научная статья по теме ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОКАТАЛИЗАТОРОВ В КРЕКИНГЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОКАТАЛИЗАТОРОВ В КРЕКИНГЕ»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

НАН0КАТАЛИЗАТ0Р0В В КРЕКИНГЕ

Аль Саеди БАССАМ ШАРИФ ДЕНЕФ

(Ирак), магистрант

Саратовский государственный технический университет

Н.В. ГОРШКОВ,

аспирант

Саратовский государственный технический университет

chemistry@sstu.ru

В нефтепереработке всегда актуальным направлением является повышение эффективности основных процессов производства компонентов высокооктановых и высокоцитановых автомобильных топлив, а также их соответствие современным экологическим нормам.

USE OF NANOCATALISTS IN OIL REFINERY

AL-SAEDI Dl BASSAM SHAREEF DENEEF, N. GORSHKOV, Saratov State Technical University

Modern tendencies of development nanotechnologies allow to predict growth of elaborations of nanopowders metals for petrochemistry catalysts.

Keywords: catalyst, cracking, nanoscale powders

В техническом регламенте «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» от 27 февраля 2008 г. определены основные требования к качеству автомобильных бензинов, выпускаемых на предприятиях РФ (табл.) [1].

Сейчас российская нефтепереработка отстает от зарубежной по уровню инновационных технологий на 10-15 лет, что объясняет низкую глубину переработки нефти - 73%, вто время какв Канаде-96,3%, США-95,7%, Германии - 87,8% [2].

Современное состояние рынка нефтепродуктов стимулирует тенденции к развитию нефтепереработки - цены на сырье падают быстрее, чем на продукты перерабатывающей отрасли.

В нефтеперерабатывающей промышленности для получения ряда важнейших нефтепродуктов и повышения их качества широко применяют химические процессы. Ряд этих процессов проходит в присутствии катализаторов. Основные химические процессы, которые используются при переработке нефти: каталитический риформинг, каталитический крекинг, изомеризация, алкилирование, гидроочистка, гидрокрекинг, коксование, пиролиз, полимеризация.

Каталитический крекинг является наиболее освоенным в нефтеперерабатывающей промышленности России процессом глубокой переработки нефти. Основными базовыми компонентами высокооктановых товарных автомобильных бензинов являются бензины каталитического реформинга и каталитического крекинга. С развитием процесса каталитического крекинга доля последних в бензиновом фонде предприятий увеличивается.

Каталитический крекинг основан на применении алюмосиликатных катализаторов. Алюмосиликатные катализаторы являются высокодисперсными веществами с удельной поверхностью до 600 м2/г. Естественные алюмосиликаты (глины) на сегодняшний день не применяются, их еще в середине прошлого столетия заменили синтетические катализаторы. Их получают взаимодействием растворов жидкого стекла Ыа,0-ЗЗЮ, и сульфата алюминия А12(304)3. При смешении растворов образуется гидрозоль алюмосиликата натрия Ма20-А1203-213Ю2, который

затем переходит в форму гидрогеля. При этом в исходный раствор сульфата алюминия добавляют серную кислоту, что позволяет регулировать рН смеси и, соответственно, скорость коагуляции [3].

На большинстве современных установок применяют микросферический катализатор: размер основной массы частиц - от 0,2 до 1,5 нм. Сферическая форма способствует меньшему истиранию катализатора и снижает эрозию аппаратов реакторного блока, где циркулирует катализатор.

В системе А1203-8Ю2 имеется ряд алюмосиликатных структур. Наиболее известные: силлиманит, андалузит, кианит, муллит. В каталитической активности известны их полиэдры [АЮ4], [ЭЮ.] - тетраэдры, [АЮ6] - октаэдр, [АЮ5] - тригональная бипирамида. Синтез катализаторов позволяет путем подбора рецептуры и технологического режима их изготовления получать катализаторы с заранее заданными свойствами [4].

Промышленные катализаторы крекинга обладают рядом свойств:

• активность, которая способна сохраняться достаточно продолжительное время при эксплуатации установки;

• селективность - способность давать максимальный выход бензина (или другого продукта);

• термическая стабильность: при регенерации катализатор подвергается высоким температурам (выше 670°С [3]);

• механическая прочность;

• стойкость к отравлению сернистыми, азотистыми и металлоорганическими соединениями, содержащимися в сырье.

По удельной поверхности катализатора нельзя сделать вывод о его активности. Эта активность определяется наличием на поверхности катализатора активных кислотных центров, в состав которых входят атомы алюминия. С повышением кислотности активность катализатора возрастает. Соответствие кислотных свойств катализатора и его активности подтверждается, в частности, тем, что при нанесении на катализатор щелочных металлов или азотистых оснований его активность падает. Наиболее типичные аморфные синтетические катализаторы содержат от 13 до 25% оксида алюминия. Повышенное содержание оксида алюминия увеличивает активность катализатора и де-

технологии

Ж

лает его менее чувствительным к высокой температуре и водяному пару.

Природные цеолиты - это минералы, представляющие собой водные растворы алюмосиликатов кальция, натрия и других металлов. Так, в минерале морденит содержатся Са, А1 и 81. Цеолитам присущи кристаллическая структура и однородность разм ров входных пор. Внутренняя структура цеолитов характеризуется наличием больших полостей, сообщающихся между собой относительно малыми «окнами». При удалении влаги из Цеолитов эти полости образуют большую внутреннюю поверхность [2].

Чистые цеолиты дороги и чрезмерно активны, поэтому практикуется введение 3 - 15% цеолита в аморфный алюмосиликат в процессе приготовления катализатора. Для обесп чения оптимальных условий работы кристаллический цеолитовый компонент распределяют в виде тонко диспергированных кристаллов (менее 10 мкм) в алюмосиликатной матрице. Вещество матрицы окружает кристаллы цеолита, изолируя их друг от друга и способствуя отводу тепла от менее термически стабильных ц олитов. Однако алюмосиликатная матрица не является инертной, и был обнаружен синергетический эффект матрицы, т. е. повышенные стабильность и активность цеолитсодержа-щего катализатора по сравнению с чистым цеолитом.

Создание и изучение свойств новых катализаторов нефтепереработки

- сложный и дорогостоящий процесс, требующий соответствующих поставленным целям наработок и квалифицированных сотрудников [6].

Ряд работ современных ученых направлен на модификацию катализаторов наноразмерными порошками металлов [7].

Все более широкое применение в процессах нефтепереработки и нефтехимии находят катализаторы, приготовленные на основе цеолитов семейства пентасила, что обусловлено сочетанием в них уникальных молеку-лярно-ситовых и физико-химических свойств. Поэтому большой интерес вызывают исследования, направленные на повышение эффективности каталитического действия цеолитов в реакциях превращения углеводородов путем их модифицирования различными металлами, промотирующий эффект которых усиливается при использовании материалов, имеющих размеры частиц всего несколько десятков нанометров [5].

Медь, наряду с платиной, палладием, железом, никелем, кобальтом и цинком, является хорошим дегидрирующим агентом. Поэтому медь применяется в качестве промотирующей добавки к катализаторам процессов нефтепереработки. При модифицировании катализаторов наноразмерным порошком меди ее высокая дисперсность должна способствовать возрастанию вклада поверхностных состояний, концентрации дефектов, энергонасыщенности [8].

Табл. Требования к характеристикам автомобильного бензина

Характеристики автомобильного бензина Нормы в отношении

класса 2 класса 3 класса 4 класса 5

Содержание серы, не более, мг/кг 500 150 50 10

Содержание бензола, не более, % об. 5 1 1 1

Концентрация, не более, мг/дм.:

железа Отсутствие

марганца Отсутствие

свинца Отсутствие

Содержание кислорода, не более, % мае. 2,7 2,7 2,7

Содержание углеводородов, не более, % об.:

ароматических - 42 35 35

олефиновых - 18 18 18

Октановое число:

по ИМ 92 95 95 95

по ММ 83 85 85 85

Давление паров, не более, кПа:

в летний период - 45-80 45-80 45-80

в зимний период - 50-100 50-100 50-100

Содержание оксигенатов, не более, % об.:

метанола Отсутствие

этанола - 5 5 5

изопрапонола - 10 10 10

третбутанола - 7 7 7

изубутанола - 10 10 10

эфиров, содержащих 5 и более атомов углерода в молекуле - 15 15 15

других оксигенатов (с температурой к. к. невыше210°С) - 10 10 10

Современные тенденции развития нанотехнологий позволяют прогнозировать рост разработок модифицирующих нанопорошков металлов для катализаторов нефтехимии.

Литература

1. Бабаева И.А., Пресняков В.В., Бабынин A.A., Бабаев М.И., Калимул-лин А.К., Мовсумзаде Э.М. Промышленный опыт повышения качества углеводородов, входящих в состав нестабильного бензина каталитического крекинга//Нефтепереработка и нефтехимия. 2008. №6. С. 10- 13.

2. Сырьевые проблемы российской нефтехимии // The Chemical Journal-

2007. №4. С. 34-35.

3. Смидович И.В. Технология переработки нефти и газа. Ч. 2-я. Крекинг нефтяного сырья и переработка угле-вородных газов; 3-е изд., пер. и доп. М.: Химия, 1980. 328 с.

4. Плотникова Е.П., Балашов Р.Д., Аксенов A.B. Синтез алюмосиликатно-го катализатора. Кинетические параметры // Химия, инженерная химия и биотехнология: Международная научная конференция. Россия, г.Томск. 11 -16 сентября 2006 г. С. 480 - 481.

5. Восмерикова Л.М., Седой B.C., Восмериков A.B. Ароматизация низших алканов в присутствии наночастиц циркония, нанесенных на цеолитную матрицу // Нефтепереработка и нефтехимия. 2007 №4. С. 20 - 23.

6. Пармон В.Н., Носков A.C. Инновационный потенциал отечественных катализаторов и каталитических процессов в нефтепереработке, нефтехимии и теплоэнергетике // Бурение и нефть.

2008. №5. С. 8-10.

7. Восмериков A.B. Наноразмерные порошки металлов и их применение в катализе // Нанотехника. 2008. №1. С. 27 - 32.

8. Величкина Л.М, Восмериков А.В., Ермаков А.Е. Облагораживание пря-могонной бензиновой фракции нефти на Cu-содержащих цеолитах / Химия, инженерная химия и биотехнология: Международная научная конференция. Россия, г. Томск. 11-16 сентября 2006 г. С

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»