Основы гетерогенного катализа и производства катализаторов: Курс лекций для студентов специальности "Химическая технология органических веществ и топлив", страница 10

43

Технологические решения

Реактор -  емкость высокого давления, внутренние слои из нержавеющей стали. Катализатор размещен в виде упорядоченного слоя на фарфоровых шариках, которые насыпаны на решетку.  Поверх слоя катализатора  - слой шариков.

Принципиальная схема

44

1,2,3 – реакторы риформинга

4 – разделительная колонна

5 -  нагрев.

Риформинг высокого давления 3.4 – 5.0 МПа.

Малый выход водорода, меньше кокса, меньше ароматики, но больше гидрокрекинг.

Риформинг низкого давления  0.85 – 2.05 МПа.

Больше ароматики, больше выход водорода, но больше кокса

HLSV  (час-1) – объемная скорость подачи жидкого сырья  -  количество объемов сырья на один объем катализатора в час.

Перед риформингом сырье всегда подвергают гидрообработке, иначе неизбежно отравление катализатора серой и элементами пятой и шестой групп, а также медью и свинцом.

Наиболее применяемые катализаторы   платино - рениевые: КР , REF которые содержат меньше платины, чем, например АП – 64, но эффективны и менее чувствительны к закоксовыванию.

Технологические принципы

1. Установку тщательно сушат, т.к. вода удаляет хлор из окиси алюминия и снижает ее кислотность.

2. Герметизируют и опрессовывают азотом, вводят водород и восстанавливают катализатор, температура последущего реактора на 200С выше, чтобы не конденсировалась влага.

3. Вводят серу в количестве 0.06 % либо применяют осерненный катализатор, чтобы выровнять активность катализатора во времени.

4. Сырье, нагретое до 370 – 4540С подают в систему и поднимают температуру по 12 – 14 градусов в час.

5. Отравление серой ликвидируют путем гидрирования катализатора при 510 – 5240С.

45

6. Отравление азотистыми соединениями, водой уменьшает содержание хлора в носителе и его кислотность. Кислотность восстанавливают, добавляя хлор в виде хлорсодержащих соединений.

7.    Регенерация катализатора осуществляется после прекращения подачи сырья и продувки системы азотом, путем медленного выжигания кокса при температуре не выше 4500С. Концентрация кислорода при этом порядка 0.5 – 1 %.

 Выводы:

1.  Повышается октановое число.

2.  Повышается выход моторных топлив из нефти.

3.  Получаются ароматические соединения для промышленности.

4.  Большое содержание  ароматики  ведет к повышенному содержанию канцерогенных  ПАУ в выхлопных газах.

Лекция №11

Получение искусственной нефти.

Реакция Фишера – Тропша.  Синтез метанола.

Цель:  смесь углеводородов.

Сырье: каменный уголь.

Катализатор:  плавленый магнетит со щелочными добавками.

Условия: синтез – газ, давление 1 – 3 МПа, температура 200 – 3500С.

Оборудование: реакторы с неподвижным слоем катализатора и реакторы с взвешенным слоем катализатора.

Каменный уголь превращают в синтез – газ в газогенераторах.

46

Синтез – газ очищают от каталитических ядов промывкой метанолом при – 550С, это Ректисол – процесс.

Истинные катализаторы:  карбид     Хэгга    Fe5C2  и  Экстрома – Адкока   Fe7C3  получаются из магнетита в  условиях реакции.

С высоким выходом, изменяя условия процесса, получены: метан или парафин.

В промежуточном варианте получена смесь углеводородов,  среднюю молекулярную массу можно регулировать, меняя условия процесса.

Смесь содержит кислородсодержащие соединения, значительное количество олефинов, а при повышенных температурах синтеза – ароматические соединения.

Синтез метанола

Цель:  Метанол.

Сырье: Синтез - газ.

Катализатор:  Медно – цинковый,  с добавками.

Условия: синтез – газ, давление 5 – 10 МПа, температура 230 – 3000С.

Оборудование: реакторы с неподвижным слоем катализатора.

СО  +  2Н→  СН3ОН                        ΔН298 = -90.84 кдж/моль

СО  +  3Н→  СН3ОН +  Н2О       ΔН298 = -49.57 кдж/моль

СО  +  Н2О  ↔  СО2      +     Н2             ΔН298 = - 41.27 кдж/моль

Побочные продукты:  высшие спирты, диметиловый эфир, альдегиды и кетоны.

47

 Реакция Будара:   2СО  →  С +  СО2     не идет ниже определенной температуры.

Тепло реакции отводят и утилизируют.

Высокоэффективные катализаторы, приеняемые при минимальных температурах и давлениях:

1.  Cu – Zn – Cr

2.  Cu – Zn – Al

3.  Cu – Zn – Mn - V

4.  Cu – Zn – Mn - Cr

5.  Cu – Zn – Mn – Al - Cr

6.  Cu – Zn – Mn - Al