Основы гетерогенного катализа и производства катализаторов: Курс лекций для студентов специальности "Химическая технология органических веществ и топлив", страница 8

3-  относительно большой объем реагента и среды

Реактор идеального смешения

Емкость с эффективным перемешиванием, за один эксперимент кинетическая кривая.

Проточный реактор

32

Реактор идеального вытеснения

Безградиентные реакторы

Дифференциальные реакторы, малая степень превращения, параметры Системы в пределах каталитического слоя мало изменяются.

Безградиентный реактор с внешней рециркуляцией

33

Безградиентный реактор с корзинкой, содержащей зерна катализатора.

Реактор с единичным зерном катализатора

1 – единичное зерно катализатора с термопарой, помещенное в поток реагентов

2 – термопара, регистрирующая температуру потока

Метод позволяет сравнивать различные катализаторы при их минимальном количестве.

Импульсный реактор

Колонку хроматографа заполняют катализатором и при заданной температуре в поток газа – носителя вводят небольшое количество реагента в виде импульса. Продукты каталитической реакции анализируют при выходе из колонки обычными методами.

Газо – жидкостный  реактор

В жидкую реакционную смесь вносят катализатор и перемешивают с газом – восстановителем, например водородом или другим газообразным реагентом. Скорость реакции определяют по поглощению газа.

34

Лекция №8

Каталитический крекинг

Цель:  бензиновая фракция

Сырье:  газойль

Катализатор:  алюмосиликаты и цеолиты в кислотной форме.

Условия: 500 – 510 0С,  давление 0.1- 0.5 МПа, время реакции  5 секунд и менее.

Оборудование: реактор кипящего слоя или лифт – реактор.

Химия каталитического крекинга

Каталитический крекинг – результат кислотного катализа на цеолитах, которые эффективнее алюмосиликатов примерно в 250 раз.

Причины:

1. Концентрация активных центров выше в 50 раз.

2. Более высокая поверхностная концентрация реагента, примерно в 50 раз.

3.  Высокие напряженности электростатических полей в полости цеолита

Применяют:  Фожазит и Морденит.

Цеолит после синтеза подвергают деалюминированию путем промывки 0.1 Н раствором щелочи, термостабильность возрастает до 6000С.

Активация путем обработки паром или аммиаком дает ультрастабильный цеолит (до 10000С).

35

 Введение РЗЭ приводит к широкому распределению силы кислотных центров, до Н0  ≤  -12.8

Крекинг –  происходит всегда по β - связи по отношению к карбокатиону (см. стр.9).

Крекинг эндотермичен

Реакция неравновесна, при 5000С    сырье → кокс +  Н2

1.  СnН2n+2         →     С mН2m    +     С pН2p+2

2.  СnН2n            →     С mН2m    +     С pН2p

3.  ArСnН2n+1     →    ArH       +      С nН2n

4.  СnН2n            →     С 6Н12    +     С pН2p+2

5.  циклизация олефинов (см. стр.11)

6.  изомеризация олефинов после их превращения в карбокатионы.

7.  нафтен   +   олефин     →     ароматика    +    алкан

8.  Перекрекинг    →  СН4  +  олефины     +     Н2

9.  Перекрекинг    →  СН4  +  Н2

10.  Перекрекинг  →  С  +  Н2

11. Олефины крекируются примерно в 100 раз быстрее алканов.

12. Катализ на цеолитах эффективен при  переносе водорода с нафтенов на олефины, поэтому в продуктах крекинга мало олефинов.

13. Размер окон в полости и размер каналов в цеолитах  приводят к высокому выходу бензиновой фракции.

36

Технологические решения

Схема потоков

1. Трубчатая печь

2.  Регенератор

3.  Реактор кипящего слоя, 5100С ,  0.24 МПа, время контакта – 5 сек.

4.  Ректификационная колонна

5.  Циклон

37

Реактор крекинга в восходящем потоке, лифт – реактор

1.  Лифт – реактор

2.  Стриппинг – колонна

3.  Регенератор

4.  Циклон

5.  Катализатор – от 3 до 25 % цеолита в матрице из аморфного алюмосиликата с размером частиц 20 – 60 мкм.

6.  Регенерация путем выжигания кокса в кипящем слое.

38

Лекция №9

Каталитическая   гидрообработка   при переработке нефти.

Цель:     удаление серы, азота, металлов, гидрирование.

Сырье:  нефть и ее фракции.

Катализатор: окислы никеля, кобальта, молибдена, вольфрама на окиси алюминия, силикагеле и других носителях.

Условия:  300 – 4500С,  давление водорода до 20.0 МПа.

Оборудование:  реактор с неподвижным слоем катализатора.

Варианты гидрообработки:

1.    Гидрообработка нефти для удаления серы, азота, металлов споследующим риформингом.

2.     Удаление серы из любых топлив повышает стабильность, цетановое число, максимальную высоту  некоптящего  пламени