CC BY
5ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ВЛИЯНИЕ ПОСЛОЙНОЙ ЗАГРУЗКИ ЦЕОЛИТСОДЕРЖАЩИХ _КАТАЛИЗАТОРОВ НА ПРЕВРАЩЕНИЯ Н-ГЕКСАНА
Раиса Ивановна Кузьмина
Доктор химических наук, профессор, Заведующая кафедра нефтехимии и техногенной безопасности, институт химииСаратовского Государственного Университета
имени Николая Гэигорьевича Чернышевского, Саратов
Михаил Алексеевич Заикин
Аспирант кафедры нефтехимии и техногенной безопасности, институт химии Саратовского Государственного Университета имени Николая Григорьевича Чернышевского, Саратов
Сергей Дмитриевич Манин
Студент кафедры нефтехимии и техногенной безопасности, институт химии Саратовского Государственного Университета имени Николая Григорьевича
Чернышевского, Саратов
THE INFLUENCE OF LAYER-BY-LAYER DOWNLOAD IN REACTION AREA ZEOLITECONTAINIG CATALYSTS ON CONVERSION OF N-HEXANE
RaisaIvanovnaKuzmina, Doctor of chemical science, professor, head of petrochemicals and technological safety department, chemical institute of Saratov State University NikolayGrigorievichChernishevsky name, Saratov Mikhail AlekseevichZaikin, Phd student of petrochemicals and technological safety department, chemical institute of Saratov State University NikolayGrigorievichChernishevsky name, Saratov
Sergey DmitrievichManin, Student of petrochemicals and technological safety department, chemical institute of Saratov State University NikolayGrigorievichChernishevsky name, Saratov АННОТАЦИЯ
Одной из основных целей вторичных процессов переработки углеводородного сырья является получение высокооктановых компонентов автомобильных бензинов. В данной работе проведено исследование активности цеолитсодержащих катализаторов V2O/ZSM-5 и Cr+Bi/ZSM-5 в превращении н-гексана. Показано, что синергетический эффект от совместного действия катализаторов позволяет достичь высокой степени конверсии и увеличить количество углеводородов изомерного строения[1]. ABSTRACT
Obtaining high-octane components of motor petrol and, at the same time, valuable liquefied gases (raw material for subsequent oil-chemistry production) is one of the main goals of secondary processes of hydrocarbon raw processing. The present work studies the activity of the zeolite-containing V2O/ZSM-5 and Cr+Bi/ZSM-5 catalysts, their influence on the degree and direction of conversion of n-hexane. Shows, that combined acts of this catalysis is allow to achieve high conversion and to get more isomerization hydrocarbons.
Ключевые слова: цеолитсодержащие катализаторы, крекинг, V2O/ZSM-5, Cr+Bi/ZSM-5. Key words: zeolitcontaining catalyst, cracking, V2O/ZSM-5, Cr+Bi/ZSM-5.
Экспериментальная часть
Исследования по каталитическому превращению н-гексана проводили на лабораторной установке проточного типа при атмосферном давлении, в интервале температур 300-500°С с шагом в 50°С.
Анализ газообразных продуктов каталитического крекинга проводился хроматографическим методом на хроматографе «Кристалл 2000, жидких продуктов - на газо-жидкостном аналитическом стационарном лабораторном хроматографе «Кристалл 5000».
Результаты и их обсуждение
Исследована каталитическая активность цеолитсодержащих катализаторов Cr2Oз+Bi2Oз/ZSM-5 и V2O5/ ZSM-5 в превращении н-гексана, а также их послойная загрузка в реакционную зону. Направления превраще-
ние на данных катализаторах носят различный харак-тер[2].
Максимальная степень превращение н-гексана на Cr2O3+Bi2O3/ZSM-5 катализаторе достигается при температуре в 500 оС. и составляет 99,8%.Также установлено, что процесс превращения н-гексана направлен в сторону образования продуктов каталитического крекинга, изомеризации и дегидроциклизации. Суммарный анализ газообразных и жидких продуктов превращения н-гексанапоказал, что на цеолитной системе, модифицированной оксидом висмута, с ростом температуры наблюдается увеличение выхода газообразных продуктов, которые образуются в результате реакций крекинга, а также увеличение содержание углеводородов С3-С4, что также свидетельствует
о протекании реакции крекинга углеводородов. Большую долю в продуктах реакций крекинга на цеолитной системе составляет пропан, что позволяет говорить о симметричном распаде молекулы н-гексанапо связи С-С, в результате протекания реакции каталитического крекинга углеводородов нормального строения. Содержание в продуктах реакции углеводородовизо-мерного строения достигает максимального значения при 400°С - 17,9% масс. Однако, при дальнейшем повышении температуры, содержание углеводородов изостроения в продуктах реакции начинает снижаться до 11,8% масс. При этом степень ароматизации исходного н-гексана увеличивается с повышением температуры и достигает максимума при 500 оС - 20,6% масс. Ароматические соединения представлены алкилзаме-щенными гомологами бензола, содержание толуола при этом достигает 10,7% масс.При этом бензол в продуктах превращения н-гексана во всем температурном интервале не превышает 1% масс.
Максимальная степень превращение, достигаемая на катализаторе ^05^М-5 составляет 84,1% при температуре 400 оС. Также как, и на висмутхромовом катализаторе, процесс превращения н-гексана направлен в сторону образования продуктов каталитического крекинга, изомеризации и дегидроциклизации. Однако, на данном катализаторе, при температуре 400 оС, наблюдается больший выход углеводородов изомерного строения, по сравнению с катализатором Сг203+В^03/ ZSM-5, который составляет 22,7% масс. При дальнейшем повышении температуры выход углеводородов изомерного строения снижается. Также как, и на висмутхромовом катализаторе, продуктом превращения н-гексана являются парафиновые углеводороды нормального строения С3-С4, составляющие максимальное значение 49,1% масс.при температуре 400 оС.
Один из перспективных способов создания эффективных каталитических систем процесса превращения углеводородов - приготовление каталитических систем с использованием эффекта синергизма. При
Состав продуктов конверсии н-гекса
использовании многофазных каталитических композиций возможна реализация принципа разделения сложной реакции на стадии, каждая из которых ускоряется своим катализатором. Наиболее простой способ получения таких систем - это механическое смешение двух или более компонентов. Ранее были проведены исследования по изучению эффекта синергизма каталитических систем в реакциях селективного каталитического восстановления. В данной работе использовалась послойная загрузка катализаторов, разделенных слоем кварцевых кристаллов, различных размеров и обеспечивающих полное разделение катализаторов друг от друга. В верхней части реактора размещался катализатор Сг203+В^03^М-5, обеспечивающий более полное превращение исходного сырья и крекирование н-гексана. Ниже слоя кварца располагался катализатор V2O5/ZSM-5, обеспечивающий превращение непрореагировавшего н-гексана и изомеризацию парафиновых углеводородов, полученных в результате реакции каталитического крекинга, проходящего на катализаторе Сг203+В^03^М-5[3]. В результате данного каталитического превращение н-гексана, наблюдается увеличение количества продуктов каталитической изомеризации, в сравнении с превращением только на катализаторе Сг203+В^03^М-5, а также увеличение степени превращения н-гексана при более низкой температуре, по сравнению с процессами на катализаторе V2O5/ZSM-5. Степень превращения н-гексана при 400 оС достигает 99,8% масс., а выход углеводородов изомерного строения составил 22,3 % масс. По причине увеличения изомерных углеводородов, в продуктах реакции наблюдается сниженное содержание нормальных парафиновых углеводородов, что подтверждает эффективность катализатора V2O5/ZSM-5. Однако, доля процесса каталитического крекинга по-прежнему велика и составляет максимальное значение 62,5% масс. при 400 оС. В таблице приведено содержание различных углеводородов в продуктах превращения на изученных катализаторах.
Таб. 1
ана цеолитсодержащих катализаторах
Катализатор Конверсия, % отн. Содержание в продукте, % масс.
С1-С2 С3-С4 изо - С3-С4 Арены
Cr+Bi/ZSM-5 99,8 4,6 62,1 17,9 20,6
V2O5/ZSM-5 84,1 3,9 40,2 22,72 14,6
Cr+Bi/ZSM-5+V2O5/ZSM-5 2 5 99,8 2,0 60,5 22,3 13,5
Вывод
Таким образом, процесс превращения н-гексана-на катализаторахV2O5/ZSM-5,Cr+Bi/ZSM-5 и их каталитической системеприводит, в основном, к крекингу исследуемого вещества, с наибольшим содержанием углеводородовС3-С4в продуктах конверсии в результате симметричного распада молекул н-гексана по связи С-С. Висмутхромовый катализатор дает более высокий выход данных углеводородов, в то время как V2O5/ZSM-5 катализатор проводит более эффективную каталитическую изомеризацию исходного сырья. Их совместная послойная каталитическая система позволяет существенно увеличить степень конверсии
н-гексана и получить катализат, включающий более 20% масс. углеводородов изомерного строения, что является положительным фактором в связи с ужесточающимися экологическими требованиями к высокооктановым компонентам автомобильных бензинов[4].
Литература
1. Кузьмина Р.И., Игеатьев С.Н., Пилипенко А.В. Превращение углеводородов на цеолитсодержащих катализаторах// Приоритетные направления развития науки и технологии - 2014 - Тула - Ст. 51-54
2. Кузьмина Р.И., Фролов М.П. Изомеризация - процесс получения экологически чистых бензинов: учеб-
ное пособие, Саратов: Издательство Саратовского Университета - 2008 -125 Ст. 15-16.
3. Бурдейная Т.Н., Третьяков В.Ф. Использование эффекта синергизма для увеличения активности катализаторов// Химия в интересах устойчивого развития
№ 13 - 2005 - Ст. 744-746
4. Ахметов С.А. Лекции по глубокой переработки нефти в моторные топлива: учебное пособие, Спб: Недра - 2007- Ст. 128-131.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСТРАКЦИИ В
СИСТЕМЕ ^-ТОЛУОЛ-ИЗООКТАН-NaCl
Королева Екатерина Витальевна
Студентка 5 курса Оренбургский Государственный Университет
г. Оренбург
Хакимова Диана Ильдаровна
Студентка 5 курса Оренбургский Государственный Университет
г. Оренбург
Пономарева Полина Александровна
Старший преподаватель кафедры химии Оренбургский Государственный Университет
г. Оренбург
RESEARCH OF PHYSICAL AND CHEMICAL PARAMETERS OF EXTRACTION IN SYSTEM I2-TOLUENE-ISOOKTANE-NaCl
Koroleva Ekaterina Vitalyevna, Student of the 5th course Orenburg State University, Orenburg
Hakimova Diana Ildarovna, Student of the 5th course Orenburg State University, Orenburg
Ponomareva Polina Alexandrovna, Senior teacher of department of chemistry Orenburg State University, Orenburg
АННОТАЦИЯ
В статье представлены материалы по определению некоторых физико-химических параметров экстракции иода из композиции толуол-изооктан-NaCl. Определена возможность применения толуола в качестве экстрагента. Предложены оптимальные соотношения фаз при экстракции и концентрации исходных модельных растворов иода.
ABSTRACT
The article presents the materials on determination of some physico-chemical parameters for the extraction of iodine from the composition of the toluene-isooctane-NaCl. Determined the possibility of using toluene as the extractant. The optimum ratio of phases in the extraction and concentration of the model solutions of iodine.
Ключевые слова: экстракция; иод; толуол; изооктан.
Keywords: extraction; iodine; toluene; isooctane.
Изучение свойств иода и его соединений показало перспективность применения этого вещества в различных областях науки и техники. Наиболее значимы преимущества использования в металлургии цветных и редких металлов, атомной, нефтяной и фармацевтической промышленностях [1].
Экстракция, осуществляемая в системе жидкость-жидкость, является эффективным методом извлечения [2]. В связи с этим поиск и подбор новых высокоэффективных и доступных экстрагентов поможет значительно упростить процесс получения иода из соединений и, как следствие обеспечить снижение себестоимости производства и увеличение выхода конечного продукта.
Целью данной работы являлось исследование физико-химических параметров процесса экстракции иода из растворов с различной степенью минерализации с использованием в качестве экстрагента одного из представителей класса ароматических углеводородов - толуола.
Толуол является высокоэффективным экстраген-
том и при использовании не способен накапливаться в организме человека. Следовательно, его использование относительно безопасно для человека и обеспечивает высокий выход конечного продукта.
В рамках исследования были проведены работы по подбору оптимального соотношения экстрагент-разба-витель. С этой целью использовали метод изомоляр-ных серий, позволяющий установить состав экстрагирующих комплексов. Для выбранных соотношений изучили равновесие процесса экстракции методом переменных объемов.
Экстракцию осуществляли из модельных бессолевых, мало- и высокоминерализованных растворов иода. Различные значения степени минерализации достигались за счет добавления в раствор кристаллического хлорида натрия. Определение остаточной концентрации иода проводили с 0,1 н раствором Na2S2O3 методом объемного анализа.
Исследования по подбору соотношений толуол-изо-октан представлены на рисунках 1, 2, 3.
