Введение к работе
Актуальность работы
Каталитические методы лежат в основе технологии нефтепереработки, нефтехимического и органического синтеза, полимеризации и др. Вещества, используемые как носители при синтезе катализаторов (оксиды и гидратированные оксиды металлов, цеолиты), широко применяются в качестве эффективных неорганических сорбентов. С их помощью осуществляется разделение близких по свойствам элементов, их концентрирование, выделение из сложных смесей индивидуальных компонентов, очистка от примесей газов и производственных растворов и т.д.
Эффективность технологических процессов, протекающих с участием катализаторов, зависит от гидродинамических условий в аппарате, давления, температуры и в очень большой степени определяется структурными характеристиками самого катализатора. Поэтому исследования объемных свойств, текстуры и поверхности катализаторов с целью оценки их активности, а также синтеза новых эффективных образцов является важной технической задачей.
Существующие в настоящее время методы исследования и контроля параметров катализаторов являются длительными и трудоемкими. Поэтому разработка новых экспрессных методов имеет большое практическое значение. Для этих целей может быть использована лазерно-индуцированная люминесценция образцов, отличающаяся высочайшей чувствительностью, вплоть до детектирования отдельных атомов.
Цель работы
Научное обоснование и разработка метода кот-роля структурных свойств, содержания нанесенных металлов и активности катализаторов в процессе их синтеза и эксплуатации на основе люминесцентных характеристик. Доя достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- исследовать люминесцентные свойства цеолитных носителей и катализаторов при
лазерном возбуждении;
получить адекватные регрессионные зависимости, диагностирующие степень кристалличности, время кристаллизации и концентрацию нанесенных металлов на носителе по величине иіггенсивности люминесценции;
выявить механизмы передачи энергии возбуждения в образцах на основе сравнительного анализа спектров люминесценции, инициированных фото- и рентгеновским излучением;
разработать программный комплекс для моделирования кинетики люминесценции с современным пользовательским интерфейсом ' в среде программирования Delphi, позволяющий проанализировать процессы преобразования энергии в люминесцирующих средах при лазерном возбуждении.
Научная новизна
1. Установлена связь между каталитической активностью, содержанием кристаллической фазы, конценграцией металла, нанесенного на носитель и
интенсивностью люминесценции, которая положена в основу лазерно-люм инесценгного метода контроля и диагностики свойств катализаторов.
Получены регрессионные модели, позволяющие определять содержание палладия и платины по интенсивности люминесценции в процессе производства и эксплуатации катализаторов, используемых в нефтепереработке и нефтехимии.
Впервые получены люминесцентные характеристики цеолитов типа НЦВМ-14, модифицированных введением катионов щелочноземельных металлов во взаимосвязи с активностью в реакции диспропорционирования этилбензола, селективностью по продуктам диспропорционирования: бензол и диэтилбензол.
Выявлено существенное различие механизмов преобразования энергии в кристаллах Со - содержащих катализаторов и оксидных носителей при фото- и рентгенолюминесценции. Спектр фотолюминесценции обусловлен центрами свечения, в структуру которых входит ион кислорода, ассоциированный с дефектами решетки, в то время как в спектрах рентгенолюминесценции наблюдается преимущественно экситонное свечение.
Определены кинетические закономерности люминесценции с учетом влияния различных процессов преобразования энергии в люминесцирующих средах.
Практическая значимость
Лазерно-люминесценгный метод позволяет осуществлять экспресс-контроль активности алюмоплатинового каталшатора в процессах изомеризации бензиновых фракций, крекинга, алкилирования и др. с использованием микроскопических масс анализируемого образна, до 10"3 -104 г.
С помощью метода можно производить экспресс-контроль степени кристалличности, концентрации нанесенного на носитель металла (Pd, Pt) на различных стадиях производства катализаторов.
Разработанный лазерно-люминесцентный метод может быть применен для идентификации нефтепродуктов и природных углеводородных соединений в пробах воды, почвы и других носителей, что позволяет использовать его для экологического мониторинга нефтепродуктов в сточных водах. Новый метод позволяет резко повысить порог чувствительности по сравнению с существующим люм инесце нгно -б итум инолог ичес ким анализ ом.
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы приняты к использованию на Ангарском заводе катализаторов и органического синтеза (АЗК и ОС). С помощью разработанного лазерно-люминесценгного метода выполнены анализы степени кристалличности на различных стадиях производства катализатора и определено содержание платины и палладия в готовом продукте.
Лабораторная установка, программное обеспечение для моделирования кинетики люминесценции с современным пользовательским интерфейсом в среде программирования Delphi используются в учебном процессе Ангарской государственной технической академии на кафедре автоматизации технологических процессов.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технической конференции ОАО АНХК «Актуальные вопросы нефтепереработки и нефтехимии» (2003, г. Ангарск); на Всероссийской школе-семинаре "Люминесценция и лазерная физика" (ЛЛФ-2004, г. Иркутск); на международных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» «ММТТ-16» (2003, г. Ростов-на-Дону), «ММГГ-17» (2004, г. Кострома) и «ММТТ-19» (2006, г. Воронеж); на ГХ международной конференции «Физико-химические процессы в неорганических материалах» (2004, г. Кемерово); на конференции РФФИ "Фундаментальная наука в интересах развития критических технологий" (2005, г. Владимир); на международной конференции "Спектроскопия вакуумного ультрафиолета и взаимодействие излучения с конденсированной материей" (2005, г. Иркутск); на научных конференциях Ангарской государственной технической академии «Современные технологии и научно-технический прогресс» (2002-2006 г.г.)
Публикации
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 6 статей, из них 2 в центральных журналах и 8 тезисов.
Структура и объем работы
