pokemon go TopList Яндекс цитирования
Русский переплет
Портал | Содержание | О нас | Авторам | Новости | Первая десятка | Дискуссионный клуб | Научный форум
-->
Первая десятка "Русского переплета"
Темы дня:

Если бы мы всегда подражали в технологии Западу, Гагарин никогда бы не стал первым.

| Обращение к Дмитрию Олеговичу Рогозину по теме "космические угрозы": как сделать систему предупреждения? | Кому давать гранты или сколько в России молодых ученых?
Rambler's Top100

Статьи Соросовского Образовательного журнала в текстовом формате


Цеолиты в катализе: сегодня и завтра (Кубасов А.А. , 2000), ХИМИЯ

Рассмотрено использование цеолитсодержащих катализаторов в двух основных процессах переработки нефти (крекинг и гидрокрекинг). Показаны возможности цеолитов ускорять реакции органического синтеза и превращения спиртов в углеводороды.

ЦЕОЛИТЫ В КАТАЛИЗЕ: СЕГОДНЯ И ЗАВТРА

А. А. КУБАСОВ

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

ВВЕДЕНИЕ

В США и Европе в 90% процессов химической технологии используют катализ, и при этом получают 20-30% национального продукта. Вот почему в документах, определяющих перспективные направления исследований, ведущее место отводится катализу. Так, в одном из последних документов (http://ourworld.Compuserve.com/homepages/thevias/chemsy2.htm) рекомендовано развивать исследования:

J по созданию катализаторов новых реакций: с осуществлением одновременно нескольких стадий, заменой минеральных кислот и AlCl3 , окислением различных органических соединений, для переработки альтернативного нефти сырья в углеводороды, что вызвано сокращением запасов нефти (кратность запасов нефти, то есть отношение запасов к извлекаемому в год количеству, по оценке XIII Всемирной энергетической конференции составляет 4 : 1), а также для уменьшения отходов и повышения безопасности производства;

J по разработке новых методик приготовления катализаторов, изучению процессов дезактивации катализаторов, использованию современных методов и технологий для создания новых катализаторов и определения механизма их действия: компьютерное моделирование и нанотехнология, что представляет собой фундаментальную задачу химии и физики поверхностных явлений.

Как наиболее важные направления в развитии научных основ катализа выделяют усовершенствование цеолитных катализаторов существующих процессов (крекинг, гидрокрекинг), получение синтетического топлива, обезвреживание NOx и расширение круга проводимых процессов. К тому же адсорбционные и ионообменные свойства цеолитов позволяют эффективно использовать их в процессах очистки и в составе моющих средств, способных заменить фосфатные составляющие. Отсюда понятно, почему цеолиты и катализаторы на их основе интенсивно изучают и производят в огромных количествах. В 1998 году промышленно развитые страны произвели 906 тыс. т цеолитов для использования в составе моющих средств, 102 тыс. т для приготовления катализаторов (до 98% цеолитов Y и ZSM-5 для крекинга и гидрокрекинга), 55 тыс. т сорбентов. Но стоимость катализаторов превышает стоимость других продуктов.

В статье [1] были рассмотрены особенности структуры цеолитов и их свойств. Предлагаемый материал дает обзор наиболее важных технологических процессов с использованием цеолитных катализаторов, а также новых результатов по использованию цеолитов в различных синтезах.

ЦЕОЛИТНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ

В ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТИ

Обезвоженное и освобожденное от солей и механических примесей сырье подвергают перегонке при атмосферном давлении (рис. 1). Продуктами являются газы (кипение до 30?С), легкая (до 105?С) и тяжелая (до 157?С) нафта, керосин (до 232?С), легкий (до 343?С) и тяжелый (до 426?С) газойли, мазут (до 551?С) и гудрон (выше 560?С). Относительное содержание этих фракций и их состав зависят от типа месторождения нефти. Хотя нефть при атмосферном давлении без разложения можно нагреть до 430?С, перегонку обычно прекращают при 350?С, а остаток подвергают вакуумной перегонке. В нефти всегда присутствуют S-, N- и O-содержащие соединения, а также металлы (Na, V, Fe, Ni и другие, чаще в комплексе с порфиринами). Поскольку эти примеси снижают активность катализаторов, перед проведением крекинга (не всегда) и гидрокрекинга для их удаления сырье предварительно подвергают гидроочистке - каталитической обработке H2 под давлением.

Каталитический крекинг. Рассмотрим каталитический крекинг - самый многотоннажный промышленный химический процесс. Сырьем служат фракции, кипящие при > 360?С. Процесс проводят в реакторе высотой 30-35 м (или в нескольких реакторах высотой по 10 м) при 450-520?С и атмосферном или повышенном давлении (до 0,4 МПа). При этом протекают крекинг парафинов и нафтенов до олефинов и парафинов, изомеризация, деалкилирование, расщепление боковых цепей и перераспределение алкильной группы ароматических соединений, диспропорционирование олефинов, перераспределение водорода, полимеризация и конденсация, коксообразование - образование полиалкилароматических соединений и графитоподобных агломератов. Продуктами при общей степени превращения ~ 70% являются газ (до 20%), бензин (до 50-60% с октановым числом (ОЧ) до 80), легкий и тяжелый газойли (до 30%). Эти показатели зависят от типа сырья, катализатора и режима процесса. Установлено, что все процессы начинаются атакой протона структурных гидроксильных групп катализатора молекулой углеводорода, в результате чего образуются карбкатионы. Присоединение протона к олефину приводит к образованию иона карбения, несущего положительный заряд и способного быстро расщепляться или изомеризоваться. Именно способность к изомеризации объясняет то, что бензин каталитического крекинга имеет высокое ОЧ. Природа взаимодействия насыщенных углеводородов с протоно-донорными центрами служит е