УСТАНОВКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ФЛЮИДНОГО ЭКСТРАКЦИОННОГО ПРОЦЕССА РЕГЕНИРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..4
1. КАТАЛИЗ И МЕТОДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ……………….7
1.1 Катализ и катализаторы…………………………………………………..……..7
1.2 Гидрирование непредельных углеводородов на палладиевом катализаторе………………………………………………………………….…13
1.3 Традиционные методы регенерации катализаторов…………………………21
1.3.1 Регенерация катализаторов риформинга…………………………………..24
1.3.2 Регенерация катализаторов гидроочистки………………………………....28
1.3.3 Регенерация катализаторов селективного гидрирования диеновых углеводовородов в пиробензине…………………………………………....31
1.4 Анализ методов, включая возможность сверхкритических технологий, в задаче регенерации катализаторов с точки зрения удовлетворения требованиям энерго- и ресурсосбережения, а также решения
экологических проблем………………………………………………………...33
2. СВЕРХКРИТИЧЕСКИЕ ФЛЮИДНЫЕ СРЕДЫ И ИХ СВОЙСТВА………..35
2.1 Природа флюидного сверхкритического состояния…………………………36
2.2 Растворимость веществ в сверхкритических флюидных средах……………37
2.3 Экспериментальные методы исследования растворимости…………………40
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ………………………………………..…...44
3.1 Экспериментальное устройство для осуществления процесса регенерации катализаторов методом СКФЭ с использованием сверхкритического диоксида углерода………………………………………………………………………………44
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СК-СО2 ЭКСТРАКЦИОННОГО ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ ПАЛЛАДИЕВОГО КАТАЛИЗАТОРА………...52
4.1 Кинетика регенерации палладиевого катализатора с использованием
СК-СО2 экстракционного процесса…………………………………………...52
4.2 Подбор эффективного сорастворителя………………………………………..53
4.3 Кинетика регенерации палладиевого катализатора с использованием сверхкритического флюидного СО2-экстракционного процесса с участием полярного сорастворителя…...…………………………55
4.4 Результаты анализа характеристик отработанного и регенерированных образцов катализатора………………………………………………………….56
4.5 Каталитическая активность палладиевого катализатора………………….…59
ВЫВОДЫ……………………………………………………………………..…….68
5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ………………………………....69
5.1.Характеристика объекта……………………………………………………….69
5.2 Производственная санитария………………………………………………….71
5.3 Технические мероприятия, обуславливающие безопасность ведения процесса……………………………………………………………………………..76
5.4 Электробезопасность…………………………………………………………..83
5.5 Пожарная профилактика и средства тушения пожара…………..……….…84
5.6 Охрана окружающей среды…………………………………………………..85
5.7 Основные мероприятия по предупреждению к ликвидации чрезвычайных ситуаций в мирное время…………………………………………………………..85
6. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДА СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ФЛЮИДНОЙ ЭКСТРАКЦИИ ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ………………………………………………………………..86
6.1 Расчет затрат на эксплуатацию и установки по регенерации катализаторов методом СКФЭ…………………………………………………………………….87
6.2 Расчет срока окупаемости установки по регенерации гетерогенных катализаторов методом СКФЭ…………………………………………………….88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………….…………..…………………..91 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………...……………………………………….93

Весь текст будет доступен после покупки

Сверхкритические флюидные (СКФ) технологии, основанные на использовании рабочих сред в суб- и сверхкритическом флюидном состояниях, в настоящем являются одним из перспективных инновационных научно-технологических направлений. Сверхкритические флюиды, одновременно сочетая в себе достоинства газообразного и жидкого состояний рабочих сред, существенным образом интенсифицируют процессы тепло- и массопереноса. В частности, сверхкритические флюидные среды обладают самыми низкими значениями кинематической вязкости (? = ?/p), которые на 1-2 порядка уступают значениям, характерным для жидких органических растворителей. Присутствие кинематической вязкости в знаменателях чисел Грасгофа и Рейнольдса указывает на существенное увеличение интенсивности свободного и вынужденного движения в СКФ средах. Диффузионность (бинарная диффузия, самодиффузия) сверхкритических флюидных сред на 1-2 порядка превышает аналогичный показатель для тех же жидких органических растворителей. В случае сверхкритических флюидных сред отсутствуют граница раздела фаз, поверхностное натяжение, а, соответственно, и капиллярный эффект, что в совокупности определяет их высокую проникающую способность в пористые структуры и значимые перспективы, в том числе, в рамках задач синтеза и регенерации гетерогенных катализаторов. Результативность этого подхода уже неоднократно подтверждена не только многочисленными исследованиями, но и промышленными реализациями.
Ключевой проблемой обсуждаемого инновационного процесса является растворимость дезактивирующих катализатор соединений в СКФ средах соответствующей химической природы. К трем главным факторам, определяющим растворимость вещества в том или ином растворителе, относятся: природа растворяемого вещества и растворителя, их агрегатные состояния и термодинамические условия. Две противоположным образом действующие тенденции определяют характер изменения растворимости вещества в сверхкритическом флюидном растворителе. С одной стороны рост температуры ведет к увеличению давления насыщенных паров растворяемого вещества и, как следствие, его концентрация в фазе растворителя увеличивается. Стало быть, увеличивается и растворимость. С другой стороны увеличение температуры (при Р = соnst) ведет к снижению плотности СКФ растворителя. А это уже определяет снижение растворяющей способности сверхкритической флюидной среды или растворимости вещества в сверхкритическом флюиде.

Весь текст будет доступен после покупки

1. КАТАЛИЗ И МЕТОДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ

1.1 Катализ и катализаторы
Первое применение термина катализ отмечено за шведским химиком Берцелиусом в 1835 г. для описания рассматриваемых им явлений. До настоящего времени определению катализа придается различный смысл. Катализ заключается в изменении скорости химической реакции в присутствии вещества, называемого катализатором, которое многократно вступает в промежуточное взаимодействие с участниками реакции [1].
Отличительной особенностью катализа является сохранение катализатором своего состава и количества в результате промежуточных химических взаимодействий с реагирующими веществами. Возможность определенного количества катализатора превращать исходные вещества в продукты реакции не связана стехиометрическими соотношениями. Примечательно, что для превращения внушительного количества реагентов требуется относительно малое количество катализатора.
Увеличение скорости химических реакций осуществляется подбором оптимальных параметров процесса. Повышение температуры ведения процесса замедляет экзотермическую реакцию, однако имеет противоположный эффект для эндотермической, что связано со смещением равновесия системы [2].
Положительным называют катализ, при котором скорость реакции возрастает, отрицательным (ингибированием) - при котором она убывает. Примером положительного катализа может служить процесс окисления аммиака на платине при получении азотной кислоты. Примером отрицательного - снижение скорости коррозии при введении в жидкость, в которой эксплуатируется металл, нитрита натрия, хромата и дихромата калия.
Взаимодействие реагента с катализатором приводит к появлению активного комплекса с малой энергией (рисунок 1.1). Присутствие катализатора в составе промежуточных соединений сменяется его отсутствием в продуктах реакции. По окончанию реакции химический состав катализатора восстанавливается. Несмотря на значительное увеличение реакционного пути, наблюдается эффект повышения скорости реакции в присутствии катализатора.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Ткачев, С.М. Технология переработки нефти и газа. Процессы глубокой переработки нефти и нефтяных фракций: Учеб.-метод.комплекс в 2-х ч., ч.1 Курс лекций. – Новополоцк: ПГУ, 2006. – 345 с.
2. Леонтьева, А.И. Общая химическая технология / А.И. Леонтьева, К.В. Брянкин. - Учеб. пособие. Ч. 1. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. – 108 с.
3. Потехин, В.М. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки: Учебник для вузов. – СПб: ХИМИЗДАТ, 2005. – 912 с.
4. Андерсон, Дж. Структура металлических катализаторов / Дж. Андерсон ; пер. Э. Э. Рачковского. Под. ред. Г.К. Бореского. – М. : «Мир», 1978. – 241 с.
5. Панченков, Г.М. Химическая кинетика и катализ / Г.М. Панченков, В.П. Лебедев. – 3-е изд. испр. и доп. – М.: Химия, 1985. – 592 с.
6. Закарина H.A. Высокодисперсные металлические катализаторы / H.A. Закарина, Г.Д. Закумбаева - Алма-Ата: Наука. - 1987. – 168 с.
7. Farias D. He-diffraction studies of hydrogen adsorption on Pd(311) / D. Farias [et al.] // Surface Science - 1996. - V 155. - P. 52-354.
8. Еременко, Н.К. Палладиевые катализаторы на оксидных матрицах для гидрирования нитробензола / Н.К. Еременко, И.И. Образцова и др. Ползуновский Вестник №3, 2014. - С. 91 – 95.
9. Бусыгин В.М. Проблемы и перспективы эксплуатации катализаторов в ОАО «Нижнекамскнефтехим». Сообщение 1. Катализаторы производства этилена, пропилена, мономеров и продуктов на их основе / В.М. Бусыгин [и др.] // Катализ в промышленности. - 2005. - № 3. - С. 33-37.
10. Wynblatt P. and Gdostein N.A. (1973). Scr. Metall. 7, 969.
11. Flynn P.C. and Wanke S.E. (1974). J. Catal. 34, 390.
12. Haldeman R.C. and Botty M.C. (1959). J. Phys. Chem. 63, 489. P.1.
13. Акимов, В.М. // Изв. АН ССР: Отд. хим. наук. – 1961. - №8. - С.1516-1518.
14. Ботников, В.М. Химия и технология топлив и масел. – 1975. - №8. – С. 7-10.

Весь текст будет доступен после покупки