Сегодня в качестве катализатора для получения ВАЦ из ацетилена в реакторах с фонтанирующим слоем используют ацетат цинка, нанесенный на дробленные природные активные угли марок АРД, АРД-У в России и С-76 за рубежом. Все они сохраняют свойства и недостатки, присущие обычным активированным углям: имеют высокую зольность, отличаются несбалансированным соотношением объемов микро- и мезопор, что определяет как относительно низкий уровень активности катализатора, так и протекание его достаточно быстрой дезактивации. Кроме того, при использовании реактора с фонтанирующим слоем невысокая прочность носителя и неправильная форма частиц приводят к быстрому истиранию катализатора и уносу его из реактора. Значительное повышение производительности процесса синтеза ВАЦ может быть обеспечено при переходе к цинкацетатным катализаторам, полученным с использованием в качестве носителя нанопористых углеродных микросфер, отличающихся высокой прочностью, низкой прочностью при истирании и оптимальной пористой структурой.
Для решения этих задач необходима разработка технологий для производства ассортимента микросферических нанопористых углеродных материалов (МНУМ), отличающихся гранулометрическим составом, текстурными характеристиками, механическими свойствами, природой исходного сырья и их применения для получения катализатора синтеза винилацетата.
Целью данной работы является создание отечественной технологической базы по получению микросферических нанопористых углеродных носителей и функционально активных композиционных материалов на их основе для обеспечения:
- птицеводческой отрасли аграрно-промышленного комплекса страны новым ветеринарным препаратом «Бетулин в углеродной микросфере»;
- процессов производства винилацетата из ацетилена и уксусной кислоты в фонтанирующем слое новым катализатором «Ацетат цинка в углеродной микросфере».
На первом этапе проведения данной работы необходимо было решить следующие задачи:
- провести анализ научно-технической информации и патентные исследования по способам получения цинкацетатных катализаторов, нанесенных на углеродные носители;
- провести исследования физико-химических свойств экспериментальных образцов МНУМ-1, МНУМ-2, МНУМ-2С.
1 Анализ научно-технической информации
1.1 Особенности промышленного процесса синтеза винилацетата из ацетилена и уксусной кислоты
Проблеме парофазного каталитического синтеза ВА посвящено большое число работ [1-9]. Процесс проводят в присутствии ацетата цинка на активированном угле при температурах 170-230 °С, мольных отношениях ацетилен : уксусная кислота от 2 : 1 до 10 : 1 и давлениях, близких к атмосферному. Частичная или полная замена ацетата цинка ацетатом кадмия позволяет увеличить активность катализатора [10-12]. Важным фактором, влияющим на выход ВА и увеличение срока службы катализатора имеет выбор носителя [13]. На промышленном цинкацетатном катализаторе, нанесенном на активированный уголь, в условиях 3-4-кратного избытка ацетилена и конверсии уксусной кислоты 50-70 % селективность по ацетилену составляет 95-99%, по уксусной кислоте 50-70 %. Побочными продуктами этой реакции являются в основном ацетальдегид, ацетон и кротоновый альдегид. Скорость реакции на свежем катализаторе в области температур промышленного синтеза удовлетворительно описывается уравнением первого порядка по ацетилену, энергия активации составляет 72,5 кДж/моль. Константа скорости реакции при малых концентрациях ацетата цинка пропорциональна его содержанию, а с повышением перестает зависеть и даже несколько уменьшается. Верхняя граница линейной зависимости (критическое содержание ацетата цинка – Скр ) возрастает с увеличением доли микропор носителя и может достигать 40 мас. % [6]. В условиях промышленного процесса скорость реакции прямо пропорциональна концентрации ацетилена и либо не зависит от концентрации уксусной кислоты, либо слабо тормозится последней. Аналогичные закономерности выполняются и на кадмийацетатном катализаторе [5]. В промышленном синтезе винилацетата применяются как трубчатые реакторы, так и реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора. Преимуществом последнего является удобство выгрузки катализатора, что существенно важно, поскольку срок его службы измеряется десятками суток. Недостатком процесса является относительно быстрая дезактивация катализатора, средний срок службы катализатора в псевдоожиженном слое составляет примерно 60 суток [14], а в неподвижном в зависимости от условий проведения процесса 80 – 120 [6]. Для поддержания активности на требуемом уровне температуру постепенно повышают от 160°С до 240°С, после чего катализатор заменяют.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.