Введение к работе
Актуальность темы. В ряду алифатических аминов наибольший интерес для практики представляют метиламины, нашедшие применение в производстве N-метилпирролидона, диметилформамида, диметилацетами-да, катионных ПАВ, четвертичных аммониевых солей и оснований, алка-ноламинов и других соединений, которые применяются в процессах нефтепереработки и нефтехимии, очистке природных и технологических газов, производстве лакокрасочных материалов и средств защиты растений.
В настоящее время мировое производство аминов приближается к 1 млн. тонн в год, однако действующие предприятия испытывают ряд трудностей, обусловленных невысокой стабильностью и активностью применяемых катализаторов, что побудило как зарубежных, так и отечест-веїшьіх исследователей развернуть широкомасштабный поиск новых каталитических систем, способных удовлетворять требованиям современных технологий.
В свете изложенного выше изучение реакций синтеза метиламинов является актуальной задачей, решение которой помимо прикладных вопросов, могло бы позволить расширить теоретические представления о ге-терогенно-каталитических реакциях с участием аммиака и аминов. Последнее тем более актуально, т.к. современный этап развития основного оргашіческого и нефтехимического синтеза характеризуется глубоким изучением механизмов реакций с применением новейших методов исследования катализа, квантово-химических расчетов и разработкой на этом фундаменте оптимальных каталитических систем.
Цель работы. Углубленное изучение реакций, протекающих при синтезе метиламинов, поиск гетерогенных катализаторов кислотно-основного типа для аминирования метанола и диметилового эфира и оптимальных условий проведения процесса, выявление механизма реакций на основных типах катализаторов с привлечением современных методов анализа.
Научная новизна. Проведены систематические исследования аминирования метанола и диметилового эфира на гетерогенных оксидных системах. Найдены высокоактивные и селективные катализаторы различных классов: л-оксид алюминия, цеолиты в протонной и металл-катионной формах. Впервые оценена каталитическая активность нейтральных алю-мофосфатов и железосиликатов цеолитной структуры в синтезе метиламинов. Найдены эффективные методы повышения активности и стабильности катализаторов. Впервые предложены оригинальные механизмы протекания основных реакций аминирования на оксиде алюминия, протонных и ме-талл-катионных формах цеолитов на основании изучения кинетических, термодинамических факторов, изотопных эффектов, ИК спектроскопических методов исследования и квантово-химичеких расчетов.
Практическая ценность работы. Разработан и внедрен в опытно-промышленное производство промотированный катализатор синтеза метиламинов ГКА «М». Разработаны научные основы, позволяющие конструировать комплексные каталитические системы синтеза метиламинов типа активная агаомооксидная матрица - цеолит - обменный катион, наилучшим образом удовлетворяющие критерию «практическая целесообразность». Предложены катализаторы на основе промотированного оксида алюминия для получения метиламинов из диметилового эфира — экономически перспективного сырья.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 3 статьи, 3 тезиса докладов и 2 патента РФ.
Результаты работы доложены на конференции молодых ученых «ВНИИНефтехима» (Ленинград, 1988), на конференции «Органический синтез на цеолитных катализаторах» (Новосибирск, 1989), на Международной конференции «Цеолитпый катализ в решении экологических проблем» (Ярославль, 1992) и на научном семинаре кафедры нефтехимии СПбГТИ(ТУ) (Санкт-Петербург, 2000).
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 154 страницах компьютерного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, содержит 20 рисунков, 20 таблиц и приложение. Список литературы включает 86 наименований работ.