Введение к работе
Актуальность темы. Общеизвестно, что Россия занимает ведущие позиции в мире по запасам и добыче энергетических ресурсов. Однако ресурсы страна, как и мировые, не бесконечны. Так, согласно прогнозам, при современных масштабах потребления нефти в мире (2,8-3,5 млрд.т/год), учитывая возможность открытия новых месторождений и увеличение степени извлечения за счет совершенствования технологии добычи нефти. Ее запасы могут быть исчерпаны уже через 100-200 лет. 3 то же время, использование попутных нефтяных я нефтезаводских газов, которые являются еще одним перспективным источником получения ценных химических продуктов, до сих пор остается неудовлетворительным. В связи с этим назрела необходимость решения проблемы переработки газообразного углеводородного сырья на основе создания малоотходных, а следовательно, и экологически чистых процессов.
Исследования в этом направлении, выполненные в КОХ РАН и других нвучных центрах, позволили установить, что каталитические системы на основе высококремнеземных цеолитов семейства пентасила обладают уникальной способностью к превращению низших олефинов и парафинов в ароматические углеводороды и другие высокооктановые компоненты моторного топлива.
Согласно современным представлениям, процесс ароматизации низших углеводородов, включающий стадии дегидрирования, олиго-меризащга и циклизации, протекает с участием брекстедовских (В) кислотных центров цеолитной матрицы и льюисовских (L) кислотных центров, форлируюіщхся в результате модифицирования пентасила некоторыми элементами (Zr>, Cd, Ga, Pi). Вместе с тем, до конца не выяснена роль цеолитной матрицы и элементов-модификаторов в формировании центров, активных в отдельных стадиях сложного процесса ароматизации. Очевидно, именно эти вопросы имеют первостепенное значение для осуществления направленного регулирования каталитических свойств пектасилов и создания на их основе эффективных катализаторов аролгатизации низших углеводородов.
Цель работы. В задачу настоящей работы входило:
I. Изучение зависимости каталитических свойств декатиони-рованкых пентасилов в ароматизации низших парафинов от природы органического гег.шлага, применяемого в гидротермальном синтезе
цеолатов, размера кристаллитов и отношения St/AI в каркасе.
-
Исследование влияния модифицирования пентасилов различными элементам! и способа введения промоторов на их активность и селективность в ароматизации пврафинов Сд-С^.
-
Исследование кислотных свойств пентасилов для выяснекш причин наблюдаемых различий, их каталитических свойств.
-
Исследование термостабильности активных центров пентасилов и влияния высокотемпературной обработки на их кислотные и каталитические свойства.
Научная новизна к практическая ценность твботы. Проведено систематическое исследование факторов, влияющих на каталитические свойства пентасилов в ароматизации низших парафинов и их-кислотные характеристики, С помощью метода ИК-слектроскопла получены новые данные о механизме формирования активных центров модифицированных пентасилов, а также об их природе, термостабильности и местах локализации, что позволило направленно регулировать активность и селективность полученных каталитически! систем.
Разработаны новые методы синтеза металлсодержащих пентасилов: в) одностадийный гидротермальный синтез Ga-пентасилов, обеспечивающий существенное упрощение технологии приготовления катализаторов п сводящий к минимуму выброс вредных отходов; б) получение высокоактивных In-пентасилов' по реакции в твердой фазе между цеолигяой матрицей и оксидом цинка, что открывает возможность разработка экологически чистого способа модифицирования цеолитов.
Показана принципиальная возможность селективного образования бутенов и пропилена из парафинов С^ с применением Zn- и Ga-содержащих пентасилов и предложена 2-х стадийная схема получения высокооктанового моторного топлива, предусматривающая дегидрирование исходного парафина с последующей олигомерпзадней образующихся непредельных углеводородов.
Проведены испытания лентасвлсодераавдго катализатора, модифицированного Zn, на пилотной установке Красноленииското ЛІЗ (Тюменская область) с использованием в качестве сырья строкой фракции легких углеводородов попутного нефтяного газа. Полученные данные положены в основу"' технико-экономического обоснования практической реализации процесса ароматизации низших парафинов.
Апробация теботн. Основные результаты работы докладывались на всесоюзном совещании "Переработка низшіх углеводородов Gj-C4" (Грозный, 1990г.), на научно-технической конференции "Проблемы добычи, транспорта и переработки нефти и газов" (Оренбург, 1991г.) и на международно!; встрече "Цеолитннй катализ в решении экологических проблем" (Ярославль, 1992г.).
Публика їсти, По результатам проведенных исследований опубликовано 7 работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на КО стр. машинописного текста, содержит 33 таблицы, 28 рисунков. Список цитируемой литературы включает 205 наименований.