Введение к работе
Актуальность работы определяется необходимостью рационального использования природного газа путем вовлечения его в процессы получения продуктов и полупродуктов нефтехимического синтеза Одним из перспективных путей прямой переработки природного газа является окислительная димеризация метана (ОДМ) с получением этилена Предложено множество катализаторов, проявляющих активность в ОДМ, однако сохраняют актуальность вопросы, связанные с созданием технологичных, селективных и стабильных катализаторов ОДМ, способных функционировать в условиях проведения процесса на пилотных и опытных установках
Наряду с изучением окислительной димеризации метана представляет научный интерес исследование возможности одностадийных окислительных превращений толуола, диметилового эфира (ДМЭ) и ацетонитрила субстратов, содержащих метальный фрагмент, которые можно рассматривать в качестве производных метана Димеризация этих молекул позволила бы упростить получение таких ценных продуктов нефтехимии, как стильбен, сукцинонитрил, диметиловый эфир этиленгликоля
Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им И М Губкина и Техническом университете г Делфт, Нидерланды, при поддержке грантов подпрограммы «Топливо и энергетика» НТП "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" Минобразования РФ, грантов РФФИ 01-03-32508, 04-03-08127, 07-03-00536, 07-03-12039, МАС 2002г, МАС 2003г, программы «Фундаментальные проблемы энергетики» Президиума РАН (проект 7ПЗ), Гранта Президента Российской Федерации № НШ-4959 2006 03 для поддержки ведущих научных школ Российской Федерации (научная школа академика РАН ИИ Моисеева) и Гранта Президента Российской Федерации для студентов и аспирантов для обучения за рубежом на 2005/2006 гг
Целью данной работы являлась разработка эффективных катализаторов окислительных превращений метана и его производных, преимущественно в
продукты димеризации, поиск путей повышения эффективности процесса ОДМ
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи
Синтез и исследование в окислительных превращениях метана катализаторов на основе оксидов РЗЭ нанесенных на носители, включенных в мезопористую матрицу или инкапсулированных в мембранный материал
Оценка влияния факторов тепломассообмена на эффективность процесса ОДМ в автотермических условиях, определение кинетических констант процесса ОДМ, изучение влияния добавок диоксида углерода на протекание ОДМ
Оценка способности катализатора ОДМ вести окислительные превращения других субстратов, содержащих метальный фрагмент
Научная новизна работы определяется следующими результатами исследований, которые выносятся на защиту
Впервые синтезированы и исследованы в качестве катализаторов реакции ОДМ мезопористые аморфные лантан-церий-силикатные оксидные системы Установлена способность указанных систем к селективному превращению смеси СН4/О2 в этилен и этан
Выполнена комплексная оценка влияния факторов тепломассообмена на протекание в автотермических условиях процесса ОДМ, катализируемого La-Ce/MgO(nepHicna3), определены кинетические константы процесса Показано, что замена части подаваемого в реактор кислорода на диоксид углерода повышает селективность лантан-цериевого катализатора
Установлено влияние природы субстратов, содержащих метильный фрагмент, на их реакционную способность в присутствии катализатора La-Ce/MgO Обнаружена способность катализатора La-Ce/MgO вести окислительное метилирование ацетонитрила в акрилонитрил и пропионитрил
Практическая значимость работы заключается в разработке эффективных катализаторов процесса получения этилена из метана на основе лантан-цериевой смеси Определены условия эффективного функционирования катализаторов в автотермическом режиме Найденные кинетические константы процесса ОДМ в сочетании с данными по оценке влияния факторов тепломассообмена на эффективность работы катализатора, составляют основу для создания
промышленных катализаторов ОДМ и осуществления дизайна реакторного блока при проектировании промышленного реактора
Апробация работы Основные результаты работы были представлены на VI и VII Российских конференциях «Механизмы каталитических реакций» (С международным участием, Москва, 2002 г, Санкт-Петербург, 2006г), первой и второй российских конференциях "Актуальные проблемы нефтехимии" (Москва, 2001 г, Уфа, 2005г), 2 международной конференции «Высокоорганизованные каталитические системы» (Москва, 2004г), семинаре РФФИ «Пути коммерциализации фундаментальных исследований в химии для Российской промышленности» (Казань 2003г), 58 Межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и Газ - 2004» (Москва), школе-конференции молодых ученых по нефтехимии (Звенигород 2004г), электронных конференциях по подпрограмме "Топливо и энергетика" научно-технической программы "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники Министерства образования и науки РФ (Москва 2002, 2004гг), пятой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России "Новые технологии в газовой промышленности" (Москва 2003г.), научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций "Молодежная наука — нефтегазовому комплексу" (Москва 2004г), 6 и 7 научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" (Москва 2005, 2007 г г), Международной конференции по химической технологии ХТ07 (Москва, 2007г) и др
Публикации По материалам диссертации опубликовано 34 научных работы, включая 13 статей и 21 тезис докладов на российских и международных конференциях
Объем и структура работы Диссертация изложена на ^_ стр текста, включая ^таблиц, -{L рисунков, и состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы, включающего / наименований В главе 1 изложен краткий литературный обзор по исследованиям процесса ОДМ в присутствии различных катализаторов Глава 2 включает описание методов синтеза катализаторов и методик экспериментов В главе 3 проводится сопоставление
