Введение к работе
Актуальность темы
Гидроизомеризация нормальных парафинов является одним из наиболее перспективных путей переработки нефтяных фракций в высокооктановое бензиновое топливо. В настоящее время процессы гидроизомеризации пентан-гексановой фракции ("Изомэйт", "Пенекс" и "Пентафайнинг") внедрены в промышленность. Однако для процесса гидроизомеризации гептан-октановой фракции, имеющей большое значение для повышения октанового числа бензинов, промышленного процесса не существует. Это обуславливает актуальность поиска новых эффективных катализаторов этого процесса.
К перспективным катализаторам гидроизомеризации н-алканов относятся Pt-содержащие цеолиты. Однако существенным недостатком катализаторов этого типа являются диффузионные ограничения транспорта крупных молекул в их пористой системе, приводящие к снижению селективности процесса по полиразветвленным изоалканам, имеющим наиболее высокое октановое число. Решение этой проблемы может быть найдено путем создания транспортных мезопор в цеолитных кристаллах. Поэтому в данной работе была предпринята попытка создания катализаторов на основе микро-мезопористых цеолитных материалов, сочетающих в себе высокую кислотность цеолитов и транспортные характеристики мезопористых молекулярных сит. В качестве модельного сырья для гидроизомеризации были выбраны н-гексан, н-октан и н-гексадекан. Катализаторы готовили на основе цеолитов ВЕА и MOR.
Цель работы
Цель работы заключалась в установлении основных закономерностей реакции гидроизомеризации н-алканов с различной длиной цепи на новых цеолитных катализаторах с комбинированной микро-мезопористой структурой, а также в разработке высокоэффективного катализатора гидроизомеризации н-октана, позволяющего избирательно получать полиразветвленные изомеры октана при высоких конверсиях сырья.
Научная новизна
Впервые изучены реакции гидроизомеризации н-гексана, н-октана и н-гексадекана на металлсодержащих микро-мезопористых цеолитных катализаторах, полученных путем десилилирования и рекристаллизации цеолитов. Предложен новый способ десилилирования цеолитов, основанный на использовании гидроксида тетраметиламмония в качестве реагента; показано,
что этот способ обеспечивает создание системы транспортных мезопор в кристалле цеолита при сохранении его высокой кислотности. На основе детального физико-химичекого исследования микро-мезопористых катализаторов установлена взаимосвязь между их каталитическими свойствами и структурными, текстурными и кислотными характеристиками; определены основные закономерности гидроизомеризации н-алканов на этих катализаторах. Показано, что наиболее эффективным способом модифицирования пористой системы является десилилирование в присутствии гидроксида тетраметиламмония.
Практическая значимость
Предложен эффективный газо-жидкофазный способ гидроконверсии н-октана на Pt-содержащих микро-мезопористых катализаторах в проточных условиях при повышенных давлениях. Разработан катализатор этого процесса на основе морденита, десилилированного в присутствии гидроксида тетраметиламмония, обеспечивающий селективность по полиразветвленным изомерам во фракции изооктанов 44% при конверсии сырья 86% и выходе изооктанов 55%.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены на 4-ой Международной конференции FEZA 2008 (Париж, Франция), 5-й Всероссийской цеолитной конференции (Звенигород, Россия, 2008), а также на Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006» и «Ломоносов-2007» (Москва, Россия).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы. Во введении показана актуальность разработки новых эффективных катализаторов гидроизомеризации н-алканов. В литературном обзоре, состоящем из 2-х разделов, рассмотрены основные закономерности изомеризации н-алканов, механизмы процессов, происходящих на бифункциональных Pt-содержащих катализаторах, а также методы синтеза материалов с комбинированной микро-мезопористой структурой. В экспериментальной части даны методики синтеза и модифицирования
катализаторов и описаны методы их исследования. В главе результаты и обсуждение, состоящей из 4-х разделов, представлены полученные в работе экспериментальные данные и проведен их анализ.
Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 88 рисунков и 21 таблицу. Список литературы включает 202 наименования.