Введение к работе
Актуальность проблемы. Глиоксаль - один из наиболее близких по свойствам заменителей формальдегида - находит широкое применение как мономер в производстве поликонденсационных материалоо, лекар-ственных'препаратов, гетероциклических соединений, смол, клеев и а других отраслях промышленности. Мировое производство гпиоксаля составляет около 1.5 млн. тонн в год. В настоящее время производство глиокса-ля в России отсутствует, в то время как потребность в нем составляет свыше 10 тыс.тонн в год. Действовавшее в Ереване производство глиоксаля окислением ацетальдегида азотной кислотой взрывоопасно и не отвечает экологическим требованиям.
По патентным данным и немногочисленным научным публикациям (Темкин О.Н., г.Москва, Петров Л.А., г.Екатеринбург) известен метод получения глиоксаля парофазным каталитическим окислением этиленгликоля на серебряных и медных массивных и нанесенных катализаторах. Для реализации этого процесса в промышленности необходимо знание физико-химических закономерностей процесса, механизма образования глиоксаля и побочных продуктов. Анализ литературы показывает отсутствие работ по изучению механизма процесса синтеза глиоксаля, отсутствие исследований по установлению и устранению причин, приводящих к дезактивации катализаторов в этом процессе. Учитывая большую потребность в глиоксале, а также возросшие а настоящее время экологические требования к процессам органического синтеза, разработка и изучение закономерностей экологически безопасного процесса парафазного каталитического окисления этиленгликоля в глиоксаль приобретает все большую' актуальность.
Цель настоящей работы заключалась в определении физико - химических закономерностей окисления этиленгликоля в глиоксаль на массивном Си - Ад катализаторе и построении математической модели процесса.
В задачи работы входило:
изучение влияния основных параметров процесса на образование глиоксаля при окислении этиленгликоля на двухслойном медно - серебряном катализаторе;
установление кинетических закономерностей процесса углеотло-жения, сопровождающего основной процесс окисления этиленгликоля, выявление факторов, снижающих углеотложение;
с привлечением методов математического планирования эксперимента построение математической модели процесса с целью детализации совместного влияния основных параметров процесса на выход целевого продукта;
- с использованием методов температурно-лрограммировэнной десорбции и температурно-программироеанной реакции исследование характера поверхностного взаимодействия реагентов с катализатором для детализации механизма процесса.
Научная новизна работы. Впервые проведено изучение влияния основных параметров и дана количественная оценка их взаимного воздействия на показатели процесса парофаэного окисления этиленгпикопя на двухслойном медно-серебряном катализаторе. Показано, что путем целенаправленного варьирования условий проведения процесса можно изменять конверсию этиленгпикопя и выход продуктов, направлять процесс в сторону преимущественного образования глиоксаля. Впервые проведено исследование кинетических закономерностей и выведено кинетическое уравнение процесса углеотложения, сопровождающего окисление этилен-гликоля на Ад катализаторе. В результате изучения поверхностного взаимодействия реагентов с катализатором впервые показано одновременное превращение этиленгликоля в гяиоксаль по двум параллельным маршрутам: дегидрирование и окисление. Установлен маршрут образования продуктов глубокого окисления в результате диссоциативной адсорбции этиленгликоля на поверхности серебра.
Практическая ценность работы. Предложен новый двухслойный медно - серебряный катализатор синтеза глиоксаля. Определены оптимальные условия ведения процесса окисления этиленгликоля в глиоксаль. Построены адекватные математические модели по выходу глиоксаля и конверсии этиленгликоля, позволяющие целенаправленно управлять процессом. Найдены условия снижения нежелательного процесса образования продуктов углеотложения на поверхности катализатора. Разработана оригинальная . методика газохроматографического определения жидких продуктов превращения этиленгликоля в глиоксаль. Работа выполнялась о плане совместных работ с группой каталитического окисления Института Органического синтеза УрО РАН г.Екатеринбург (руководитель к.х.н. Петров Л.А.) по разработке технологии процесса синтеза глиоксаля каталитическим окислением этиленгликоля.
Работа выполнялась в соответствии с планами научных исследований Томского государственного университета по темам с номерами гос. регистрации: № 0186002442, * 015700662442; а также по программе Минвуза России" Нефте - газовые ресурсы России *, отдел" Нефте - газовые ресурсы Западной Сибири".
Апробация работы. Результаты работы докладывались на международной тнфере№?я<.(ш киши кгфга (1Э91г„ г.Томск), на 8 и 9 отраспе-
оом совещании * Итоги и перспективы развития ПОТНХК" ( 1994, 1995г., г.Томск ), на Региональной конференции 'Сибресурс-95" ( 1995г , г Кемеро во,), принят доклад на VIII Международную конференцию по адсорбции * Теориями практика адсорбционных процессов " (1996г., г.Москва).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 статьи, 6 тезисов докладов.
Основные положения, вынесенные на защиту :
особенности реализации каталитического процесса окисления этиленгликоля в глиоксаль на двухслойном Си - Ад катализаторе;
математические модели по выходу глиоксаля и конверсии этилен-гликоля, адекватно описывающие процесс синтеза глиоксаля;
закономерности углеотложения на Ад катализаторе при парциальном окислении этиленгликоля, кинетическое уравнение, описывающее уг-леотложение;
образование глиоксаля путем взаимодействия этиленгликоля с окисленной поверхностью Ад катализатора по двум параллельным маршрутам - дегидрирование и окисление;
путь образования продуктов глубокого окисления в результате диссоциативной адсорбции этиленгликоля на окисленной поверхности Ад
