Введение к работе
Актуальность проблемы.
Важнейшей задачей, стоящей перед современной наукой, является комплексное решение энергетической и экологической проблем. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является автомобильный транспорт (40-50% общих выбросов). Особенно остро эти проблемы стоят в России, одной из немногих стран мира, где до сих пор в качестве добавки к бензинам используют высокотоксичный тетраэтилсвинец. По решению международной комиссии по охране окружающей среды ООН сейчас запрещено использование высокоароматизированных бензинов, содержание ароматических соединений не должно превышать 15-20% в топливе, а бензола не более 0,5-1%. Для обеспечения высокого качества топлива в него вводят простые и сложные эфиры, алифатические спирты.
Перспективным в этой связи является разработка и промышленное освоение процесса совместного синтеза метанола и высших алифатических спиртов из синтез-газа.
Спиртовые смеси - продукты совместного синтеза, могут быть использованы в качестве моторного топлива и как высокооктановые добавки к бензину взамен тетраэтилсвинца.
Процессы совместного синтеза метанола и высших спиртов (М и ВС) освоены в промышленности рядом фирм развитых капиталистических стран (США, Италия, Германия, Франция). В качестве катализаторов используются высокотемпературные цинк-хромовые и низкотемпературные медно-цинковые катализаторы, промотированные калием и натрием.
В Советском Союзе (ГОСНИИМЕТАНОЛПРОЕКТ, г.Северодонецк) также был разработан цинк-хром-калиевый катализатор синтеза М и ВС, не уступающий по активности лучшим зарубежным образцам.
Однако до сих пор отсутствуют надежные экспериментальные данные по влиянию основных технологических параметров на активность и селективность катализатора, а также сведения о кинетике и механизме совместного синтеза М и ВС, необходимые для создания промышленной технологии.
Из изложенного следует, что решение указанных задач весьма актуально.
Целью работы являлось:
исследование влияния технологических параметров (температуры, давления, соотношения СО : Щ) на активность и селективность цинк-хром-калиевого катализатора получения М и ВС;
установление схемы роста углеводородной цепи высипгх спиртов с целью построения механизма реакции;
определение адекватной кинетической модели реакции совместного синтеза М и ВС;
разработка модели каталитического реактора, определение конструктивных и технологических параметров функционирования реактора;
определение теоретического оптимального профиля температур (с учетом требований безопасности процесса);
разработка рекомендаций по промышленной реализации процесса, конструктивному и технологическому оформлению реакторного узла.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Исследовано влияние основных технологических параметров (температура, давление, соотношение СО : Нг) на активность и селективность катализатора.
Найдены оптимальные значения технологических параметров реакции получения М и ВС на цинк-хром-калиевом катализаторе.
Установлена схема роста углеводородной цепи высших спиртов на цинк-хромовом катализаторе, предложен и обоснован двухцентровой гидроконденсациоиный, стадийный механизм реакции.
Построена кинетическая модель реакции совместного синтеза М и ВС. адекватно описывающая процесс в рабочем диапазоне изменения технологических параметров реакции.
Разработана модель каталитического реактора со стационарным слоем катализатора, определен оптимальный профиль температур по секциям реактора, обеспечивающее максимизацию производительности с учетом ограничений на взрывобезопасные условия работы реактора.
Практическая ценность работы:
Выданы рекомендации по промышленной реализации процесса совместного синтеза М и ВС на модифицированном Zn-Cr-K катализаторе.
Разработана адекватная модель промышленного каталитического реактора синтеза М и ВС, которая может быть использована для проектирования промышленных производств.
Разработанные технологические рекомендации переданы в ГОСНИИМЕТАНОЛПРОЕКТ (г.Северодонецк) и легли в основу технологического регламента на проектирование промышленной установки синтеза М и ВС.
1. Ащюбиия работы
Результаты работы доложены на: Московской конференции по химической технологии МКХТ-88 (Москва, МХТИ, 1988г.);
8-й Республиканской конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (Днепропетровск, Украина, 1991г.);
27-й Международной конференции по технологии реакции и адсорбции (Кётен, Германия, 1990г.);
2-й Латиноамериканской конференции "Расчетные методы в катализе" (Картахена, Колумбия, 1995г.);
16-м Интерамериканском конгрессе по инженерной химии (Картахена, Колумбия, 1995г.);
40-м Колумбийском симпозиуме по катализу (Букараманга, Колумбия, 1996г.).
Публикации
Основные результаты диссертации изложены в 11 опубликованных работах и авторском свидетельстве СССР.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав и основных выводов и приложений, изложенных на 44S страницах.
Работа содержит 16 рисунков и 17 таблиц, список литературы, включающий 102 источника.
