Реферат: Физико-химия конкретных промышленных каталитческих процессов

Физико-химия конкретных промышленных каталитческих процессов.

Окислительный аммонолиз пропилена. Окислительное хлорирование этилена. Основные особенности процессов окисления в псевдоожиженном слое катализатора. «Воздушный» и «кислородный» процессы. Рециркуляционные технологии. Кинетика и механизм реакций.

Окислительный аммонолиз пропилена.

C3 H6 + NH3 + 1,5O2 = C3 H3 N + 3H2 O

C3 H6 + NH3 + nO2 Þ CH3 CN, HCN, CO, CO2 ,H2 O

C3 H3 N + m O2 Þ CH3 CN, HCN, CO, CO2 ,H2 O

1 C3 H3 N

C3 H6 3

2 CH3 CN, HCN, CO, CO2 ,H2 O

Температура – 4300С, давление – близкое к атмосферному.

Состав смеси на входе в реактор

C3 H6 – 10%

O2 — 16,8%

NH3 — 10%

N2 — 63,2%

Возможность подавать в реактор смесь, состав которой лежит внутри пределов взрываемости – следствие пламягасящих свойств псевдоожиженного слоя.

Сохранение постоянной активности катализатора в реакторе как результат его истирания и уноса с компенсирующей подпиткой свежего катализатора.

Катализаторы – Bi-Mo-O, U-Sb-O, Fe-Sb-O, Sn-Sb-O

Промышленные катализаторы на территории СНГ (псевдоожиженный слой)

С-41 (Саратов, Нитрон) – Bi-Mo-Fe-Ni-Co-Na-P-O/SiO2 (SOHIO)

A-112 (Новополоцк, Полимир) – Bi-Mo-O/SiO2 (ASAHI Chemical)

Приготовление катализатора методом распылительной сушки.

1 C3 H3 N

C3 H6 3

2 CH3 CN, HCN, CO, CO2 ,H2 O

Псевдоожиженный слой по двухфазной модели характеризуется коэффициентом массообмена между фазами b и безразмерным параметром j=(k1 +k2 )/ b.

Если активность катализатора ниже стандартной в 2 раза, например, вместо k=k1 +k2 =1сек-1 получили образец с k=0,5сек-1, то для t=1сек, b=0,2сек-1 (т.е. при j=5) конверсия уменьшается с 0,965 до 0,943.

Если доокисляющая способность выше стандартной в два раза, например, b вместо 0,01 равно 0,02, то выход уменьшается с 0,79 до 0,65.

Механизм реакции по данным меченых атомов и кинетическому изотопному эффекту.

Дейтерирование пропилена показало, что лимитирует скорость реакции отрыв метильного водорода. Эти же эксперименты, а также эксперименты с изотопами углерода, показали, что образующееся на поверхности соединение – симметричное. Распределение дейтерия в продуктах показывает, что образуется p-, а не d-комплекс.

Результаты опытов с изотопами кислорода над висмут-молибденовыми катализаторами.

Окислительное хлорирование этилена.

С2 H4 + 2HCl + 0,5O2 = C2 H4 Cl2 + H2 O

2 C2 H4 Cl2 = C2 H3 Cl + HCl

С2 H4 + Cl2 = C2 H4 Cl2

2 С2 H4 + Cl2 + 0,5O2 = 2C2 H3 Cl + H2 O

Катализатор – CuCl2 /Al2 O3

Температура 220-2700С.

Давление 3,5-4,5 атм.

Состав смеси на входе в реактор

HCl – 30%

С2 H4 — 15,5%

O2 – 11%.

Остальное – азот («воздушный» процесс) или азот + диоксид углерода («кислородный» процесс).

Преимущества (уменьшение выбросов дихлорэтана и потерь этилена) и недостатки (затраты на разделение воздуха и на циркуляцию смеси) «кислородного» процесса.

Механизм процесса по данным стационарных и нестационарных кинетических измерений.

Окисление этилена в окись этилена. Основные направления развития «кислородного» процесса. Механизм влияния соединений хлора на селективность и активность.

C2 H4 + 0,5O2 = C2 H4 O + 27 ккал/моль

C2 H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2 O + 330 ккал/моль

Температура 220-2700С

Давление 20 и более атмосфер.

Катализатор – 11-13% Ag с добавками/Al2 O3 (корунд)

Роль добавок и особенности приготовления катализаторов.

Состав смеси на входе в реактор

«воздушный» процесс

O2 – 7%

C2 H4 — 4% (конверсия этилена – 0,3)

CO2 – 7%

остальное – азот;

«кислородный» процесс

O2 – 7% (конверсия килорода – 0,3)

C2 H4 — выше 15%

CO2 – 7%

остальное – азот и (или) метан.

Влияние хлорсодержащих соединений на процесс.

Роль теплосъема, “runaway”, “decomp”.

Окисление бутана в малеиновый ангидрид. Окисление метанола в формальдегид на серебряных катализаторах.

Особенности процессов в реакторах с восходящим потоком и в условиях, когда реакция определяется внешним тепло- и массопереносом.

Окисление бутана в малеиновый ангидрид.

C4 H10 + 3,5O2 = C4 H2 O3 + 4H2 O

C4 H10 + 5O2 = 3CO + CO2 + 5H2 O

C4 H10 + 3,5O2 = 2CO + 2CO2 + H2 O

Катализатор – (VO)2 P2 O7 с добавками K, Cr или других металлов.

Особенности приготовления катализатора. Потери фосфора и компенсация этих потерь.

Температура – 380-4700С.

Давление – до 4 атм.

Состав смеси на входе в реактор

— неподвижный слой

C4 H10 — 1,6%

воздух – остальное;

— псевдоожиженный слой

C4 H10 — 4,5%

O2 – 16%

азот – остальное.

Восходящий поток. Особенности процесса.

Механизм реакции по данным меченых атомов и изотопных эффектов.

Окисление метанола в формальдегид на серебряных катализаторах.

CH3 OH = CH2 O + H2

CH3 OH + 0,5O2 = CH2 O + H2 O

CH3 OH + nO2 = CO, CO2, H2 O

CH2 O + mO2 = CO, CO2, H2 O

Катализатор – Ag/пемза, мулит.

Температурный профили в адиабатическом реакторе для процесса, протекающего в области внешней диффузии.

Особенности процессов, протекающих во внешнедиффузионной области.

Реакции с участием СО, включая синтеза из СО и водорода, и синтез метанола.

Получение газов из углеводородного сырья на примере метана.

Очистка метана от сернистых соединений — деструктивное гидрирование на кобальт-молибденовых катализаторах до сероводорода (температура 350-4000С, давление 10-40 атм) в адиабатическом реакторе, например,

С4 Н4 S + 4H2 = C4 H10 + H2 S

и поглощение сероводорода с помощью ZnO

ZnO + H2 S = ZnS + H2 O

Паровая (порокислородная, углекислотная) конверсия метана —

CH4 + H2 O = CO + 3H2 — 50 ккал/моль

CO + H2 O = CO2 + H2 + 10 ккал/моль

CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 — 60 ккал/моль

2CH4 + O2 = 2CO + 4H2 + 7 ккал/моль

Условия реакции — температура 800-8500С, давление 10-40 атм, катализатор — никель на окиси алюминия, или магний-алюминиевой шпинели (магниевая соль алюминиевой кислоты). Почему высокое давление? Почему избыток пара? Мембранный реактор.

Синтез метанола.

CO2 + 3H2 = CH3 OH + + H2 O 10 ккал/моль

CO + H2 O = CO2 + H2 + 10 ккал/моль

Условия реакции — температура 210-2800С, давление 40-90 атм, катализатор — медь-цинк-алюминиевый.

Факториал (H2 — CO2 )/( CO2 + CO) = 2,0 — 2,2 (для синтеза метанола), для синтеза высших спиртов и в оксосинтезе H2 /CO = 0,7 — 1,0, для синтеза углеводородов (процесс Фишера-Тропша) H2 /CO = 2,0 — 2,2.

Каталитические процессы в нефтепеработке.

Глубина переработки нефти.

Газы нефтепеработки: природный газ, попутный газ (растворен в нефти), газы процессов (например, каталитического крекинга).

Продукты нефтепеработки: моторные топлива, реактивные топлива, кокс, масла, асфальт, СК.

Октановые и цетановые числа.

Октановые числа:

н-гептан 0

2- метилгексан 41

2,2-диметилпентан 89

2,2,3-триметилбутан 113

метилциклогексан 104

толуол 124