Диссертация (1090867), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В главе 2 «Постановка з ачи» установлены основные цели и задачи диссертационной работы, В главе 3 «Метр ическая часть» описана методика приготовления катализатора ОХМ, методика определения содержания меди в катализаторе, описание лабораторной установки и методика проведения эксперимента, методика проведения хроматографического анализа реакционной смеси, методика определения количества НС1 и С12, методика расчета материального баланса по компонентам НС1, 02, СН4, методика и условия получения данных о состоянии катализатора физическими методами, методика расчета кинетики.
1 В главе 4 произведен подбор условий и параметров проведения процесса ОХМ, описано влияние насадки и носителя на протекание процесса ОХМ, исследовано влияние таких параметров как состав исходной смеси, температура, время контакта, содержание меди в катализаторе, давление. Глава 5 посвящена исследованию катализатора, состоящего из солей СиС12, КС1, 1.аС1з, нанесенных на пористый носитель состава -70с4 а-А120з и -ЗО',4 %02.
В этой части определен унос хлорида меди с поверхности катализатора, произведено сравнение удельной поверхности и удельного объема ' Автор призиатслси к.х.и. В.Н. Розанову и д.х.и. Ю.А. Трсгсру (000 «Научио-исслсдоватсльский иижсисриый цситр «Сиигсз»») за помощь в выполнении работы, разработкс тсхиологичсской схсмы и прсдоставлсиис методик приготовлсиия катализатора и опрсдслсиия содержания хлоридов меди в катализаторс, к.х.и. О.П.
Мурашовой (000 «НИИЦ «Сиитсз»») за помощь в провсдсиии эксперимента, д.х.и. Е.А. Кацману (МИРЭА) за прсдоставлсиис авторского пакета программ «Киистика» и за помощь в обработкс кинетических даииых, к.х.и. Л.Д. Исхаковой, к.ф.-м.и. РП. Ермакову и к.ф.-м.и. В.В. Колташсву (АЦ НЦВО РАН) за исслсдоваиис образцов методами элсктроииой микроскопии и порошковой рентгеновской дифрактомстрии. нанопор носителя свежеприготовленного катализатора и катализатора после 100 часов пробега.
Также в этой главе приведены результаты изучения фазового состава образца катализатора методом порошковой рентгеновской дифракции. Глава б посвящена кинетике процесса ОХМ, При описании степенных кинетических уравнений показано влияние воды на скорость реакции. Рассчитана энергия активации. Выдвинут ряд гипотез механизма протекания реакции оксихлорирования метана на активных центрах катализатора, подтверждено влияние воды и наличие синергетического эффекта присутствия в каталитической системе двух солей: хлорида меди и хлорида лантана.
В главе 7 приведена принципиальная технологическая схема промышленной установки процесса ОХМ с последующим пиролизом хлористого метила мощностью 100 тыс. т./год, представлен эскиз реактора ОХМ, позволяющего проводить экзотермическую реакцию при повышенном давлении. 11 М.. Современное состояние проблемы процесса окислительного хлорирования метана При постоянном нынешнем потреблении нефти — 4,331 млрд. т, в 2015 г. ~1] и доказанных мировых запасах 239,8 млрд т (2014 г.) нефти хватит на — 55 лет. Аналогично при доказанных мировых запасах природного газа 186,9 трлн нм' (2015 г.) и постоянном потреблении на уровне 2010 г. — 2,6 трлн нм' ~2] природного газа хватит на 72 года. При этом на российские сырьевые запасы приходится до 40',4 природного газа и не более 10',4 ресурсов нефти и газового конденсата.
При этом газ значительно дешевле нефти. Ввиду этого проблема замены нефтепродуктов, используемых в качестве сырья для получения низших олефинов, на природный газ в условиях России является акчуальной и заслуживающей подробного изучения. Этилен является самым многотоннажным органическим продуктом в мире, находящим широкое использование в качестве исходного полупродукта для синтеза органических веществ в химической и нефтехимической промышленности. В России рынка этилена практически нет, поскольку большая часть произведенного этилена перерабатывается на собственных мощностях. Зтилен в РФ производится на 10 российских предприятиях [3].
Основным сырьем для производства этилена и пропилена в России являются бензиновые фракции прямой перегонки нефти (нафта) и СУГ. По итогам 2013 года на долю нефте газ ох им ии России приходится 30',4 углеводородного сырья от всего объема производства углеводородного сырья— 9,9 млн тонн ~4]. Средний расход сырья на тонну этилена в России — 2,5 тонн СУГ или 3,3 тонн нафты или 1,36 тонн этапа (на современных производствах— 2,21 тонн СУГ или 2,62 тонн нафты или 1,25 тонн этана). Объемы выпуска этилена и пропилена в России остаются относительно стабильными (таблица 1.1.), однако необходимо увеличение производительности ввиду повышения мировых потребностей в данных продуктах. В настоящее время мировые 12 мощности по выпуску пропилена составляют б7,5 млн. тонн ~51.
При этом ежегодно вводятся все новые мощности, строятся все более крупнотоннажные производства, так как в большинстве регионов спрос на пропилен растет быстрее, чем спрос на этилен. Поэтому рассчитанные на выпуск этилена новые установки пиролиза не удовлетворят растущий спрос на пропилен, Таблица 1.1 — Динамика выпуска этилена и пропилена в РФ в период 2008-2015 г.г. 16 — 81 Согласно прогнозам министерства экономики Японии ~91, в 2016 году ожидается увеличение производства этилена в мире до 173,2 млн. тонн или почти на 20%.
Такое глобальное увеличение производственных мощностей вызвано ростом спроса на производные этилена и пропилена (полипропилен, полиэтилен, этиленгликоль и др.), а также активностью инвесторов, которые последние несколько лет вкладывают значительные инвестиции в развитие нефтехимического производства в Азии. Таким образом, азиатский рост будет главной движущей силой мирового роста. нефтегазохим ические мощности остаются Российские конкурентоспособными преимущественно благодаря низким экспортным пошлинам 1101 и за счет незначительных затрат на сырье (СУГ и нафта). Однако, в последние годы чрезвычайно возрастает значимость природного газа как сырьевого источника в связи с переориентацией его использования: если раньше природный газ в России использовался преимущественно в качестве энергоносителя, то теперь делается акцент на его применении в органических синтезах, поскольку химическая переработка газа открывает возможность перехода от экспорта сырья к экспорту продуктов с более высокой добавленной стоимостью 1111.
Цены на продукты переработки сырья значительно выше цен на сырье (рис. 1). Стоимость готовых изделий из 13 полимеров в 10-11 раз превышает стоимость природного газа. Таким образом, складывается благоприятная ситуация для использования природного газа в качестве сырья для производства этилена и пропилена. Рисунок 1 — Добавленная стоимость при переработке углеводородного сырья. [11] Природный газ — это дешевое и доступное сырье: современная оценка мировых резервов на 2014 год по данным ОПЕК 112] за 2015 год составляет примерно 201,139 трлн м, из которых 49,541 трлн м' в России. Главный компонент природного газа — метан — химически малоактивное соединение из-за высокой прочности связи С-Н, что затрудняет процесс его переработки в более ценные продукты. Кроме того, часто природные источники находятся довольно далеко от потребителя, что усложняет их коммерциализацию.
'1'аким образом, актуальной задачей на сегодняшний день является использование природного газа в качестве сырья для получения более ценных соединений, пригодных для транспортировки и последующих превращений. Несколько десятилетий интенсивных поисков более рентабельных путей прямого превращения природного газа пока не увенчались явным успехом, хотя был предложен и достаточно глубоко разработан ряд перспективных альтернативных схем [131. Существуют два основных пути 1141: ° Промышленно осуществленные процессы, основанные на конверсии природного газа в синтез-газ и его дальнейшие превращения в 14 синтетическое топливо или метанол„главный фактор, ограничивающий масштабы химической переработки природного газа по этому пути— высокие энергетические и капитальные затраты, е Прямое превращение природного газа в другие соединения (метанол, формальдегид, ароматические и другие углеводороды).
Большие перспективы имеют процессы получения из природного газа низших олефинов — этилена и пропилена, — т.к. они являются базовыми продуктами органического синтеза и синтеза полимеров, а, следовательно, одними из наиболее крупнотоннажных исходных продуктов в химической и нефтехимической промышленности, потребность в которых стабильно возрастает ~151. Легкие олефины могут быть получены следующими способами ~16]: 1. Паровой крекинг (термический пиролиз) углеводородного сырья начиная от сжиженного нефтяного газа и природного газа до нафты и газойля.
2. Метанол в олефины (МТО). 3. Переработка газов нефтеперерабатывающих заводов и газов жидкого каталитического крекинга, 4. Взаимопревращение бутенов, этилена и пропилена, 5. Дегидрирование пропана (только пропилеи), 6. Дегидратация био-этанола (только этилен). Также в последнее время стали появляться данные ~17,181 о получении этилена и пропилена из угля. В работе ~Щ сделан технико-экономический анализ стремительно развивающегося в Китае направления, где в качестве исходного сырья для получения олефинов применяется уголь. Процесс кратко назван СТО (Соа1 То 01ейпз). Он также как и процесс, использующий в качестве исходного сырья природный газ, характеризуется более низкой себестоимостью полученных олефинов по сравнению с процессами получения олефинов из нефтяного сырья.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
