CC BY
9
УДК 678.746.22; 662.766; 66.094.25
Кузнецов М.В.,
доктор химических наук, главный научный сотрудник
ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва, РФ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ СТИРОЛЬНОЙ ФРАКЦИИ ОТ АЦЕТИЛЕНОВЫХ ПРИМЕСЕЙ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО КАТАЛИТИЧЕСКОГО ГИДРИРОВАНИЯ
Аннотация
Предложены новые технологические подходы к процессам очистки стирола и полистирола от ацетиленовых примесей методом селективного каталитического гидрирования на стекловолокнистых тканых катализаторах (СВТК) с различными металлами-наполнителями, что позволяет существенно улучшить экономические и экологические показатели процессов.
Ключевые слова:
каталитическое гидрирование, стирол и полистирол, СВТК, водно-каталитический реактор, селективность, степень очистки, экономический эффект.
Существующий на сегодняшний день стандартный каталитический метод очистки мономера стирола от микропримесей фенилацетилена на порошкообразных или гранулированных катализаторах осуществляется с большими (до 2-3 масс.%) потерями стирола. Кроме того, он требует применения дополнительной энергозатратной операции фильтрационного отделения частиц катализатора от продуктов реакции, а также дорогостоящих и технически сложных операций замены катализатора. В настоящее время на Российских предприятиях по производству полистирола очистка от ацетиленсодержащих примесей вообще не проводится, что значительно снижает качество полимера и лишает его конкурентоспособности на мировом рынке. Всё это определяет актуальность поставленных в работе задач.
В России имеет место низкая интенсивность каталитических процессов при использовании гранулированных катализаторов за счет неравномерности распределения гранул в объеме каталитического реактора, прилегания их слоя к стенкам и, как следствие, уменьшения поверхности контакта катализатора с жидкими реагентами. Такие процессы сопровождаются разрушением гранул вследствие трения при перемещении гранулированного катализатора по кольцевому каналу в реакционной зоне. Даже в случае комбинированного подвода газообразного и жидкого реагентов в зону реакции (а в этом случае достигается определенная интенсификация процесса их взаимодействия) использование гранул не позволяет в полной мере использовать возможности катализатора, так как внутренние слои катализатора практически не принимают участия в реализации контакта между реагентами. Таким образом, использование гранулированных катализаторов и реакторов на их основе в процессе очистки стирольной фракции характеризуется существенными недостатками, такими как: 1 -низкая степень очистки стирола; 2 -неудовлетворительная селективность процесса со значительными потерями стирола; 3 - неэффективная массопередача между катализатором и реакционной средой с необходимостью загрузки в реактор избыточных количеств катализатора; 4 - высокое гидравлическое сопротивление в реакторе слоя гранулированного катализатора потоку реакционной смеси, что требует дополнительных затрат энергии.
Предлагаются новые технологические подходы к процессам жидкофазной очистки стирольной фракции от примеси фенилацетилена методом селективного каталитического гидрирования. В основу идеи положена разработка высокоэффективных катализаторов для подобных процессов в мягких температурных (~500С) условиях и в непрерывном режиме. Применение СВТК также направлено на более полное использование каталитических возможностей за счет интенсификации процесса взаимодействия газообразного и жидкого реагентов при уменьшении общего объема катализатора. Это
приводит к увеличению производительности реактора и к упрощению его конструкции.
В качестве основных компонентов стирольная фракция содержит стирол и фенилбензол. Образующийся на стадии дегидрирования этилбензола фенилацетилен является примесью, а его присутствие приводит к неконтролируемому росту полимерной цепи при получении полистирола. Это значительно ухудшает качество полистирола, производство которого в мире исчисляется миллионами тонн в год. В технологическую схему необходимо введение дополнительной стадии очистки от примеси фенилацетилена. Это может быть реализовано при одновременном упрощении конструкции кассеты с катализатором СВТК, который в данном случае используется в форме ленты, размещаемой на цилиндрическом сетчатом сосуде. В результате повышается производительность реактора за счет развития поверхности непосредственного контакта катализатора с реагентами и уменьшения гидравлического сопротивления при организации циркуляции реагентов в зоне размещения СВТК. СВТК содержит в своем составе каталитически активные металлы из ряда №, Си и металлы платиновой группы на уровне 0.10-0.15 масс.%. Содержание благородных металлов крайне мало и увеличение их процентного содержания не требуется. Однако существуют их критические концентрации (~0.05 масс.%), ниже уровня которых имеет место неудовлетворительная активность катализатора в условиях реализации жидкофазного процесса при температурах менее 500С. Это позволяет упростить схему термостатирования и конструкцию реактора в целом. Были достигнуты положительные результаты модельных экспериментов с использованием стирольных фракций, производимых ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» и «СИБУР-Химпром». Процессы проводились в предельно мягких условиях -при температуре 25 0С и атмосферном давлении химически чистого водорода. Соотношение массы катализатора к объему сырья составляло ~0.03 г/см3. Было изготовлено три типа СВТК, активированных металлами: 1 - содержание Pd ~ 0.15 масс.%; 2 - содержание Pd ~ 0.15 масс.% с добавками меди при соотношении Pd/Cu = 4.2/1; 3 - содержание Pt ~ 0.15 масс.%. Содержание компонентов в стирольной фракции составляло: этилбензол - 37.11 масс.%; стирол - 59.51 масс.%; фенилацетилен - 72 ррт. Данные о кинетике гидрирования подтверждают высокую селективность и эффективности процесса в условиях комнатной температуры и атмосферном давлении. С учетом типа катализатора полное удаление фенилацетилена достигается за время порядка: 1 - 20-30 мин., 2 - 70-80 мин., 3 - 15-20 мин. при общих потерях стирола на уровне 0.2-0.3 масс.%. Это на порядок ниже, чем уровень потерь стирола при проведении процесса гидрирования на порошковых и гранулированных катализаторах (2-3 масс.%).
При определенных условиях степень гидрирования фенилацетилена может составить 100% при отсутствии потерь стирола. Может даже сложиться ситуация, когда количество стирола в результате осуществления процесса увеличивается (или его потери будут отрицательными) вследствие гидрирования фенилацетилена в стирол (!). Применение СВТК позволяет обеспечить возможность возврата значительных объемов стирола в технологический процесс, обеспечив 100%-ную конверсию фенилацетилена, а привести к существенному снижению реакционной температуры процесса. В рамках существующих технологий очистка в газовой фазе проводится при температуре ~ 1500С, тогда как в соответствии с предлагаемой технологией рабочая температура может быть снижена до 500С и даже до комнатной. Полная конверсия фенилацетилена может быть проведена за времена порядка 15-20 мин. при упрощении конструкции каталитического реактора и технологического процесса за счет отказа от операции фильтрационного отделения гранул или порошка от продуктов реакции. Производительность такого реактора может быть повышена за счет развития поверхности непосредственного контакта ленточного стеклотканого катализатора с реагентами и уменьшения гидравлического сопротивления при организации циркуляции реагентов в зоне размещения катализатора. Срок эксплуатации СВТК существенно более долгий, а в сочетании с простотой операции замены кассеты с набором катализаторов в реакторе по сравнению с операциями замены (выгрузки-загрузки) значительных объёмов гранул и/или порошков, это обеспечивает еще большие технологические преимущества.
Основными производителями полистирола в России являются: «Ангарский завод полимеров» (г.Ангарск), «СИБУР-Химпром» (г.Пермь), «Салават нефтеоргсинтез» (г.Салават), «Пластик» (г.Узловая), «Нижнекамскнефтехим» (г.Нижнекамск). Учитывая внутрироссийский и экспортный потенциал таких материалов, как стирол и полистирол, обеспечение уменьшения потерь стирола на 1.5-
2.0 % позволит вернуть в технологический цикл до 103 т продукции в год. В расчете на 1 т конечного продукта (полистирола) экономический эффект составит 17-18 кг стирола или, в денежном выражении, при средней его стоимости 50-60 руб/кг - 850-1080 руб. на 1 т произведенного полистирола. При общих объемах производства в России на сегодняшний день порядка 2 млн. т полистирола в год, экономический эффект будет ~1 млрд руб./год.
Предложенные технологические подходы исследованы и апробированы в промышленных масштабах применительно к производствам стирола и полистирола. Однако полученные в процессе подготовки заявки результаты могут быть экстраполированы на производства любых других мономеров и полимеров, в технологических процессах которых присутствуют стадии гидрирования -дегидрирования. Например, это могут быть производства этана-этилена, различных каучуков и др.
Список использованной литературы:
1. Дорохов В.Г., Барелко В.В., Быков Л.А., Басимова Р.А., Павлов М.Л., Аскарова А.В., Разработка и исследование катализаторов нового поколения на стеклотканой основе для очистки стирольной фракции от фенилацетилена селективным гидрированием, ДАН, 2011, т.438, №3, с.348-350.
2. Дорохов В.Г., Барелко В.В., Быков Л.А., Басимова Р.А., Павлов М.Л., Аскарова А.В., Реактор для жидкофазной очистки стирольной фракции от примеси фенилацетилена методом каталитического селективного гидрирования стирольной фракции, Патент РФ №2520461, опубл. в БИ №14 от 27.06.2014 г.
© Кузнецов М.В., 2021
УДК 577.16
Степанова А.А.
магистрант 2 курса, ФГБОУ ВО «ИГХТУ»,
г. Иваново, РФ
Степычева Н.В. к.х.н., доцент ФГБОУ ВО «ИГХТУ», г. Иваново, РФ
РОЛЬ ВИТАМИНА Вх В ПИТАНИИ И КРОВОСНАБЖЕНИИ СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ
Аннотация
Работа направлена на изучение влияния тиамина (витамин В1) на питание и кровоснабжение миокарда. Анализ литературных данных подтверждает благоприятное влияние витамина В1 на миокард при нарушении питания и кровоснабжения сердца. Установлено, что для профилактики болезней сердечной мышцы целесообразно использовать пищевые продукты, содержащие тиамин.
Ключевые слова
Миокард, тиамин, сердечная недостаточность, профилактика сердечных заболеваний
Введение
В настоящее время недостаточное потребление витамина В1 приводит к различным заболеваниям сердечной мышцы. Дефицит тиамина является самым распространенным заболеванием среди людей в развивающихся странах, основу рациона которых составляет белый рис или высокоочищенные углеводы, и среди алкоголиков, а также значится болезнью цивилизации. В России дефицитом тиамина страдает более 60 % населения [9,2]. Тиамин не синтезируется в организме, поэтому должен поступать извне. Витамин широко представлен в пищевых продуктах, особенно в цельных злаках, мясе (особенно в свинине и печени), обогащенных зерновых продуктах, орехах, бобовых и картофеле [6, с. 8].
Введение в рацион растительной и животной пищи, содержащей тиамин, позволит нормализовать нарушенный углеводный обмен и поддержать метаболизм миокарда.
