Превращение н-гексана на цеолитном катализаторе ZSM-5 M-200

Превращение н-гексана на цеолитном катализаторе ZSM-5 M-200

М.Ю.Степанов, М.А.Заикин

mixail-zaikin@yandex.ru

г. Саратов, ГОУВПО "Саратовский государственный  университет им. Н.Г.Чернышевского"

Проведено исследование каталитической изомеризации н-гексана в интервале температур 350 – 450°С на высококремнистом цеолитном катализаторе ZSM-5 М-200.  Установлено, что процесс превращения н-гексана направлен в сторону образования продуктов каталитической изомеризации, ароматизации и крекингу исходного продукта.

Введение

В настоящее время ведется  бурная дискуссия о выборе путей  развития энергетики. Это связано, прежде всего, с растущей необходимостью охраны окружающей среды и приближающейся угрозой топливного "голода". В  связи с этим встает вопрос о более  рациональном использовании углеводородного  сырья, увеличения глубины его переработки  и улучшения качества автомобильных  топлив. Один из путей улучшения экологических показателей автомобильных бензинов состоит в снижении содержания в них ароматических углеводородов и, в том числе бензола (самый легкокипящий среди ароматических углеводородов), который является особенно токсичным. Также, в связи с ужесточением требований к бензинам в России, все больший интерес представляет процесс получения изо-парафинов.

Экспериментальная часть

Полный экспериментальный  цикл проводился в три этапа:

1. активирование катализатора;
2. процесс превращения углеводородов;
3. регенерация катализатора после ведения процесса.

Исследования проводили  на лабораторной установке проточного типа  при атмосферном давлении, в интервале температур 300-400°С  с шагом в 50°С. Загрузка катализатора -  6 см³, размер зерна 2,0-3,0 мм. Процесс превращения н-гексана осуществлялся в инертной среде гелия.

Анализ газообразных продуктов  каталитического крекинга проводился хроматографическим методом.

При расчете хроматограмм использовали метод внутренней нормализации, основанный на определении соотношений между площадями пиков всех компонентов анализируемой смеси.

Анализ жидких продуктов  проводили на газо-жидкостном аналитическом  стационарном лабораторном хроматографе «Кристалл 5000», предназначенном для анализа жидких проб органических соединений с температурой кипения до 250°С методом газожидкостной и газоадсорбционной хроматографии соответственно.

Анализ компонентного  состава проводится с помощью  пламенно ионизационного детектора (ПИД). Идентификация компонентов осуществлялась с использованием стандартов «Алкилаты», «Нафта», «Риформат». Расчет концентраций компонентов (вес. %, объем. %, мол. %), средняя: молекулярная масса, относительная плотность, давление насыщенных паров, октановые числа по ИМ и ММ, температура выкипания, проводятся с помощью программы «Хроматэк–Аналитик», специально разработанной для детального углеводородного анализа.

Результаты и  их обсуждение

Суммарный анализ газообразных и жидких продуктов реакций показал, что превращения на катализаторе ZSM-5 М-200 увеличивается при повышенных температурах и является максимальным при 400^оС. Также с ростом температуры уменьшается роль крекинга в процессе превращения углеводорода, то есть уменьшается доля газообразных продуктов реакции, и возрастает селективность процесса ароматизации, достигая своего максимального значения при 450^оС. Однако наибольшей селективностью в процессе превращения обладает процесс изомеризации, возрастающий при понижении температуры и максимальный при 350^оС (25,38 %масс.).

Рис.1 Зависимость степени  превращения н-гексана от температуры.

Селективность процесса изомеризации н-гексана увеличивается с понижением температуры процесса, и составляет максимально 25,38 %масс. при температуре 350^оС.

Рис.2 Зависимость селективности процесса изомеризации от температуры.

С ростом температуры увеличивается  содержание ароматических соединений в конечном продукте, в том числе  бензола, самого летучего из них. Максимальное содержание ароматических соединений зафиксировано при 450^оС и составило16,41 %масс. Увеличение ароматических соединений происходит за счет увеличения роли процесса дегидроциклизации нормальных парафинов.

Рис.3 Зависимость селективности процесса ароматизации от температуры.

Роль процесса крекинга в  данном процессе невелика и принимает  максимальные значения при 350^оС и составляет 11,66 %масс.

Рис.4 Зависимость селективности  процесса крекинга от температуры

Заключение

Изучение превращения  нормального гексана на высококремнистом цеолитном катализаторе ZSM-5 M-200 показало, что в ходе превращения протекают несколько параллельных процессов: изомеризации, дегидроциклизации и крекингу исходного вещества. Наибольший интерес представляет процесс изомеризации парафинов, пребладающий среди превращений на данном катализаторе, широко применяемый в производстве автомобильных бензинов.

Литература

Н.Р.Бурсиан «Технология изомеризации парафиновых углеводородов», Л. 1985г. с. 5-6.

С.А.Ахметов «Лекции по технологии глубокой переработке нефти в моторные топлива», учебное пособие, Спб, 2007г. 312с

Р.И. Кузьмина, М.П. Фролов, Ливенцев В.Т. «Изомеризация – процесс получения экологически чистых бензинов», учебное пособие, С., 2008г., 88с.