Улучшение технико-экономических показателей процессов получения изопрена и стирола. Рассмотрение кинетики ферритообразования растворов. Закономерности формирования фазового состава ферритных каталитически активных систем в реакциях дегидрирования.
При низкой оригинальности работы "Взаимосвязь фазового состава и физико-химических свойств ферритных каталитически активных систем в реакциях дегидрирования", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Защита состоится «» в «» час., на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.063.06 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Объем производства изопрена и стирола - мономеров для синтетических каучуков и пластмасс в нашей стране исчисляется сотнями тысяч тонн. Изопрен и стирол получают дегидрированием олефиновых и алкилароматических углеводородов на железооксидных катализаторах. В современных условиях имеет огромное значение улучшение технико-экономических показателей процессов получения изопрена и стирола, что в свою очередь, в значительной степени определяется эффективностью работы катализатора. Поэтому создание железооксидных катализаторов дегидрирования, обладающих высокими активностью, селективностью и механической прочностью, является одним из важнейших направлений для решения задачи повышения экономической эффективности и конкурентоспособности российской промышленности.Образцы ферритов готовили механическим смешением оксида железа (гематита) с легко разлагающимися соединениями щелочного металла (обычно карбонатами) в определенном молярном соотношении с последующим прокаливанием. Каталитическую активность образцов катализаторов оценивали на лабораторной установке с реактором проточного типа в стационарном слое катализатора при разбавлении углеводородов водяным паром. Присутствие щелочных металлов, например, калия в катализаторе стабилизирует оксиды железа. В зависимости от мольного соотношения Ме2СО3 : Fe2O3, которое в экспериментах менялось от 1 : 1 до 1 : 11, образцы после прокаливания содержали моно-и полиферриты соответствующего щелочного металла, остаточный (непрореагировавший) гематит (таблица 2). Установлено, что при температурах 970-1025 К в средах воздуха, азота и водяного пара продукты термообработки состоят из моноферритов MEFEO2 и полиферритов двух типов Ме2ОЧ6 Fe2O3 и MEFE11О17, а также небольших количеств непрореагировавших исходных компонентов.Изучение кинетики твердофазного синтеза ферритов позволило установить: в неизотермических условиях температурный интервал процесса, а в изотермических условиях - влияние химической предыстории гематита на параметры синтеза. Изучено влияние окислительно-восстановительных свойств газовой атмосферы твердофазного синтеза на фазовый состав моно-и полиферритов. Установлена взаимосвязь каталитической активности ферритных систем с порядковым номером щелочного промотора, а также с фазовым составом моно-и полиферритов. В условиях, моделирующих режимы синтеза и промышленной эксплуатации железооксидных катализаторов, изучено влияние добавок соединений Мо, Са, Mg, Zn на фазовый состав, каталитические и структурно-механические свойства ферритов тяжелых щелочных металлов. Катализаторы, синтезированные на основе изученных ферритных систем, внедрены в промышленность и эффективно работают в производстве синтетических каучуков и пластмасс.
План
2. Основное содержание работы
Вывод
1. В изотермических и неизотермических условиях изучены кинетические закономерности твердофазного синтеза в системах Me-Fe-O, где Me -Li,Na,K,Rb,Cs. Определены кинетические параметры процесса ферритообразования: энергия активации, средняя скорость процесса, степень превращения. Изучение кинетики твердофазного синтеза ферритов позволило установить: в неизотермических условиях температурный интервал процесса, а в изотермических условиях - влияние химической предыстории гематита на параметры синтеза. Определены оптимальные параметры твердофазного синтеза ферритов щелочных металлов.
2. Изучено влияние окислительно-восстановительных свойств газовой атмосферы твердофазного синтеза на фазовый состав моно- и полиферритов. Установлено, что в атмосфере водяного пара образование фазы моно- и полиферритов щелочных металлов интенсифицируется.
3. Установлена взаимосвязь каталитической активности ферритных систем с порядковым номером щелочного промотора, а также с фазовым составом моно- и полиферритов. Изучены закономерности формирования каталитических свойств ферритных систем.
4. В условиях, моделирующих режимы синтеза и промышленной эксплуатации железооксидных катализаторов, изучено влияние добавок соединений Мо, Са, Mg, Zn на фазовый состав, каталитические и структурно-механические свойства ферритов тяжелых щелочных металлов. Показано, что молибден внедряется в кристаллическую решетку полиферритов калия и вносит в нее заметные искажения. Соединения РЗЭ и молибдена заметно увеличивают скорость электронного обмена Fe2 -Fe3 , тем самым, способствуя окислительно-восстановительному механизму катализа.
5. Установлено, что катионы двухвалентных металлов, имеющие близкий к Fe2 ионный радиус, заметно стабилизируют фазу К-??-Fe2O3, однако это приводит к значительному снижению каталитической активности в реакции дегидрирования. Показано, что модифицирование ферритных каталитических систем соединениями Zn и Mg увеличивает их термическую стабильность, а соединения Са увеличивают механическую прочность катализатора.
6. Полученные закономерности формирования физико-химических и каталитических свойств ферритных систем использованы для разработки химического состава и технологии производства промышленных катализаторов. Показано, что эти катализаторы по своим техническим характеристикам находятся на уровне лучших мировых аналогов.
7. Катализаторы, синтезированные на основе изученных ферритных систем, внедрены в промышленность и эффективно работают в производстве синтетических каучуков и пластмасс.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах
1. D.V. Kachalov Production and Operation of Dehydrogenation Catalysts/ G.R. Kotelnikov, V.P. Bespalov,V.B. Sidnev and D.V. Kachalov// Catalysis in Industry, 2009, vol.1, No.1,pp. 66-69.
2. Качалов Д.В. Исследование процессов образования каталитически активных ферритов щелочных металлов. / Качалов Д.В., Степанов Е.Г. , Котельников Г.Р //Известия ВУЗОВ. Химия и химическая технология, 2008, т.51, № 7,с. 45-47
3. Качалов Д.В. Производство и эксплуатация катализаторов нефтехимии. Состояние вопроса и проблемы. / Котельников Г.Р., Качалов Д.В// Кинетика и катализ.- 2001.- Т. 42.- № 5.- С. 790-798.
4. Качалов Д.В. Разработка методов квалифицированного использования отработанных железооксидных катализаторов дегидрирования алкилароматических и олефиновых углеводородов. / Степанов Е.Г., Кужин А.В., Качалов Д.В., Котельников Г.Р. //Известия Вузов. Химия и хим технология. - 2003.- Т. 46.- вып. 9.- С. 68-71.
5. Качалов Д.В. Физико-химические свойства и применение порошков, полученных из отработанных катализаторов дегидрирования. / Степанов Е.Г., Кужин А.В., Качалов Д.В., Котельников Г.Р. // Катализ в промышленности. - 2003.- № 6.- С. 27-31.
6. Качалов Д.В. Влияние природы оксидов железа на свойства катализатора дегидрирования этилбензола / Котельников Г.Р., Качалов Д.В., Шевырева Е.В., Сиднев В.Б., Баранова В.В., Кужин А.В // Исследование и разработка технологии производства мономеров, катализаторов, синтетических каучуков. Сб. науч. трудов. Ярославль: ОАО НИИ «Ярсинтез».-1997.- С. 112-115.
7. Качалов Д.В. Использование вторичного техногенного сырья в производстве катализаторов / Котельников Г.Р., Беспалов В.П., Шевырева Е.В., Качалов Д.В, Баранова В.В. //Исследование и разработка технологии производства мономеров, катализаторов, синтетических каучуков. Сб. науч. трудов. Ярославль: ОАО НИИ «Ярсинтез».-1997.- С. 106-111.
8. Качалов Д.В. Влияние щелочного промотора на каталитические свойства ферритов в реакции дегидрирования этилбензола. / Судзиловская Т.Н., Качалов Д.В., Дворецкий Н.В., Е.Г. Степанов, Е.Е. Надха, В.В. Юн, Г.Р. Котельников// Осн. орг. синтез и нефтехимия. Межвуз. сб. науч. трудов. Ярославль: 1987. -Вып. 23.- С. 40-44.
9. Kachalov D.V. Development of commercial catalyst and reactor styrene production process / Kotelnikov G.R., Shperkin M.I., Sidnev V.B., Bespalov V.P., Kachalov D.V /MATERIALS III International Conference “Catalysis: Fundamentals and Application”, Novosibirsk, July 2007, P. 604
