Значение катализаторов в процессах получения синтез-газа из углеродсодержащего сырья?
Синтез-газ (смесь H2 и CO) является исходным сырьем для производства многих химических и нефтехимических продуктов (метанол и другие оксигенаты, продукты синтеза Фишера-Тропша), а также используется для восстановления железной руды. Преобладающим сырьем для производства синтез-газа по-прежнему остаются природный газ и легкие углеводороды. Основным методом переработки природного газа является паровая конверсия метана:
СН4 + Н2О 3 Н2 + СО
Скорость реакции взаимодействия метана с водяным паром, т. е. количество метана, прореагировавшего в единицу времени, в отсутствие катализатора очень мала. Так, при нагревании смеси метана с водяным паром до 700°С и соотношении
СН4: H2O = 1 : 2 в течение 3 ч только 3% метана превращается в водород.
Для получения газа, содержащего 0,5% метана, требуется повысить температуру до 1400°С. В производственных условиях конверсия метана должна протекать в течение долей секунды, что достигается путем применения катализаторов.
В качестве катализаторов конверсии используют никель, нанесенный на пористый носитель. Содержание никеля в катализаторе может колебаться в широких пределах — от 4 до 35% (масс.). Наиболее стабильными катализаторами для широкого диапазона температур конверсии и работы в экстремальных условиях являются катализаторы, носители для которых не содержат SiО2, главной их основой является -Аl2О3 (корунд). В качестве активаторов в них могут содержаться оксиды кальция, титана, магния, хрома. Внутренняя поверхность таких катализаторов колеблется от 5 до 50 м2/г.
В свежем катализаторе никель находится в виде окислов. Катализатором же ускоряющим реакции конверсии метана, является металлический никель. Поэтом, перед началом процесса конверсии катализатор необходимо восстановить газом, содержащим водород NiO + H2 = Ni + H2O. Катализатор восстанавливается водородом полностью при температуре 300 — 400°С в течение 2—4 ч. При отсутствии водорода катализатор можно также восстановить рабочей смесью (метан и водяной пар или метан, водяной пар и кислород) при 750 — 850°С.
Для паровой, пароуглекислотной, паровоздушной конверсии газообразных углеводородов с целью получения технического водорода и различных технологических газов используются катализаторы марок ГИАП.
Катализаторы конверсии метана ГИАП-8, ГИАП-25, ГИАП-36Н применяются для воздушной конверсии газообразных углеводородов в эндотермических генераторах контролируемых атмосфер при температурах 1030-1050 °С. Могут применяться также для воздушной конверсии сжиженных газов (пропан и пропанобутановой фракции) в тех же целях. Используются также в различных отраслях машиностроительной промышленности, где контролируемые атмосферы используются для термообработки металлических изделий и деталей машин.
- Дайте характеристику значения катализа в переработке углеводородного сырья?
- Назовите основные каталитические процессы переработки нефти?
- Какое значение имеет катализ и катализаторы при нефтехимических синтезах?
- Дайте характеристику гомогенного катализа?
- Дайте характеристику гетерогенного катализа при переработке углеводородного сырья?
- Назовите основные методы проведения каталитических реакций с использованием гетерогенного катализатора?
- Охарактеризуйте периодический способ проведения каталитических реакций?
- Дайте характеристику автоклавам периодического действия?
- Охарактеризуйте методы непрерывного проведения реакции на стационарном катализаторе?
- Какое соотношение диаметра реактора и диаметра частиц катализатора, с чем это связано?
- Охарактеризуйте метод проведения каталитической реакции в псевдоожиженном слое?
- Какие виды гетерогенных катализаторов используются в промышленности?
- Охарактеризуйте сплавные металлические катализаторы?
- Как готовятся черни металлов платиновой группы?
- Как готовятся скелетные металлические катализаторы?
- Назовите методы приготовления нанесенных катализаторов?
- Охарактеризуйте метод приготовления нанесенных катализаторов пропиткой по влагоемкости носителя?
- Как готовятся нанесенные катализаторы адсорбционным методом?
- Как готовятся нанесенные катализаторы коллоидальным методом?
- Как готовятся катализаторы методом со осаждения?
- Какие характеристики катализаторов нужно определить для его аттестации?
- На основе какой изотермы метод определения удельной поверхности катализаторов?
- Адсорбцией каких газов определяется общая и металлическая поверхности нанесенных катализаторов?
- Как используется метод рентгенофазового анализа (РФА) для исследования катализаторов?
- Как используется метод электронной микроскопии для исследования катализаторов?
- Чем отличаются растровая электронная микроскопия РЭМ от проникающей электронной микроскопии ПЭМ и сканирующей электронной микроскопии СЭМ?
- На чем основан метод термодесорбции при исследовании катализаторов?
- Охарактеризуйте значение адсорбции и хемосорбции в гетерогенном катализе?
- В чем суть каталитического действия переходных d-металлов?
- Назовите основные типы катализаторов крекинга, на чем основан принцип их действия?
- В чем суть (феномен) цеолита, как твердой кислоты при крекинге?
- Дайте характеристику использования цеолита, как катализатора крекинга?
- Назовите основные свойства карбониевого иона, как промежуточного продукта крекинга?
- В чем суть регенерации катализатора крекинга?
- Дайте технологическую схему проведения крекинга и регенерации в непрерывном режиме, срок службы цеолита?
- В чем суть риформинга прямогонного бензина?
- Что такое октановое число в чем его физическая сущность?
- Какие реакции протекают при риформинг процессе?
- Какие катализаторы используются при риформинге?
- Приведите технологическую схему риформинг процесса?
- Что такое гидроочистка углеводородного сырья?
- Дайте характеристику биметаллическим катализаторам гидрообессеривания?
- Как работают металлические пары Co – Mo и Ni – W для предотвращения отравления серой?
- Как действует активный центр катализатора при гидрообессеривании, дайте понтяие о механизме анионной вакансии?
- Приведите технологическую схему очистки от серы дизельного топлива?
- Как проводят депарафинизацию дизельного и авиационного топлива, какие требования к зимнему дизелю и сорту «Арктика»?
- Охарактеризуйте базовые смазочные масла: минеральные и синтетические?
- Какие существуют гидрогенизационные процессы при получении базовых масел?
- Охарактеризуйте процессы окислительного дегидрирования предельных углеводородов?
- Охарактеризуйте процессы дегидрирования углеводородов в восстановительной среде?
- На каких катализаторах можно получить олефин и водород дегидрированием алканов?
- Охарактеризуйте неравновесную термодинамику, основные принципы, лежащие в ее основе?
- В чем суть научной школы Д.В.Сокольского по катализу?
- Какие модельные вещества были выбраны Д.В.Сокольским?
- В чем суть потенциометрического метода исследования катализаторов в ходе реакции?
- В чем суть кондуктометрического исследования катализаторов, вошедшего в учебники как эффект Сокольского?
- В каких направлениях нашло дальнейшее развитие научной школы Д.В.Сокольского?
- Как катализаторы помогают решать проблемы очистки выхлопных газов автотранспорта?
- Охарактеризуйте значение сорбентов для решения проблемы очистки питьевой воды?
- Значение катализаторов в процессах получения синтез-газа из углеродсодержащего сырья?