Гидроалкилирование бензола ацетоном на бифункциональных катализаторах

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛомоносоваИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗАимени А.В. Топчиева РАНна правах рукописиШуткина Ольга ВикторовнаГидроалкилирование бензола ацетономна бифункциональных катализаторах02.00.15 – кинетика и катализ02.00.13 – нефтехимияДиссертацияна соискание ученой степеникандидата химических наукНаучные руководители:д.х.н., проф. Иванова И.И.к.х.н., доц. Пономарева О.А.Москва – 20142СОДЕРЖАНИЕ1 Введение..............................................................................................................................52 Литературный обзор ...........................................................................................................82.1 Гидроалкилирование бензола ацетоном .....................................................................82.1.1 Катализаторы одностадийного процесса получения кумола из бензола иацетона ...........................................................................................................................82.1.2 Влияние каталитических условий на одностадийный процесс получениякумола из бензола и ацетона.........................................................................................92.2 Гидрирование ацетона до изопропанола ..................................................................

142.2.1 Катализаторы гидрирования ацетона ................................................................ 142.2.1.1 Катализаторы на основе металлов VII и VIII группы Периодическойсистемы элементов Д.И. Менделеева..................................................................... 152.2.1.2 Цеолитные катализаторы ............................................................................

212.2.1.3 Катализаторы, в состав которых входит медь............................................ 222.2.2 Влияние каталитических условий на проведение процесса гидрированияацетона ......................................................................................................................... 262.2.2.1 Влияние температуры..................................................................................

262.2.2.2 Влияние времени контакта сырья с катализатором .................................. 272.3 Алкилирование бензола изопропанолом .................................................................. 302.3.1 Катализ на молекулярных ситах ........................................................................ 302.3.1.1 Влияние структурного типа молекулярного сита ...................................... 302.3.1.2 Влияние отношения Si/Al............................................................................

332.3.1.3 Влияние температуры.................................................................................. 342.3.1.4 Влияние времени контакта.......................................................................... 362.3.1.5 Влияние соотношения реагентов ................................................................ 372.3.1.6 Механизм реакции на цеолитных катализаторах....................................... 382.3.2 Другие каталитические системы........................................................................ 393 Экспериментальная часть................................................................................................. 413.1 Исходные материалы и реагенты.............................................................................. 413.2 Приготовление катализаторов................................................................................... 423.2.1 Приготовление гидрирующих компонентов катализатора...............................

4233.2.1.1 Получение платино- и рутенийсодержащих образцов .............................. 423.2.1.2 Получение никельсодержащих образцов ................................................... 423.2.1.3 Получение медьсодержащих образцов....................................................... 423.2.1.4 Получение биметаллических медьсодержащих образцов ......................... 423.2.1.5 Синтез хромита меди.................................................................................. 433.2.2 Получение алкилирующего компонента катализатора..................................... 433.2.3 Приготовление бифункционального катализатора. Способы взаимногорасположения гидрирующего и алкилирующего компонентов................................ 443.2.3.1Катализаторспослойнымрасположениемгидрирующегоиалкилирующего компонентов................................................................................. 443.2.3.2 Катализатор, полученный механическим смешением гидрирующего иалкилирующего компонентов.................................................................................

443.2.3.3 Катализатор, в котором гидрирующий металл введен методом ионногообмена ...................................................................................................................... 443.3 Характеристика катализаторов ................................................................................. 453.3.1 Химический анализ.............................................................................................

453.3.2 Низкотемпературная адсорбция азота ............................................................... 453.3.3 Сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия.......................... 453.3.4 Термогравиметрический и дифференциально-термический анализ ................ 463.3.5 Термопрограммированная десорбция аммиака (ТПД NH3).............................. 463.3.5.1 ТПД NH3 цеолитов ...................................................................................... 463.3.5.2 ТПД NH3 хромита меди............................................................................... 463.3.6 Термопрограммированное восстановление водородом (ТПВ H2)....................

473.3.7 Рентгенофазовый анализ .................................................................................... 473.4 Каталитические эксперименты ................................................................................. 483.4.1 Каталитическая установка.................................................................................. 483.4.2 Проведение каталитического эксперимента ..................................................... 493.4.3 Хроматографический анализ продуктов ...........................................................

503.4.4 Обработка экспериментальных данных ............................................................ 504 Обсуждение результатов .................................................................................................. 534.1 Выбор гидрирующего компонента катализатора..................................................... 5344.1.1 Физико-химические свойства катализаторов гидририрования ацетона наоснове различных металлов ........................................................................................ 534.1.2 Гидрирование ацетона в присутствии бензола на металлсодержащихкатализаторах............................................................................................................... 594.1.3 Выбор металла-модификатора катализатора гидрирования ацетона............... 604.1.4 Влияние типа подложки на гидрирование ацетона...........................................

644.1.5 Влияние содержания меди на гидрирование ацетона....................................... 684.2 Кинетическое изучение реакции гидроалкилирования бензола ацетоном ............ 734.2.1 Идентификация основных продуктов реакции ................................................. 734.2.2 Кинетический анализ.......................................................................................... 744.3 Влияние способа взаимного расположения гидрирующего и алкилирующегокомпонентов бифункционального катализаторана гидроалкилирование бензолаацетоном........................................................................................................................... 814.3.1 Физико-химические свойства бифункциональных систем...............................

824.3.2Каталитическиесвойствабифункциональныхсистемсразличнымрасположением гидрирующего и алкилирующего компонентов ............................. 854.4 Выбор алкилирующего компонента катализатора................................................... 884.4.1 Физико-химические свойства алкилирующего компонента катализатора ......

884.4.2 Гидроалкилирование бензола ацетоном на бифункциональных катализаторах...................................................................................................................................... 914.5 Выбор каталитических условий проведения процесса гидроалкилированиябензола ацетоном............................................................................................................. 954.5.1 Влияние температуры......................................................................................... 954.5.2.

Влияние давления .............................................................................................. 984.5.3 Влияние состава реакционной смеси................................................................. 994.6 Сравнение с литературными данными ................................................................... 1015 Основные результаты и выводы.....................................................................................

1026 Список сокращений ........................................................................................................ 1047 Список литературы ......................................................................................................... 10551 ВВЕДЕНИЕАктуальность работыВ настоящее время в нефтехимической промышленности кумол (изопропилбензол)получают алкилированием бензола пропиленом на катализаторах Фриделя-Крафтса,нанесенной на кизельгур фосфорной кислоте и цеолитах.