Катализаторы на углеродных носителях для гидродехлорирования хлорорганических соединений и прямого окислительного разложения сероводорода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.07, кандидат технических наук Карасева, Мария Сергеевна

• Карасева, Мария Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Карасева, Мария Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

1 Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ НОСИТЕЛЕЙ КАТАЛИЗАТОРОВ

1.1 Общие сведения о производстве катализаторов.

1.2 Типы катализаторов, основные требования к качеству.

1.3 Носители гетерогенных катализаторов.

1.3.1 Углеродные носители катализаторов.

1.4 Технологии получения УН и катализаторов на их основе

1.4.1 Технологии получения УН и катализаторов на их основе

1.4.2 Новые разработки в области получения углеродных носителей. з

1.4.3 Методы получения катализаторов на УН.

1.4.4 Области применения катализаторов на УН.

Выводы к главе 1.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2 Глава 2. ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ.

2.1 Методы оценки качества сырья и продуктов его переработки

2.2 Аппаратура и методики эксперимента.

2.3 Характеристика исходного сырья.

2.4 Получение дробленых и гранулированных УН.

2.4.1 Получение дробленых носителей.

2.4.2 Получение гранулированных носителей

2.4.3 Модифицирование углеродных носителей.

2.5 Исследование свойств углеродных носителей.

2.6 Обсуждение результатов.

3 Глава 3. ПОЛУЧЕНИЕ КАТАЛИЗАТОРОВ НА УН.

3.1 Методики приготовления катализаторов.

3.2 Исследование полученных катализаторов на УН.

3.2.1 Исследование методом рентгеноструктурного анализа

3.2.2 Исследование методом мессбауэровской спектроскопии

3.3 Обсуждение результатов.

4 Глава 4. КАТАЛИЗАТОРЫ НА УН В РАЗЛОЖЕНИИ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

4.1 Состояние проблемы и способы её решения.

4.1.1 Методы дехлорирования хлорорганических соединений

4.1.2 Каталитическое гидродехлорирование.

4.2 Катализаторы на УН в гидродехлорировании ХОС.

4.2.1 Парофазное гидродехлорирование хлорбензола.

4.2.2 Гидродехлорирование дихлорбензола в многофазных условиях

4.3 Обсуждение результатов.

5 Глава 5. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ СЕРОВОДОРОДА

5.1 Состояние проблемы.

5.2 Испытания катализаторов на УН в процессе разложения H2S

5.3 Наработка и исследования опытной партии катализатора

5.4 Экономическая оценка производства катализатора на УН

5.4.1 Расчет себестоимости производства катализатора.

5.4.2 Экономическая эффективность производства.

5.5 Обсуждение результатов.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Катализаторы на углеродных носителях для гидродехлорирования хлорорганических соединений и прямого окислительного разложения сероводорода»

Углеродные носители (УН) обладают рядом преимуществ перед оксидными, минеральными и синтетическими, а именно: устойчивостью в агрессивных средах, способностью к регенерации без значительной потери активности (адсорбционной ёмкости) и к утилизации с извлечением ценных компонентов, возможностью широкого варьирования параметров микро- и мезопористой структуры, количественного и качественного состава минеральной части, формы и размера гранул (частиц). УН могут быть получены из доступного природного сырья - ископаемых углей, торфа, древесины, углеродсодержащих отходов.

Благодаря наличию в УН наноразмерных микро- и мезопор становится возможным создание катализаторов, представляющих собой высокодисперсные кластеры металла, стабилизированные в нанопористом объеме устойчивых к агрессивным средам УН. Это решает проблему реализации ряда важных процессов, в которых использование традиционных минеральных носителей невозможно или неэффективно. К таким процессам относятся каталитическое гидродехлорирование (ГДХ), которое является перспективным способом переработки промышленных хлорсодержащих отходов, и прямое каталитическое разложение сероводорода, решающее важную экологическую проблему нейтрализации токсичных выбросов на производствах, связанных с добычей, потреблением и переработкой природных энергоносителей.

Создание нанопористых УН и синтез на их основе эффективных и селективных катализаторов разложения токсичных соединений является актуальной научно-практической задачей, недостаточная разработанность которой послужила основанием для данного исследования.

Работа выполнена в соответствии с ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы», раздел «Экология и рациональное природопользование».

Цель работы: получение из различного углеродсодержащего сырья УН с широким спектром свойств и исследование влияния физико-химических, структурных характеристик и минеральной части УН на активность и селективность катализаторов на их основе в процессах ГДХ хлорорганических соединений и прямого окислительного разложения сероводорода.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- комплексная оценка качественных показателей сырья для получения различных видов УН;

- выбор технологических схем получения, наработка и исследование УН;

- разработка способов получения, наработка и исследование катализаторов на УН;

- испытания катализаторов на УН в реакциях парофазного и многофазного ГДХ хлорбензолов и прямого окислительного разложения сероводорода.

- наработка и апробация опытной партии катализатора на УН.

Научная новизна;

- установлены закономерности образования микро-, мезо- и макропор в зависимости от природы сырья и способа формирования гранул, позволяющие направленно регулировать пористую структуру в процессе получения УН;

- впервые исследован метод получения катализатора на УН воздействием СВЧ-излучения, при этом установлено, что скорость нагрева и эффективность формирования катализатора напрямую зависят от объема макропор УН;

- методом мессбауэровской спектроскопии установлено, что термообработка МВИ при получении катализаторов способствует формированию в объеме микро- и мезопор УН высокодисперсных частиц магнетита с размером менее 3-4 нм;

- выявлено, что введение промоторов железа и магния в Pd-катализатор на УН повышает его активность и селективность в процессе ГДХ;

- установлено положительное влияние минеральной части УН на активность Fe-катализатора в разложении H2S вследствие того, что природное железо носителя служит центром образования каталитически активных нанокластеров оксида Fe. Практическая ценность:

- разработаны способы получения дробленых и гранулированных УН из различного углеродсодержащего сырья для синтеза на их основе катализаторов разложения токсичных соединений; подана заявка на способ получения гранулированных носителей;

- разработаны Pd-Fe-Mg-катализаторы на УН с высокой эффективностью в процес-сах ГДХ и разложения H2S; подана заявка на способ получения катализаторов;

- наработана опытная партия катализатора на высокозольном сферическом УН, обеспечивающего исчерпывающую адсорбционно-каталитическую очистку газов от H2S до остаточного содержания ниже ПДК.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: конф. России и стран СНГ "Перспективы развития углехимии и химии углеродных материалов в XXI веке", Звенигород, 2005; II Рос. конф. "Актуальные проблемы нефтехимии", Уфа, 2005; IV Международ, конф. "Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология", Москва, 2005; II Международном симпозиуме «Углерод в катализе», С.- Петербург, 2006; V Всерос. конф. по химии кластеров и полиядерных комплексов «Кластеры - 2006» (с международ, участием), Астрахань, 2006; Международ, конф. «Перспективы развития химической переработки горючих ископаемых», С.-Петербург, 2006; Конф. молодых ученых по нефтехимии, Звенигород, 2006; Всерос. конф. «Современные подходы к проблемам физикохимии и катализа», Новосибирск. 2007.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 научных статей, из них 5 в журналах, рекомендуемых ВАК и 9 тезисов докладов.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и 4 приложений, изложена на 166 стр. машинописного текста, включает 29 рисунков, 36 таблиц и список использованных источников из 215 наименований.