Гідротермальний метод отримання носіїв каталізаторів для нафтопереробки
Дослідження впливу умов гідротермальної обробки на зміну структури крупнопористих та дрібнопористих силікаксерогелей. Можливості отримання широкопористих кремнеземних носіїв, які можуть знайти застосування в каталітичних реакціях процесів нафтопереробки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 06.04.2018 |
| Размер файла | 22,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
УДК 661.183.7
ГІДРОТЕРМАЛЬНИЙ МЕТОД ОТРИМАННЯ НОСІЇВ КАТАЛІЗАТОРІВ ДЛЯ НАФТОПЕРЕРОБКИ
О.І. Косенко, к.х.н. (НАУ, Україна),
А.Д. Кустовьска, к.х.н. (НАУ, Україна)
Анотація
Гідротермальний метод отримання носіїв каталізаторів для нафтопереробки
О.І. Косенко, к.х.н. (НАУ, Україна), А.Д. Кустовьска, к.х.н. (НАУ, Україна).
Досліджений вплив умов гідротермальної обробки на зміну пористої структури крупнопористих та дрібнопористих силікаксерогелей. Показана можливість отримання широкопористих кремнеземних носіїв, які можуть знайти застосування в каталітичних реакціях процесів нафтопереробки та нафтохімії. Отримані результати пояснені особливостями процесів масопереносу в кремнеземах різної пористості.
Зміст статті
Постійно зростаючий попит на моторні палива потребує подальшого поглиблення переробки нафти, розробки нових технологічних процесів переробки вторинних видів сировини (тяжких вакуумних дистилятів, залишкових фракцій), підвищення якості моторних палив.
Всі основні технологічні процеси переробки нафти - процеси крекінгу, риформінгу, гідрогенізації - є каталітичними. В цих процесах відбувається велика кількість різних реакцій - реакції розриву вуглець - вуглецевого ланцюга, перерозподілу водню, ізомеризації, полімеризації олефінів, розриву та перегрупування вуглеводневих кілець, циклізації, ароматизації, конденсації, дегідрування, переміщення подвійного зв'язку і перебудови вуглецевого каркаса олефінів та ін. [1].
Для кожного каталітичного процесу потрібні свої каталізатори і свої носії каталітично активних речовин. Головні вимоги, які висуваються до носіїв, це певна пориста структура (величина питомої поверхні та розмір пор) і хімія поверхні (кислотно-основні властивості).
Одним із поширених носіїв каталізаторів є силікагель завдяки його економічності і великим можливостям регулювання пористої структури. Пористу структуру силікагелю можна змінювати як на стадіях синтезу, так і різними методами обробки готового гідрогелю або ксерогелю.
Геометричному модифікуванню силікагелей присвячений ряд робіт [2-4]. Проте данні досліджень важко порівнювати, а іноді вони суперечливі через неідентичність умов отримання и модифікування силікагелей. З відомих методів геометричного модифікування кремнеземних адсорбентів - термічного, термопарового и гідротермального - найбільш ефективним є метод гідротермальної обробки, оскільки він дозволяє змінювати текстуру кремнеземних адсорбентів в більш м'яких умовах і в більш широких межах.
Метою даної роботи являлось дослідження гідротермального модифікування силікагелей різної пористої структури, з'ясування механізму перебудови каркаса силікаксерогелю в гідротермальних умовах и розробка метода отримання широкопористих кремнеземних носіїв з питомою поверхнею меншою 40 м 2/г, які можуть знайти застосування в каталітичних реакціях процесів нафтопереробки і нафтохімії [1,5].
Об'єктами дослідження в даній роботі були крупнопористий силікагель (СГ-К) та дрібнопористий (СГ-М), параметри пористої структури яких наведені в таблиці. Гідротермальна обробка силікагелей (ГТО) проводилась в автоклаві в інтервалі температур 373-573 К протягом 3-24 год під тиском насиченого водяного пара. Питома поверхня силікагелей (S), гранично-сорбційний об'єм пор (VS) і діаметр пор (d) розраховувались із ізотерм адсорбції метанолу за методом БЕТ, сумарний об'єм пор (VУ) визначався методом просочування [6].
Ізотерми адсорбції-десорбції парів метанолу на крупнопористому і дрібнопористому силікагелях (вихідних та гідротермально оброблених при різних температурах протягом 3 год) зображені на рис. 1, а в таблиці наведені параметри пористої структури силікагелей в залежності від умов гідротермальної обробки.
З рис. 1,а видно, що збільшення температури обробки крупнопористого силікагелю приводить до зменшення заповнення в ділянці мономолекулярного шару, тобто до зменшення питомої поверхні, зменшенню сорбційного об'єму пор, зникненню петлі гістерезису і зсуву підйому ізотерми в ділянку високих відносних тисків, що свідчить про формування широкопористої структури силікагелю.
Аналогічна тенденція спостерігається і при обробці дрібнопористого силікагелю (рис. 1,б)- зі збільшенням температури обробки відбувається зменшення адсорбції при малих і середніх відносних тисках пари, зсув петлі гістерезису в ділянку більших відносних тисків, що свідчить про зменшення питомої поверхні і зростання діаметра пор.
Таблиця. Вплив умов гідротермальної обробки на текстуру силікагелей
|
Умови ГТО |
Силікагель крупнопористий (СГ-К) |
Силікагель дрібнопористий (СГ-М) |
||||||||
|
Т (К) |
t (год) |
S, м 2/г |
VS, см 3/г |
VУ, см 3/г |
d, ? |
S, м 2/г |
VS, см 3/г |
VУ, см 3/г |
d, ? |
|
|
Вихідний СГ |
290 |
0,85 |
0,82 |
115 |
660 |
0,37 |
0,37 |
22 |
||
|
373 |
3 |
150 |
0,58 |
0,83 |
220 |
630 |
0,38 |
0,38 |
24 |
|
|
6 |
130 |
0,46 |
0,83 |
250 |
650 |
0,40 |
0,35 |
22 |
||
|
12 |
103 |
0,31 |
0,84 |
325 |
600 |
0,36 |
0,37 |
24 |
||
|
24 |
97 |
0,33 |
0,84 |
345 |
610 |
0,38 |
0,35 |
22 |
||
|
423 |
3 |
80 |
0,23 |
0,86 |
420 |
520 |
0,34 |
0,32 |
24 |
|
|
6 |
65 |
0,19 |
0,84 |
510 |
460 |
0,32 |
0,31 |
26 |
||
|
12 |
49 |
0,17 |
0,84 |
685 |
430 |
0,33 |
0,32 |
30 |
||
|
24 |
35 |
0,12 |
0,84 |
960 |
370 |
0,30 |
0,32 |
34 |
||
|
473 |
3 |
34 |
0,13 |
0,82 |
965 |
340 |
0,35 |
0,33 |
38 |
|
|
6 |
35 |
0,14 |
0,81 |
925 |
310 |
0,33 |
0,33 |
42 |
||
|
12 |
29 |
0,14 |
0,85 |
1170 |
190 |
0,31 |
0,32 |
68 |
||
|
24 |
23 |
0,14 |
0,83 |
1445 |
150 |
0,30 |
0,33 |
88 |
||
|
523 |
3 |
20 |
0,10 |
0,83 |
1660 |
100 |
0,29 |
0,25 |
100 |
|
|
6 |
20 |
0,10 |
0,83 |
1660 |
70 |
0,25 |
0,27 |
154 |
||
|
24 |
- |
- |
- |
- |
56 |
0,18 |
0,24 |
171 |
||
|
573 |
3 |
15 |
0,13 |
0,83 |
2215 |
62 |
0,21 |
0,26 |
168 |
|
|
6 |
9 |
0,10 |
0,86 |
3820 |
69 |
0,17 |
0,27 |
157 |
||
|
24 |
- |
- |
- |
- |
37 |
0,07 |
0,29 |
314 |
Аналіз даних таблиці показує, що загальними закономірностями в зміні текстури силікаксерогелю при гідротермальній обробці є зменшення величини питомої поверхні и сорбційного об'єму пор, а також збільшення діаметра пор при практичному збереженні сумарного об'єму пор, однак дрібнопористий силікагель є більш стійким до гідротермального модифікування, ніж крупнопористий: обробка при 373 К не викликає змін в текстурі мікропористого силікагелю на відміну від крупнопористого.
Ще більш наглядно різницю стійкості структури мікропористого і крупнопористого силікагелей демонструє рис. 2, на якому представлена залежність відносного зменшення величини поверхні (w) від часу обробки при різних температурах: так при 373 К і часі ГТО 24 години величина w дорівнює 7,5 % для СГ-М и 66,5 % для СГ-К.
(а) (б)
Рис. 2. Залежність відносного зменшення величини поверхні (w) крупнопористого силікагелю СГ-К (а) и дрібнопористого силікагелю СГ-М (б) від часу ГТО (в годинах) при різних температурах: 1-373 К; 2-423 К; 3-473 К; 4-523 К; 5-573 К
Отримані результати гідротермального модифікування силікаксерогелей можна пояснити на основі глобулярної моделі будови кремнеземних сорбентів и механізмів процесів, що відбуваються при їх старінні. Згідно з цими уявленнями, силікагель має глобулярну будову і системою нерівноважною. Прагнення цієї системи до рівноваги обумовлює збільшення глобул, яке відбувається при старінні силікагелю, а також при гідротермальній обробці, при чому в умовах ГТО процес укрупнення глобул багатократно прискорюється завдяки високим температурам та наявності вологи. Відбувається збільшення глобул в результаті процесів поверхневої самодифузії і розчинення-осадження кремнезему. Механізм цих процесів обумовлений залежністю хімічного потенціалу від кривизни поверхні. Так як найбільший хімічний потенціал і розчинність мають ділянки з найбільшою кривизною, тобто з найменшим радіусом, то відбувається розчинення дрібних часток, переніс кремнезему через рідку фазу і осадження його в місцях з меншою та від'ємною кривизною поверхні (на поверхні більш великих часток і в місцях їх контактів). В результаті зменшується число часток в одиниці маси речовини і збільшується їх розмір, що призводить до зменшення поверхні силікагелю.
Причина зменшення сорбційного об'єму пор, що спостерігається при ГТО, полягає в утворенні макропор, розміри яких виключають можливість їх об'ємного заповнення. Також при гідротермальній обробці дрібнопористого силікагелю відбувається зменшення сумарного об'єму пор. Пояснити це можна тим, що поряд з процесами розчинення-осадження в дрібнопористих силікагелях вже при низьких температурах (до 673 К) помітну роль може грати також процес в'язкої течії (спікання), який викликає усадку скелета силікагелю. Сумарний об'єм пор крупнопористих силікагелей при обробці залишається практично незмінним.
На підставі отриманих в роботі даних була розрахована енергія активації процесу скорочення поверхні силікагелю, яка складає близько 40 кДж/моль для крупнопористого силікагелю и близько 50 кДж/моль для дрібнопористого силікагелю. Така величина енергії активації свідчить про те, що процес гідротермального старіння силікагелю є хімічним и його швидкість лімітується не дифузійними процесами масопереносу в рідкій фазі, енергія активації яких не перевищує зазвичай 20 кДж/моль, а швидкістю процесів розчинення кремнезему та поверхневої самодифузії.
гідротермальна каталітична кремнеземний нафтопереробка
Список літератури
1. Ахметов С. А.. Технология глубокой переработки нефти и газа. - Уфа: Гилем, 2002. - 672 с.
2. Чертов В.М., Цырина В.В., Окопная Н.Т. Старение силикагеля, диоксидов титана, циркония и олова. // Укр.хим.журн. - 1985. - 51, № 6. - с. 613-614.
3. Чертов В.М., Цырина В.В. Некоторые особенности гидротермального старения силикагеля. // Колл. журн. - 1985. - т. 47, в. 5. - с. 922-926.
4. Неймарк И.Е. Синтетические минеральные адсорбенты и носители катализаторов. - Киев: Наукова думка, 1982. - 104 с.
5. Нефедов Б.К., Радченко Е.Д., Алиев Р.Р. Катализаторы процессов углубленной переработки нефти. - М.: Химия, 1992. - 266 с.
6. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия. 1984. - 592 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Властивості та застосування титана. Магнієтермічний спосіб отримання титанової губки. Технологія отримання титанового шлаку. Обладнання для отримання титанового шлаку. Витрата сировини, матеріалів на 1 т ільменітового концентрату та титанистого шлаку.
курсовая работа [358,8 K], добавлен 06.11.2015Фізико-хімічні властивості титану. Області застосування титану і його сплавів. Технологічна схема отримання губчатого титану магнієтермічним способом. Теоретичні основи процесу хлорування. Отримання тетрахлориду титана. Розрахунок складу шихти для плавки.
курсовая работа [287,7 K], добавлен 09.06.2014Вибір методу та об’єкту дослідження. Дослідження впливу перепадів температур на в’язкість руйнування структури та температури при транскристалітному руйнуванні сплаву ЦМ-10. Вплив релаксаційної обробки на в’язкість руйнування сплавів молібдену.
реферат [99,0 K], добавлен 10.07.2010Технічні характеристики компресорної установки. Аналіз технологічності деталі. Вибір та техніко-економічне обґрунтування методу отримання заготовки. Визначення припусків для обробки поверхні аналітичним методом та етапи обробки поверхонь деталі.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 31.10.2013Аналіз технологічності конструкції деталі Стійка. Вибір заготовки та спосіб її отримання за умов автоматизованого виробництва. Вибір обладнання; розробка маршрутного процесу та управляючих програм для обробки деталі. Розрахунок припусків, режимів різання.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 10.01.2015Визначення мети, предмету та методів дослідження. Опис методики обладнання та проведення експериментів. Сплав ZrCrNi як основний об’єкт дослідження. Можливості застосування та вплив водневої обробки на розрядні характеристики і структуру сплаву ZrCrNi.
контрольная работа [48,7 K], добавлен 10.07.2010Літературний огляд властивостей та технології отримання монокристалів германія. Властивості монокристалів, їх кристалографічна структура, фізико-хімічні, електрофізичні та оптичні властивості. Технологічні умови вирощування германію, його застосування.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 03.05.2015Поняття нанотехнологій, історія їх розвитку. Фізичні та хімічні методи отримання наноматеріалів. Спосіб очистки крові від токсинів з використанням особливих наномагнітів. Застосування нанороботів в медицині. Новітні розробки вчених в галузі екології.
курсовая работа [309,8 K], добавлен 25.02.2015Розгляд етапів технологічного процесу виробництва цукру: приймання, доставка на завод, відділення домішок, мийка та зважування буряка, подрібнення в стружку, отримання і очищення дифузійного соку, отримання кристалічного цукру, центрифугування.
курсовая работа [286,1 K], добавлен 24.03.2010Отримання з оригінальних воскових моделей металевих зразків. Виготовлення моделі, формування, сушіння, прожарювання та заливка. Литво на відцентрових машинах. Виготовлення еластичної прес-форми. Отримання воскових моделей. Підготовка форми та заливка.
реферат [325,4 K], добавлен 08.06.2011Історія відкриття, властивості і способи синтезу фулеренів. Технологія отримання металл-фулеренових плівок методом конденсації у вакуумі і електрохімічного осадження. Фізичні і електричні властивості метал-фулеренових плівок, сфера їх вживання.
дипломная работа [4,3 M], добавлен 10.10.2014Встановлення типу і організаційної формі виробництва. Розроблення технологічного маршруту обробки деталі. Аналіз і відпрацювання конструкції деталі на технологічність. Вибір способу отримання заготовки, технологічних баз та методів оброблення поверхонь.
курсовая работа [508,4 K], добавлен 14.02.2013Отримання азотно-водневої суміші для виробництва синтетичного аміаку. Фізико-хімічні основи процесу та його кінетика. Вибір технологічної схеми агрегату синтезу аміаку. Проект парофазного конвертора метану. Охорона навколишнього середовища та праці.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 22.02.2012Отримання чистих металів. Класифікація способів розділення і очистки матеріалів. Метод хімічно–транспортних реакцій. Дисталяція, ректифікація, рідинна екстракція. Сорбційні способи очищення. Метод йодидної очистки. Сублімація та перекристалізація.
курсовая работа [495,7 K], добавлен 14.04.2014Метал як один з найбільш поширених матеріалів, що використовує людина в своїй діяльності, історія його освоєння та сучасний розвиток промисловості. Перші спроби промислового отримання заліза і сталі. Фізико-хімічні процеси плавлення чавуна в печі.
реферат [370,1 K], добавлен 26.09.2009Вибір матеріалу деталі та методу отримання заготовки, способу обробки деталі. Електрохімічна обробка. Вибір схеми базування та установчих елементів, затискного пристрою та розрахунок сил затиску, пристосування на точність. Принцип роботи пристосування.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 24.02.2012Формоутворюючі та композиційні лінії. Особливості декоративного оздоблення архітектурних мотивів стилю модерн. Характеристика аналітичного методу дослідження архітектурних форм. Дослідження сучасних технологій отримання авторських текстильних полотен.
дипломная работа [9,7 M], добавлен 04.04.2015Субмікрокристалічні та нанокристалічні матеріали на основі Fe і Cu. Методи підвищення міцності, отримання субмікро і нанокристлічних матеріалів. Вплив технологічних параметрів вакуумного осадження на формування структур конденсатів. Вимір мікротвердості.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 20.06.2011Сутність термічної обробки металів, головні параметри цих процесів. Класифікація видів термічної обробки. Температурний режим перетворення та розпаду аустеніту. Призначення та види обробки сталі. Особливості способів охолодження і гартування виробів.
реферат [2,3 M], добавлен 21.10.2013Службове призначення деталі "Корпус", аналіз технічних умов та норм точності. Попереднє встановлення типу та організаційної форми виробництва. Відпрацювання конструкції деталі на технологічність. Вибір способу отримання заготовки та оброблення поверхонь.
курсовая работа [983,3 K], добавлен 23.06.2010
