Введение к работе
з
Актуальность темы
Квалифицированное использование в химических процессах компонентов попутных нефтяных газов — одна из основных задач нефте- и газохимии. Разработка современных технологий переработки алкановых фракций природного и попутного нефтяного газа как непосредственно на местах добычи в условиях транспортных ограничений, так и на крупных нефте- и газоперерабатывающих предприятиях весьма актуальна. В частности, одним из перспективных направлений использования углеводородов Сг—Сз является их превращение в бензол в процессе каталитической дегидроциклизации (ароматизации). Кроме того, новые каталитические системы позволят усовершенствовать технологии рациональной утилизации низкомолекулярных углеводородов, которые в значительных количествах образуются в процессах глубокой переработки нефти.
В настоящее время в России проблема квалифицированного использования низкомолекулярных углеводородов, решена не в полной мере. Так, суммарный объем сжигаемых попутных нефтяных газов составляет около 15 млрд. м3 в год, нефтезаводских газов — 6,5 млн. тонн. Объем выбрасываемого в атмосферу или сжигаемого природного газа при добыче и транспорте исчисляется миллиардами куб. метров в год. Химическая переработка составляет всего 5—7 %. Таким образом, очевидна необходимость создания малоотходных экологически чистых процессов превращения газообразного углеводородного сырья в промышленно важные химические продукты.
Цель работы
Цель диссертации — систематическое изучение факторов, влияющих на активность катализаторов процессов ароматизации пропана и алкилирова-ния бензола пропиленом. Особое внимание уделялось связи каталитической активности соединений с их строением. Основные этапы работы включали:
модифицирование высокомодульных пентасилсодержащих катализаторов НЦВМ-30 галлием различными способами;
изучение активности Ga-содержащих каталитических систем в реакции ароматизации пропана;
сопоставление каталитических свойств Ga-содержащих пентасилов с акцепторной способностью ансамблей тетраэдров в их составе;
формулирование обобщенного механизма реакции ароматизации пропана на основе теории катализа полиэдрами;
построение моделей молекул органохлорсиланов и исследование их структурных и энергетических характеристик квантово-химическими методами;
анализ активности каталитических комплексов пропилена с органо-хлорсиланами;
сопоставление каталитических свойств органохлорсиланов с акцепторной способностью тетраэдров SiXi в их составе.
Научная новизна
Установлены основные закономерности каталитического действия Ga-содержащих пентасилов в реакции ароматизации пропана, приготовленных разными способами. На основании расчетных данных, полученных методом ММ2, объяснена высокая ароматизирующая способность Ga-пентасилов.
Впервые объяснена активность катализаторов ароматизации пропана с точки зрения теории катализа полиэдрами на основе обобщенного кванто-во-химического принципа в качестве критерия, определяющего возможность и глубину протекания каталитического процесса.
Путем квантово-химического моделирования рассмотрены особенности образования каталитических комплексов пропилена с органохлорси-ланами. Выявлено, что наиболее активными являются комплексы этил-и метилтрихлорсиланов.
Установлено, что каталитическая активность органохлорсиланов напрямую зависит от их акцепторной способности. Таким образом, показано, что каталитическая активность соединений в процессах каталитических превращений низкомолекулярных углеводородов может быть предсказана на основании результатов квантово-химических расчетов.
Практическая ценность работы
Получены данные, которые могут быть использованы на предприятиях топливно-энергетического комплекса для оптимизации состава катализаторов процесса ароматизации легких углеводородных газов. Апробированные в работе методы квантово-химической теории легли в основу методики подбора катализаторов к реакциям и реакций к катализаторам, изложенной в учебно-методическом пособии РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина (2007).
Апробация работы и публикации
Основные результаты работы докладывались на 60-й Юбилейной Межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ 2006» (Москва, 2006); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России 2007» (Москва, 2007); Восьмой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, 2009); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России 2010» (Москва, 2010).
По материалам диссертации опубликовано девять работ, в том числе три — в изданиях, входящих в перечень ВАК.
Объем и структура работы
