ВЛИЯНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ КАТАЛИЗАТОРА НА ВЫХОД ПРОДУКТОВ В НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 665.662.21.5

ВЛИЯНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ ЯВЛЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ КАТАЛИЗАТОРА НА ВЫХОД ПРОДУКТОВ В НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ

К. А. Клочихин Научный руководитель - Н. И. Полежаева

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31

E-mail: piv-80@mail.ru

Показано экстремальное изменение выхода продуктов при превращении изопропилбензола и стирола с использованием катализатора в зависимости от температуры.

Ключевые слова: сложная структурная единица, адсорбционные явления, катализатор.

INFLUENCE OF ADSORPTION PHENOMENA ON THE SURFACE OF THE CATALYST ON THE PRODUCT OUTLET IN OIL DISPERSION SYSTEMS

K. A. Klochikhin Research supervisor - N. I. Polezhaeva

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

E-mail: piv-80@mail.ru

The paper shows an extreme change in the yield of products during the conversion of isopropylbenzene and styrene using a catalyst depending on temperature.

Keywords: complex structural unit, adsorption phenomena, catalyst.

Наиболее широкое распространение в практике нефтеперерабатывающей промышленности нашли каталитические процессы на поверхности твердых пористых катализаторов [1 ].

При высоких температурах толщина хемадсорбированного слоя - hmax стремится к hmin , в результате доступ к поверхности кокса молекул из паровой фазы становится все более ощутимым. Хемадсорбция молекул приводит их к деформации и тем самым повышает их реакционную способность. Следует также отметить, что энергия активации диссоциации адсорбированных молекул оказывается меньше, чем энергия активации диссоциации молекул в объеме. Аналогичные явления происходят и на поверхности катализаторов при контакте с реагентами. На поверхности катализатора в тонком поверхностном слое в результате протекания конкурирующих адсорбционных процессов (например, адсорбция водорода, различных классов углеводородных соединений) происходит снижение реакционной способности углеводородных и неуглеводородных соединений с формированием разнообразных промежуточных активных осколков молекул, приводящих к формированию конечных устойчивых продуктов. В результате осуществляются гетерогенные каталитические процессы с различной глубиной и скоростью, на которые существенное влияние оказывает удельная поверхностная энергия катализатора, зависящая в свою очередь от природы катализатора и дефектности его поверхности, температуры. Кроме удельной поверхностной энергии, на суммарную скорость и глубину превращений оказывает влияние состояние дисперсионной среды (молекулярный раствор, НДС), природа соединений, входящих в ее состав.

Секция «Перспективные материалы и технологии»

Контактирование поверхности катализатора с нефтяными системами, находящимися в молекулярном или дисперсном состояниях, по разному влияет на конечные результаты процесса [2].

О результатах превращений модельных соединений на поверхности катализатора можно судить, применяя метод масс-спектральной термической десорбции (МСТД). Сущность метода МСТД заключается в регистрации продуктов превращения и десорбции в процессе превращения модельного соединения в глубоком вакууме в источнике ионов масс-спектрометра. Применяя этот метод, можно изучить влияние состава катализаторов, температурного фактора на степень превращения модельных соединений.

На рис. 1 (а и б) приведены результаты превращения изопропилбензола при разных температурах на поверхности цеолита - (а) и катализатора РСГ- 64 (А1203 - 65,4%, БЮ2 -27,9%, №20, РЗО - 5,2%) - (б).

а б

Рис. 1. Влияние температуры на выходы бензола (1), изопропилбензола (2) и фенола (3) в процессе МСТД с цеолитом (а) и с РСГ-64 (б)

На рис. 1 показаны изменения выхода только основных продуктов превращения изопропилбензола: бензола, изопропилбензола и фенола. Видно экстремальное изменение выхода продуктов реакции в зависимости от температуры. Изменением состава катализатора и технологии его изготовления достигается регулирование удельной поверхностной и объемной энергии на дисперсных частицах катализатора. Соотношение этих видов энергии изменяется экстремально в результате чего на дисперсных частицах образуются хемадсорбированные слои различной толщины, сказывающиеся определенным образом на результатах превращения модельных соединений. Экстремальный выход продуктов превращения подтверждается и при гидрогенизации модельных углеводородов и сероорганических соединений на поверхности промышленного алюмокобальтмолибденового катализатора (Со0 - 4,5%, Мо03 - 12,5%), имеющего насыпную массу 640 кг/м3 и удельную поверхность 200 м2/г, а также на лабораторных образцах катализатора.

На рис. 2 приведены результаты изменения превращения стирола (С5Н6СН=СН) на поверхности катализатора в зависимости от температуры.

Аналогия в поведении кривых на рис 2 и 3 говорит в пользу непосредственной связи превращений стирола с адсорбционными явлениями на поверхности катализатора [3].

Температура,'°С

Рис. 2. Изменение превращения стирола в зависимости от температуры. Катализатор С/Л1203 (С - 0,22 % масс.)

Рис. 2. Зависимость изобары адсорбции от температуры: 1 - изобара адсорбции водорода палладием

Таким образом, соотношение удельной поверхностной и объемной энергии изменяется экстремально в результате чего на дисперсных частицах образуются хемадсорбированные слои различной толщины, влияющие на экстремальное изменение выхода продуктов реакции.

Библиографические ссылки

1. Нефтяные дисперсные системы / З.И. Сюняев, Р.З. Сафиева, Р.З. Сюняев. М.: Химия, 1990. 226 с.

2. Сюняев З.И. Прикладная физико-химическая механика нефтяных дисперсных систем. М.: МИНХ и ГП, 1982. 100 с.

3. Сюняев З.И. Нефтяной углерод. М.: Химия, 1980. 271 с.

© Клочихин К. А., 2020