Статья:

ПОВЫШЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ АЛЮМОХРОМОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВ ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Конференция: IV Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: естественные и медицинские науки»

Секция: 1. Химические науки

Выходные данные
Вахитова Р.Р. ПОВЫШЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ АЛЮМОХРОМОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВ ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ // Молодежный научный форум: Естественные и медицинские науки: электр. сб. ст. по мат. IV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(4). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_nature/4(4).pdf (дата обращения: 27.05.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 76 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

ПОВЫШЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ АЛЮМОХРОМОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЕГИДРИРОВАНИЯ ПАРАФИНОВ ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

Вахитова Рамзия Рамзилевна
студент филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета, г. Стерлитамак
Каримов Олег Хасанович
научный руководитель, научный руководитель, преподаватель филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета, г. Стерлитамак

 

Алюмохромовые катализаторы широко распространены в отечественной промышленности в процессах производства изобутилена и изопрена методами двухстадийного дегидрирования соответственно изобутана и изопентана. Термодинамика дегидрирования парафинов (высокие температуры до 600 °С) выдвигает определенные требования к алюмохромовых катализаторам, одним из которых является термостабильность.

Термостабильность катализаторов определяет сопротивление действию высоких температур на изменение структуры, активности и селективности катализатора [3, с. 206]. Традиционно для повышения термической стабильности проводят предварительную термическую обработку катализаторов при температурах до 800 °С. При низких температурах прокаливания (Т < 400 °C) хромсодержащие композиции на поверхности носителя представляют собой кристаллы CrO3, а при более высоких температурах — преимущественно α-Cr2O — источника малоактивных Cr3+. Согласно [4, с. 151], оптимальной температурой для активации катализатора является 700—800 °С в течение 4 часов. Однако учитывая локальные перегревы в объеме алюмооксидного носителя под действием СВЧ-поля [2, с. 9], можно предположить о снижении температуры термоактивации катализатора, приготовленного с использованием электромагнитного излучения.

В настоящей работе исследовалось стабильность алюмохромовых катализаторов дегидрирования парафинов (приготовленных традиционным пропиточным методом и с использованием СВЧ-поля) от температуры и времени термической обработки.

Полный цикл приготовления катализатора дегидрирования низших парафинов пропиточным способом включает следующие стадии: приготовление пропиточного раствора; пропитка алюмооксидного носителя; сушка катализатора; активация катализатора.

Образцы катализаторов готовили следующим образом. Для достижения концентрации в катализаторе Сг2О3=13,0 % мас. и К2О=2,0 % мас. применяли пропиточный раствор Н2СrО4+КOH. В качестве алюмооксидного носителя для катализатора использовали носитель марки MITALOX-TA. Нанесение раствора солей осуществляли в течение 30 минут, после чего катализатор перемешивали 1,5 часа. Сушку катализаторных прекурсов осуществляли по двум различным схемам:

1.  «традиционным образом» — на песчаной бане в течение 2 часов при температуре 120 °С (далее такие образцы катализатора назовем традиционным катализатором);

2.  в СВЧ-установке при мощности излучения 900 Вт в течение 3 минут (далее — высушенные в СВЧ-поле). Термическую активацию катализаторов проводили при различных температурах и длительности в муфельной печи с регулируемым нагревом.

Стабильность катализаторов в зависимости от температуры и времени термической обработки представлены на рисунках 1 и 2. Как видно, содержание хрома наивысшей валентности уменьшается с увеличением длительности и температуры прокалки. Это обусловлено восстановлением Cr6+ до Cr3+ и снижением удельной поверхности, причиной которого является трансформация тонких пор преимущественно в мезопоры при увеличении температуры [5, с. 407]. Это обуславливает блокировку части активного хрома между частицами оксида алюминия, что делает их недоступными для дальнейших реакций.

 

Рисунок 1. Зависимость стабильности катализаторов от температуры прокаливания

(1 — традиционный катализатор, 2 — высушенный в СВЧ-поле)

а — 4 часа; б — 5 часов; в — 6 часов.

 

Рисунок 2. Зависимость стабильности катализаторов от длительности прокаливания

(1 — традиционный катализатор, 2 — высушенный в СВЧ-поле)

а — 600 °С; б — 660 °С; в — 700 °С.

 

В интервале температур 500—600 °С содержание Cr6+ резко уменьшается в связи с происходящими реакциями восстановления Cr(VI) до Cr(III). При этом в традиционном катализаторе остаточное содержание шестивалентного хрома при данных температурах несколько выше, чем в катализаторе, полученном сушкой в СВЧ-поле. Наибольшая разница содержания высоковалентного хрома наблюдается при наименьшем времени прокаливания — 4 часа. Однако с увеличением времени и температуры активации традиционный катализатор начинает резко терять активный хром. Это связано с уменьшением удельной поверхности катализатора, причиной чего является трансформация тонких пор преимущественно в мезопоры при увеличении температуры прокаливания [1, с. 123]. В результате часть активного хрома оказывается между частицами оксида алюминия, что делает их недоступными для дальнейших реакций.  

При температуре 660 °С и времени прокаливания 5 часов оба катализатора обладают наиболее близким содержанием активного хрома. При дальнейшем увеличении температуры до 700 °С сушеный в СВЧ-поле катализатор начинает  проявлять более стабильные свойства.

Термическая стабильность катализаторов также была проверена использованием экспресс-методики путем прокаливания при температуре 800 °С в течение 4 часов. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты экспресс-методики по определению стабильности катализаторов


Образец катализатора


Содержание Cr6+, % масс.


Потери Cr6+ после прокалки, %


Исходное


После прокалки

800 °С 4 час.


Традиционный


5,38


3,41


36,62


Высушеный в СВЧ-поле


4,7


3,51


25,32

 

Как видно из результатов экспресс-методики по определению стабильности катализаторов, высушенный в СВЧ-поле алюмохромовый катализатор на 11 % стабильнее катализатора, приготовленного по традиционной технологии.

Таким образом, использование микроволнового излучения на стадии сушки прекурсора позволяет повысить термическую стабильность катализатора. Повышение стабильности катализатора, высушенного в СВЧ-поле, при высоких температурах и длительной прокалки, вероятно, обусловлено стабилизацией параметров пористой структуры носителя под действием СВЧ-излучения и частичной стабилизацией активных центров еще на стадии сушки катализатора. В результате чего при дальнейшей термической обработке катализатор отличается лучшей стабильностью.

 

Список литературы:

1.            Казанский Б.А. Научные основы подбора и производства катализаторов / под ред. Б.А. Казанского. — Новосибирск: Изд-во СО АН СССР, 1964. — 312 с.

2.            Каримов О.Х. Модифицирование алюмооксидного носителя для катализатора дегидрирования легких углеводородов под действием СВЧ-поля/ Каримов О.Х., Даминев Р.Р., Касьянова Л.З., Каримов Э.Х. // Башкирский химический журнал. — 2012. — Т. 19, № 4. — с. 7—9

3.            Колесников И.М. Катализ и производство катализаторов. — М.: Изд-во «Техника», ТУМА ГРУПП, 2004. — 400 с.

4.            Ламберов А.А., Гильманов Х.Х. Модернизация катализаторов и технологии синтеза изопрена на ОАО «Нижнекамскнефтехим». — Казань: Казан. ун-т, 2012. — 404 с.

5.            Bhasin M.M. Dehydrogenation and oxydehydrogenation of paraffins to olefins / M.M. Bhasin, J.H. McCain, B.V. Vora, T. Imai, P.R. Pujado // Appl. Catalysis A: General. — 2001. V. 221. — P. 397—419.