Введение к работе
Актуальность проблемы. Метан является основным компонентом природного газа. Разработка каталитических способов превращения метала в ценные углеводородные продукты позволит использовать природный газ в качестве альтернативного нефти источника сырья, что является ватагой и актуальной задачей. Решение этой проблемы позволит также увеличить эффективность существующих процессов нефте- и углепереработки за счет.вовлечения в производственный цикл побочных продуктов. Перспективным способом переработки метана является новый процесс его окислительной конденсации з С2-угле~ водороды. Для целеналравлешюго поиска эффективных катализаторов этого процесса необходимо изучение механизма реакции, представления о котором в присутствии оксидных катализаторов, несмотря на многочисленные исследования, довольно противоречивы. Поэтому детальное изучение закономерностей образования продуктов окислительного превращения метана, выявление маршрутов превращения в продукты конденсации и глубокого окисления и установление общей схемы превращения метана, а также исследование влияния модифицирующих добавок на активность и селективность оксидных катализаторов является актуальным.
Целью работы являлось исследование основных закономерностей окислительной конденсации метана в присутствии катализаторов на основе щелочяо-земельных оксидов,'изучение влияния состава высокотемпературной алюмомагниевой системы и модифицированных щелочной добавкой'МдО иСаО на каталитические свойства систем и общую схему превращения метана.
Работа выполнялась в Институте-химии и химической технологии СО АН СССР в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института по теме: "Исследование процессов каталитической активации низших парафинов и серосодержащих соединений" ( В государственной регистрации 0I86IC4403 ).
Научная новизна. В работе впервые проведено детальное исследование каталитических свойств алюмомагниевой системы в окислительном превращении метана. Показано, что изменение, содержания фази MgO в образце и температуры прокаливания катализатора приводит к изменению схемы превращения метана.
Установлено, что на'активность и селективность катализаторов алшомагниевой системы существенное влияние оказывают цент-
ры локализации примесных ионов Fe'"' . Увеличение кристалличности алюмоыагниевых катализаторов к связанное с этим снижение содержания ионов Те , имеющих неупорядоченное окружение, приводит к падению активности в реакции глубокого окисления метана.
Проведено-детальное исследование влияния концентраций щелочной добавки в широком интервале на каталитические свойства MgO и СаО. Впервые показано, что каталитические свойства JVa/CaO и li/MgO образцов в области малых концентраций щелочной добавки существенно отличаются от высококонцентрированных, что связано о формированием различающихся по природе активных центров. Ус» таювлено, что высокая активность и селективность катализаторов с большим содержанием промотора обусловлена поверхностныш соединениями щелочного компонента; в области малых концентраций промотора активность катализаторов определяется концентрацией дефектов структуры щелочно-земельного оксида. Предложена общая схема окислительного превращения метана, включаючая стадию активации метана атомарным кислородом.
Практическая ценность работы. Установленные закономерности окислительной конденсации метана в присутствии алюыомагниевых систем и модифицированных щелочно-земельных оксидов и выдвинутые предсталения о,природе активных частиц позволяют вести целенаправленный поиск катализаторов парциального превращения метана. Закономерности, установленные на алшомагниевых катализаторах, позволяют предложить способ осуществления процесса в автотермическом режиме за счет компенсации теплового аффекта в реакции паровой конверсии метана.
Личный вклад автора. Автором были приготовлены и охарактеризованы промоторованше щелочной добавкой МоО и СаО катализаторы, исследованы свойства использованных в работе оксидных систем в окислительной димеризации метана, проведены расчеты, анализ и обработка полученных экспериментальных д?шшх.
Защищаемые положения;
-
Изменение схемы окислительного превращения метана при изменении содержания фазы МоО в алюмомагниевых катализаторах и температуры их прокаливания.
-
Влияниэ центров локализации примесных ионов Те на каталитические свойства алюмомагниевых образцов в окислительной димеризации метана.
-
Влияние конценрации щелочной добавки на активность и селективность образцов МоО и СаО, обусловленное формированием различающихся по природе активных центров.
-
Общая схема окислительного превращения метана в присутствии катализаторов на основе МоО и СаО, включающая стадию активации метана атомарным кислородом.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на I Всесоюзном совещании "Химический синтез на основе одноугле-роднгос молєїсул" (Москва,1984), Бсесоганой конференции по кинетике гетерогешю-каталитических реакций ( Ярославль,1987), Всесоюзной конференции "Химические синтезы на основе одноуглеродных молекул" (Москва,1987), Семинаре молодых ученых МНТК "Катализатор" (Новосибирск,1987), 3 Советско-индийском семинаре по катализу (Баку,1988), I Европейском семинаре "Конверсия метана" (Бо-хум,ФРГ,1988), 2 Международном симпозиуме по технологии катализаторов и каталитических процессов (Щецин,ПНР,1989).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 21 таблицу, 23 рисунка и библиографию из 174 наименований.
