Метод получение этилена при конверсии этанола

Этилен является важнам сырьем в нефтехимической промышленности. Этилен получают в основном паровым крекингом нефти или из природного газа. Из-за высокой стоимости и высоком энергетическом потребления метод каталитического превращения этанола в этилен применяется только в нескольких странах таких как Бразилия и Индия. В настоящее время, в связи с нехваткой природных ресурсов и энергии, а также в связи с высокой ценой на сырую нефть, каталитическая дегидратация этанола (особенно биоэтанола) в этилен становится более рентабельным (конкурентно способна) и многообещающем путем.

  Для каталитических реакций, создание эффективного катализатора является фундаментальным и важным этапом. Многие каталитические системы были уже изучены для процесса превращения этанола в этилен. В основном это чистый или модифицированный оксид аюминия, цеолиты, титаносиликаты, оксиды магния, кобальта, хрома, фосфит циркония, серебряная соль фосфорновольфрамовой кислоты и др. Dopants for alumina based

catalysts that have been studied are mostly transition metals. Phillips Oi Co. сообщили о применении γ-Al₂O₃ оксида алюминия обработанного KOH и ZnO/ γ-Al₂O₃ катализаторов в процессе дегидратации спиртов в соответствующие олефины. Катализатор Syndol основанный на MgO–Al₂O₃/SiO₂ разработанный Halson SD был применен коммерчески. El-Katatny и соавторы разработали  FeO_x/ γ-Al₂O₃ катализаторы, но конверсия и селективность этанола были, соответственно, только 60% и 68% при температуре 250^оС. Doheim и соавторы разработали алюмомарганцевый оксидный катализатор, допированный оксидом натрия Na₂O-doped Mn₂O₃/Al₂O₃, на котором достигается 97% конверсия этанола и низкая объемная скорость(low space velocity). Обычно в промышленности применяются трубчатые реакторы с неподвижным слоем (tube-array fixed bed reactors) с низким, постоянной объемной скоростью (0,3-0,6ч^-1), и относительно высокой температурой реакции (350-450^оС), что приводит к большому потреблению энергии и относительно низкому коэффициенту использования производственных мощностей(equipment capacity). В процессе дегидратации этанола происходят две основные реакции:

C2H5OH=C 2H4 + H2O + 44.9 kJ/mol (1)

2C2H5OH = C2H5OC2H5 + H2O – 25.1kJ/mol (2)

Главная и побочная реакции являются экзо и эндотермическими соответственно. При невысоких температурах в большей степени происходит образование диэтилового эфира. Увеличение производительности реактора и сохранение изотермичности процесса, являются ключевыми проблемами для достижения высокой эффективности в процессе дегидратации этанола.

С большим прогрессом, достигнутом в новой области микрореаторных технологий, микрореакторы были широко применены в области гетерогенных каталитических реакций, включая каталитическое гидрирование и дегидрирования, окисления аммония, горения водорода, реформинга, селективного окисления углеводородов и др. К микроканальным ректорам обычно относят миниатюрные реакционные системы, созданные по методам микротехнологий и прецизионной техники.

Приготовление катализатора TiO₂/ γ-Al₂O₃

Сначала 30 гр.γ-Al₂O₃ порошка оксида алюминия (S_БЭТ= 200м2/гр) были разбавлены при интенсивном перемешивании небольшим количеством 0,5М Na₂CO₃ в трехгорлой круглодонной колбе. Затем в нее одновременно добавили 0,19М  Ti(SO₄)₂ раствор сульфата титана и 0,5М Na₂CO₃ раствор карбоната кальция и интенсивно перемешивали магнитной мешалкой. pH раствора сохраняли в области 7-8. После этого вещество промыли, чтобы удалить ионы SO₄^-2 , отцентрифугировали, высушили при температуре 110^оС в течение 8 часов и прокалили при температуре 500^оС в течение 4 часов.

Заклчение

TiO₂/ γ-Al₂O₃ (10% macc) – дает селективность по этилену 99,4% при конверсии этанола  99,96%. Присутствие воды влияет на селективность процесса. Оптимальная концентрация этанола в смеси с водой – 30-50% масс.. Оптимальная температура прокаливании железо алюминиевого катализатора составляет 400-500 ^оС.