Введение к работе
Актуальность работы. Современный этап развития общества характеризуется неуклонным ростом потребления моторных топлив, повышением требований к их эксплуатационным и экологическим характеристикам. На ряду с этим сокращаются мировые запасы углеводородного сырья и возникает необходимость в увеличении глубины переработки нефти.
Основные направления развития нефтеперерабатывающей отрасли установлены утвержденной Правительством Российской Федерации в 2003 году Федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика» на 2004-2010 годы, разделом «Модернизация нефтеперерабатывающей промышленности». Важнейшей задачей, стоящей перед нефтеперерабатывающей промышленностью, в связи с этим, является введение в стране европейских требований к экологическим параметрам моторных топлив, а также повышение их конкурентоспособности.
Ведущим процессом получения углеводородных компонентов высокооктановых моторных топлив остается риформинг прямогонной бензиновой фракции нефти. Развитие риформинга направлено на создание эффективных катализаторов, обеспечивающих экологически чистый и высокооктановый углеводородный состав бензина.
В связи с этим весьма актуальными являются исследования направленные на создание эффективных многокомпонентных систем и выявление физико-химических особенностей гетерогенных реакций углеводородов, протекающих на их поверхности, с образованием изо-парафинов, ароматических углеводородов и алкилциклопарафинов с высоким октановым числом.
Данная формулировка актуальности проблемы совпадает с Постановлением Президиума РАН от 1 июля 2003 г. № 233 «Основные направления фундаментальных исследований», а так же с государственной программой модернизации и реконструкции нефтеперерабатывающей отрасли на период до 2010 г. (Указ президента РФ от 07.05.2003 г. № 586) и госбюджетной темой «Каталитический синтез компонентов моторных топлив на основе низших углеводородов», № госрегистрации 01.960.005103.
В данной работе проведены исследования превращения н-гексана и фракции углеводородов (85-180С) на высококремнистых цеолитах.
Цель настоящей работы состояла в установлении взаимосвязи между составом, физико-химическими свойствами высококремнистых цеолитов и термодинамическими закономерностями реакций углеводородов, протекающих на их поверхности.
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:
1) изучена глубина превращения н-гексана и селективность реакций дегидрирования, дегидроциклизации, изомеризации и крекинга на поверхности высококремнистых цеолитов;
2) проведены расчеты термодинамических величин (энтальпии, энтропии реакции, энергии Гиббса) и оценка термодинамической вероятности протекания реакций риформинга при различных условиях проведения конверсии н-гексана;
3) проведено математическое моделирование направлений превращения н-парафинов и установлены кинетические закономерности, а также механизм превращения н-гексана на исследуемых цеолитных системах;
4) изучена роль цеолитсодержащих систем в облагораживании низкокипящей фракции углеводородов.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
- установлены термодинамические закономерности множества реакций превращения н-гексана на поверхности высококремнистых цеолитных систем;
- осуществлена систематизация основных направлений превращения н-гексана и установлен ряд активности цеолитсодержащих систем в реакциях ароматизации и изомеризации н-гексана;
- проведено математическое моделирование конверсии н-гексана на многофункциональной медноцеолитной системе Cu-ЦВМ.
Практическая значимость работы.
Полученные данные по изучению закономерностей превращения н-гексана в присутствии высокремнистых цеолитов могут служить основой создания новых многокомпонентных систем для получения ароматических углеводородов и высокооктановых компонентов моторных топлив, соответствующих современным экологическим требованиям.
Рассчитаны основные термодинамические величины, показывающие направление протекания реакций риформинга на высококремнистых цеолитах.
Разработана математическая модель, позволяющая оценивать активность используемой гетерогенной системы и прогнозировать направления превращения углеводородов в соответствии с изменениями условий протекания реакций.
Автор выносит на защиту:
результаты превращения н-гексана и легкой фракции углеводородов (85-180С) в присутствии многокомпонентных цеолитных систем типа ЦВМ, ZSM, ЦВК;
термодинамические зависимости (энтальпия, энтропия, энергия Гиббса) реакций дегидрирования н-парафинов и нафтенов, дегидроциклизации н-парафинов, изомеризации и крекинга углеводородов разных классов на цеолитсодержащих системах;
математическую модель превращения н-гексана на цеолитных системах и прогнозирование направлений химических реакций взаимодействия многокомпонентной углеводородной смеси в условиях риформинга;
установленный ряд активности цеолитсодержащих систем, отличающихся силикатным модулем, в реакциях ароматизации (ЦВК > ZSM > ЦВМ) и изомеризации (ЦВК ЦВМ > ZSM) н-гексана.
Личный вклад автора выразился в теоретическом обосновании проблемы и подходов к исследованию высокремнистых цеолитных систем, выявлению кинетических и термодинамических особенностей реакций превращения углеводородов. Систематизация и теоретическая интерпретация полученных результатов осуществлялась непосредственно автором. Работа охватывает период 2004 – 2010 гг.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 17 печатных работах, в виде 5 статей, в том числе двух статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, и 12 материалов и тезисов докладов на конференциях разного уровня.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 151 странице, содержит 24 таблицы, 26 рисунков, список использованной литературы из 170 библиографических ссылок. Диссертация состоит из введения, 5 глав и основных выводов работы.
