Теоретичні і технологічні основи виробництва та експлуатації ефективних співосаджених каталізаторів багатоцільової конверсії оксиду карбону (ІІ) - Автореферат

• визначити фізико-хімічні характеристики напівпродуктів і цільових продуктів, закономірності впливу технологічних параметрів всіх стадій виробництва каталізаторів на фізико-хімічні та споживчі властивості цільового продукту (дисперсність, питому поверхню активного Cu-компонента, питому загальну поверхню, пористість, активність, селективність, механічну міцність) з метою оптимізації технологічного процесу; • створені наукові основи технології уніфікованого виробництва ефективних Cu-Zn-Al-співосаджених каталізаторів багатоцільової конверсії СО, що включають основні закономірності формування, фазовий склад та кристалічну структуру попередників каталізаторів, фізико-хімічні характеристики напівпродуктів і цільових продуктів, закономірності впливу технологічних параметрів всіх стадій промислового виробництва на фізико-хімічні та споживчі властивості товарної продукції (дисперсність, питому поверхню активного Cu-компонента, питому загальну поверхню, пористість, активність, селективність, механічну міцність), технологічні схеми і режими виробництва; • проаналізовано і визначено фактори дезактивації співосаджених Cu-Zn-Al-каталізаторів у промислових умовах різних агрегатів; установлено, що суттєвий вплив на дезактивацію каталізаторів конверсії СО, незалежно від розмірів реактора (V=3?60 м3), мають два фактори - рекристалізація та отруєння сульфуром, з яких перший є визначальним; блокування поверхні каталізаторів сполуками карбону має місце на виробництвах метанолу малої потужності (<20 тис.т метанолу/рік) внаслідок потрапляння машинного мастила з компресорного обладнання; отруєння каталізаторів сульфуром на агрегатах синтезу метанолу середньої (100 тис.т/рік) й підвищеної потужності (300 тис.т/рік) практично не спостерігається; за головний дезактивуючий фактор Cu-Zn-Al-каталітичних систем визначено рекристалізацію; За безпосередньої участі здобувача реалізовано технологію прискореного відновлення каталізаторів СНК-2 та СНМ-У в промислових реакторах СДПП ”Обєднання Азот”, ВАТ ”РІВНЕАЗОТ”, ВАТ ”ЛИНОС”, ВАТ НАК ”Азот”, ВАТ ”Акрон”, ВАТ ”ГРОДНОАЗОТ”, АО ”АСНЕМА”; економічний ефект при пускових роботах одного реактора низькотемпературної конверсії СО агрегатів синтезу аміаку потужністю 1360 т/добу становить ~1,2 млн. грн., реактора синтезу метанолу потужністю 100 тис.т/рік - ~1,3 млн. грн., реактора синтезу метанолу потужністю до 20 тис.т/рік - ~25 000 $. Експрес-оцінка термостабільності каталізаторів методом високотемпературної рентгенографії в реакційних умовах полягає у спостереженні процесу спікання активного компонента каталізаторів in-situ, що моделює зміни структури, які відбуваються під час тривалої експлуатації в промислових умовах.Сформовані теоретичні підходи, розроблені і впроваджені технології одержання і використання вказаних каталізаторів забезпечили реалізацію економної і гнучкої технології виробництва останніх, ефективної одностадійної конверсії СО в реакторах з ТДТ, конверсії СО з низькою концернтрацією побічного метанолу, керування співвідношенням ДМЕ/метанол при суміщеному синтезі на біфункціональному Cu-Zn-Al-каталізаторі. Виявлено механізми і причини впливу попередньо осадженої шпінельної основи на динаміку і закономірності осадження активної частини каталізатора, тривалості осадження - на розміри кристалітів (укрупнення до 1,5 разів) і фазовий склад осаду, процесу старіння осадів - на утворення гідро-алюмінатних сполук, наявності гідротальцитного попередника - на наднизьку активність каталізатора (ступінь конверсії СО ~55%) і вплив алюмінію як структурного промотора - на структурну деформованість гідроксокарбонатів Cu i Zn (позитивний вплив припиняється при ~10% мас. Установлено втрату каталізатором за ”вимивання” лужного промотора не тільки інгібіруючих властивостей щодо утворення метанолу, але й активності в основній реакції з причин погіршення характеристик кристалічної структури та фазового складу. Виявлено, що в Cu-Zn-Al-каталітичних системах біфункціональної дії (суміщеного синтезу ДМЕ/метанол) має місце синергетичний вплив на каталітичну активність функціональних компонентів, обумовлений впровадженням, в тому числі, з термостабілізуючими наслідками, частини Al (краще у вигляді ALOOH, ніж у Al2O3) дегідратуючого компонента у кристалічну структуру метанолутворюючого компонента за відсутності інтенсивної взаємодії з утворенням або перетворенням фаз. Встановлено закономірності: перебігу рекристалізацій основних фаз біфункціонального каталізатора ДМЕ в реакційних умовах, що супроводжується 2-3-разовим зростанням розмірів кристалітів; температурної залежності екстремальної продуктивності по ДМЕ і ступеня конверсії СО у ДМЕ, обумовленої вмістом в каталізаторі метанолутворюючого компонента; впливу технологічних параметрів процесу синтезу в проточному режимі (у межах Т=533?573К, тиску в інтервалі 4-5 МПА, обємної швидкості 5000-10000 год-1) на отримання із синтез-газу продукційної суміші з масовими відношеннями ДМЕ/метанол від 0,12 до 5.