожній реактор) і визначені оптимальні умови проведення дослідів: швидкість потоку газів 100 мл/хв, тривалість імпульсів метану і кисню - 1,5 хв, продувка гелієм - 5 хв; температурний інтервал 923-1073 К. В ході досліджень було виявлено, що у поведінці Mn-і Со-вмісних перовскитів спостерігаються спільні тенденції: зі збільшенням температури зростає питома каталітична активність зразків і падає селективність по вуглеводням С2 ; в той же час співвідношення етилен/етан зростає. Модифікування перовскитів катіонами лужних металів приводить до збільшення як питомої каталітичної активності, так і селективності по С2-вуглеводням, що може бути повязано зі зростанням дефіциту кисню (концентрації кисневих вакансій) в перовскитній структурі.Показано перевагу проведення реакції окислювального сполучення метану (ОСМ) в нестаціонарних умовах (періодичний режим) у порівнянні зі стаціонарним. Встановлено взаємозвязок між складом каталізаторів зі структурою перовскита і їх каталітичними властивостями в процесі ОСМ. Синтезовано і досліджені в реакції ОСМ перовскити складу АВО3, де А - Sr, Ba, La; B - Co, Mn, Ni, а також системи з частковим заміщенням А та В на лужні метали. Зясовано, що часткове заміщення стронцію лужними металами в перовскитах збільшує як питому швидкість реакції, так і селективність по С2-вуглеводням. Встановлено, що зростання каталітичної активності перовскитів в реакції ОСМ при частковому заміщенні стронцію лужними металами повязано зі зменшенням енергії звязку кисень-каталізатор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ