Вплив складу кобальт-нікель-фосфатних каталізаторів на процес парціального окиснення етану - Автореферат

Порівняно з молекулою метану, етан характеризується вищою реакційною здатністю, що значно полегшує проблему його каталітичного перетворення і дає змогу проводити процес окиснення при значно нижчих температурах. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі: 1) дослідити вплив умов приготування та складу каталізаторів на їх фізико-хімічні параметри - термічну стабільність і активність; 2) вивчити каталітичні властивості одержаних фосфатних систем в процесі парціального окиснення етану в етилен; 3) дослідити взаємозвязок між кислотними та каталітичними властивостями одержаних каталітичних систем; 4) встановити механізм перебігу реакції, вивести та обґрунтувати відповідні кінетичні рівняння, зясувати шляхи утворення різних продуктів перетворення етану. Систематизовано літературні дані щодо шляхів одержання хімічних сполук з етану, його гомогенного каталітичного перетворення, окиснення на металах, простих оксидах і складних гетерогенних системах. На підставі аналізу літератури обґрунтовано вибір хімічного складу каталізатора і способу його приготування, зроблено висновки про недостатність вивченості обєкту дослідження етану на складних фосфатних каталізаторах. Одержані каталітичні системи є сумішами ортофосфатів кобальту та нікелю, але їх властивості не є адитивними, оскільки як питома поверхня, так і величина кислотності, а також каталітичні властивості одержаних систем різко відрізняються від аналогічних фізико-хімічних параметрів, визначених для індивідуальних фосфатів кобальту і нікелю.У дисертації запропоновано вирішення актуальних наукових задач - розробки способів виготовлення активних, високоселективних та недорогих каталізаторів з оптимальними структурними, фізико-хімічними та каталітичними властивостями; визначення впливу структури на активність і термічну стабільність каталізаторів; зясування взаємозвязку між їх кислотними і каталітичними властивостями. Запропоновано новий спосіб приготування бінарних каталітичних систем на основі фосфатів кобальту та нікелю, який забезпечує високу термічну та хімічну стійкість, розвинуту поверхню, необхідні кислотні властивості та наявність відповідних активних центрів, що обумовлює високу активність та селективність даних систем в процесах перетворення етану. Встановлено закономірності зміни структури, кислотних властивостей та розподілу активних центрів на одержаних зразках в залежності від їх складу. % і встановлено закономірності зміни структури, кислотних властивостей та розподілу активних центрів на одержаних зразках в залежності від їх складу. Встановлено закономірності перетворення етану в стаціонарних та нестаціонарних умовах перебігу реакції в широкому інтервалі зміни температури каталізу, часу контактування, концентрації етану та кисню у вихідній газовій суміші.

каталітичний термічний парціальний етилен

1. У дисертації запропоновано вирішення актуальних наукових задач - розробки способів виготовлення активних, високоселективних та недорогих каталізаторів з оптимальними структурними, фізико-хімічними та каталітичними властивостями; визначення впливу структури на активність і термічну стабільність каталізаторів; зясування взаємозвязку між їх кислотними і каталітичними властивостями.

2. Запропоновано новий спосіб приготування бінарних каталітичних систем на основі фосфатів кобальту та нікелю, який забезпечує високу термічну та хімічну стійкість, розвинуту поверхню, необхідні кислотні властивості та наявність відповідних активних центрів, що обумовлює високу активність та селективність даних систем в процесах перетворення етану. Встановлено закономірності зміни структури, кислотних властивостей та розподілу активних центрів на одержаних зразках в залежності від їх складу.

3. Одержано бінарні каталізатори на основі Co3(PO4)2 та Ni3(PO4)2, вміст фосфату нікелю в яких змінюється в інтервалі від 0,5 до 99,5 мас. % і встановлено закономірності зміни структури, кислотних властивостей та розподілу активних центрів на одержаних зразках в залежності від їх складу.

4. Розроблено новий ефективний та високоселективний каталізатор К-6 (1,0% Co3(PO4)2•99,0% Ni3(PO4)2) парціального окиснення етану в цільовий продукт - етилен, який дає змогу одержати 14 об. % C2H4 (при Т=773 К і ?конт.=1,5 с) і характеризується селективністю за етиленом 86%, при цьому конверсія етану досягає 90%.

5. Встановлено закономірності перетворення етану в стаціонарних та нестаціонарних умовах перебігу реакції в широкому інтервалі зміни температури каталізу, часу контактування, концентрації етану та кисню у вихідній газовій суміші. Підтверджено, що до температури 873 К окиснення етану є виключно гетерогенним процесом і гомогенна складова не ускладнює перебіг реакції.

6. Встановлено оптимальні умови проведення процесу: hшару.кат.=20 мм, Т=773 К, ?конт.=1,5 с і показано, що максимальний вихід етилену досягається при еквімолярних співвідношеннях концентрацій етану та кисню.

7. Доведено важливу роль кислотності поверхні каталізаторів в процесі селективного окиснення етану в цінні продукти: етилен, альдегіди, кислоти різного складу. Встановлено синергетичний ефект взаємного впливу фосфатів на поверхневу кислотність і показано, що величина кислотності всіх синтезованих систем є значно вищою (до 1,32 моль/г) порівняно з вихідними фосфатами (Co3(PO4)2 - 0,23 моль/г; Ni3(PO4)2 - 0,68 моль/г при Т= 973 К ). Встановлено симбатне підвищення каталітичної активності та селективності бінарних кобальт-нікель-фосфатних систем зі збільшенням величини поверхневої кислотності зразків.

8. Методом нестаціонарного каталізу доведено, що в утворенні продуктів глибокого окиснення (СО та СО2) приймає участь слабкозвязаний з поверхнею кисень (сильні кислотні центри), а за утворення продуктів парціального окиснення відповідає міцнозвязаний кисень (середні та слабі кислотні центри).

9. Встановлено взаємозвязок між процесами утворенням етилену та СО, виведено кінетичне рівняння, яке адекватно його описує і виявлено, що відношення концентрацій вказаних продуктів є величиною сталою для ідентичних умов проведення реакції. Встановлено механізм перебігу реакції, виведені та обґрунтовані відповідні кінетичні рівняння; зясовані шляхи утворення різних продуктів перетворення етану. Запропонована багатостадійна схема механізму окиснення етану на синтезованих каталізаторах, яка узгоджується з експериментальними даними.

1. Гомонай В.І. Дослідження фізико-хімічних властивостей хромфосфатного каталізатору / В.І. Гомонай, К.Ю. Секереш, Н.П. Голуб, І.О. Баренблат // Наук. вісник УЖНУ. Серія Хімія. - 2000. - № 5. - С. 117-120.

2. Гомонай В.І. Дослідження фізико-хімічних властивостей кобальтфосфатного каталізатору / В.І. Гомонай, К.Ю. Секереш, Н.П. Голуб, І.О. Баренблат // Наук. вісник УЖНУ. Серія Хімія. - 2001. - № 6. - С. 183-186.

3. Гомонай В.І. Вивчення фізико-хімічних та каталітичних властивостей ніколфосфатного каталізатору / В.І. Гомонай, І.О. Баренблат, Н.П. Голуб, К.Ю. Секереш // Наук. вісник УЖНУ. Серія Хімія. - 2002. - № 8. - С. 30-34.

4. Голуб Н.П. Одержання фосфату титану з відходів титанового виробництва / Н.П. Голуб, В.І. Гомонай, І.О. Баренблат, К.Ю. Секереш // Наук. вісник УЖНУ. Серія Хімія. - 2002. - № 8. - С. 35-39.

5. Голуб Н.П. Вплив вмісту кобальту в кобальтмагнієвій системі на утворення етилену при окисненні етану / Н.П. Голуб, В.І. Гомонай, І.О. Баренблат, В.І. Гомонай, К.Ю. Секереш // Наук. вісник УЖНУ. Серія Хімія. - 2002. - № 8. - С. 80-83.

Размещено на .ru