Введение к работе
Актуальность работы
Развитие химических тсхнолоіий постоянно нуждается в новых решениях и подходах для повышения эффективности каталитических процессов, являющихся основой значительной доли производств во всех отраслях, связанных с химическими превраіцениями. Существенное повышение эффективности таких процессов может быть достигнуго не только традиционным путем подбора и оптимизации катализаторов и каталитических реакторов, но и применением принципиально новых подходов к проведению химических реакций, которые могут революционно изменить современный уровень технологий. Примером может служить воздействия на реакционную систему физическими методами, в частности сверхвысокочастотным (СВЧ) полем (или микроволновым излучением). Метод является весьма перспективными благодаря следующим его особенностям:
- первичным механизмом воздействия на реагирующую систему является не
термический нагрев, что не исключает протекания качественно иных процессов
(физических и химических) при одинаковом составе и исходном состоянии
реагирующей системы;
- возможна избирательная активация отдельных компонентов системы, например -
отдельных участков (компонентов) катализатора и изменение селективности,
поскольку, в отличие от обычного термического нагрева, СВЧ поле не одинаково
взаимодействует с различными веществами;
- СВЧ полем может существенно повышаться энергетическая эффективность
процесса за счет избирательного нагрева катализатора
Несмотря на многочисленность публикаций по воздействию СВЧ поля на каталитические процессы, однозначного мнения о природе наблюдаемых эффектов пока не существует. Это связанно с ограниченностью методов от situ, применимых в условиях СВЧ активации. Открытыми остаются также вопросы адекватного сравнения результатов экспериментов при СВЧ и термической активации. Все это сдерживает развитие данной области исследований.
В связи с этим поиск и исследование каталитических систем и процессов, при воздействии на которые СВЧ полем происходят те или иные изменения в структуре катализатора, в кинетике процесса и/или распределении продуктов по сравнению с
термической активацией, представляет несомненный научный и практический интерес.
Цель работы состояла в изучении воздействия СВЧ активации in situ на гетерогенные газофазные каталитические процессы, выяснении физико-химических механизмов влияния микроволнового излучения на их протекание. В соответствии с этой общей целью были поставлены и успешно решены следующие конкретные задачи:
1. Изучение механизма СВЧ-активации сложных V-содержащих оксидных
катализаторов в условиях реакции окислительного дегидрирования (ОД) этана;
2. Разработка подхода к энергосберегающим технологиям очистки газов от следовых
примесей летучих органических веществ (ЛОВ) в циклическом адсорбцонно-
каталитическом процессе.
Научная новизна
1. Для проведения гетерогенных процессов впервые применена маломощная
резонаторная СВЧ система, работающая на частотах 3.4-3.8 ГГц. Наличие таких
элементов как ваттметры и оптоволоконный датчик температуры позволяет надежно
контролировать такие важные параметры эксперимента как подаваемая и отраженная
мощности СВЧ поля и температура в слое катализатора, что в свою очередь
обеспечивает воспроизводимость экспериментальных данных.
2. Исследование смешанных V-Mo-оксидных системы показало, что при воздействии
на них микроволнового излучения возможно достижение их метастабильного
состояния, не реализуемого при термическом нагреве; протекание каталитического
процесса окислительного дегидрирования (ОД) этана на таких системах различно R
условиях термической и СВЧ активации.
3. Впервые разработан комбинированный адсорбционно-каталитический процесс
удаления примесей ЛОВ из воздуха, определены основные характеристики,
определяющие его эффективность (природа сорбента и катализатора, мощность
излучения, скорость потока газовой смеси)
Практическая значимость
1. Создана установка для разработки и оптимизации процессов, в которых
используется СВЧ активация гетерогенных систем.
-
Определен круг окислительных превращений низших углеводородов, в которых СВЧ активация может привести к повышению эффективности.
-
На примере удаления следов метанола из воздуха показана энергетическая эффективность и возможность оптимизации газоочистки с СВЧ активацией.
Апробация работы
Результаты работы доложены на следующих научных встречах: Конференция «Исследование и разработка нано-структурированцых катализаторов в Европе: Настоящее и будущее» (Севилья, Испания, 2006 г.), XII Конференция североевропейских стран по катализу «Нордик» (Трондхейм, Норвегия, 2006 г.), Школа-конференция молодых ученых по нефтехимии (Звенигород, 2006 г.), III Международная конференция «Катализ: Теория и практика» (Новосибирск, 2007 г.), XX Совещание северо-американского каталитического общества (Хьюстон, США, 2007 г.), ХХХХ Международная цеолитная конференция (Пекин, Китай, 2007 г.), VIII Европейский конгресс по катализу (Турку, Финляндия, 2007 г.), XIII Конференция североевропейских стран по катализу «Нордик» (Ґетеборг, Швеция, 2008), V Конференции по экологическому катализу (Белфаст, Северная Ирландия, 2008)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, из них 2 статьи в научных журналах и 11 тезисов докладов на научных конференциях.
Объем и структура диссертации
