6.2 Современные каталитические технологии

Примером больших возможностей современных каталитических технологий в решении проблем ЭиРС может служить производство этилбензола [16].

В настоящее время практически все действующие производства этилбензола как в РФ, так и в зарубежной практике базируются на использовании гомогенного катализатора (хлористого алюминия) алкилирования бензола этиленом. К недостаткам этого процесса относят необходимость утилизации большого количества сточных вод и твердых отходов, а также относительно высокие расходные нормы по сырью (до 800 кг бензола и до 290 кг этилена на тонну этилбензола). С середины 80-х годов началась разработка газофазных процессов получения этилбензола путем алкилирования бензола этиленом на синтетических цеолитных системах.

В Институте катализа СО РАН были разработаны катализаторы для парофазного алкилирования бензола этиленом на основе высококремнеземного цеолита.

В качестве сравнения эффективности традиционного гомогенного и вновь разработанного парофазного процесса получения этилбензола приведены соответствующие расходные нормы (таблица 6.2) [16].

Таблица 6.2

Расходные нормы в процессе получения этилбензола (кг/т этилбензола)

№	Параметр	Значение
		Гомогенный способ	Парофазный процесс на цеолитном катализаторе
1	Бензол	762-797	744
2	Этилен	266-290	264,4
3	Катализатор	4,7-4,8	0,2

Таким образом, можно заметить, что парофазный способ алкилирования позволяет снизить удельный расход этилена и бензола при производстве этилбензола максимум до 7-8%, а расход катализатора уменьшить более чем в 20 раз, что делает новый процесс весьма перспективным для вновь строящихся производств.

Как известно, производство аммиака, метанола, водорода, муравьиной и уксусной кислот в химической и нефтехимической промышленности базируется на переработке природного газа в синтез-газ. Наибольший прогресс в переработке природного газа достигнут в производстве аммиака и метанола.

Традиционным способом переработки природного газа в синтез-газ является процесс паровой конверсии на никелевых катализаторах. Реакция паровой конверсии является сильно эндотермической и обычно проводится при температурах 800-900ºС с соотношением пар:газ более 3 в трубчатых реакторах. Этот процесс характеризуется чрезвычайно высокой капиталоемкостью, высокими энергетическими затратами, низкой надежностью трубчатых печей.

Альтернативным методом получения синтез-газа является процесс селективного каталитического окисления (СКО) природного газа, разработкой которого в последнее десятилетие занимается целый ряд крупных западных и российских фирм. В частности, институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН разработаны и запатентованы катализатор и процесс СКО природного газа в одну стадию при малых временах контакта на блочном катализаторе сотовой структуры. В этом процессе используется катализатор с уменьшенным в несколько раз по сравнению с известными аналогами содержанием драгметаллов, что резко повышает его экономическую эффективность. Основными реакциями являются следующие:

СН₄ + 0,5О₂ = СО + Н₂ + 8,5 ккал

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О + 191,5 ккал

Состав катализатора оптимизирован с целью минимизации содержания драгметаллов при сохранении высокой селективности по СО и водороду и недопущения коксообразования.

В настоящее время проведена предпроектная проработка типовой установки получения синтез-газа с производительностью по природному газу до 1000 нм³/час при использовании в качестве окислителя воздуха. Такие агрегаты востребованы, прежде всего, в черной и цветной металлургии. Они должны заменить со временем устаревшие технологии паровой и паровоздушной конверсии природного газа на никелевых катализаторах. По сравнению с процессом конверсии природного газа на никелевых катализаторах, установки на базе новой технологии позволяют проводить процесс при объемных скоростях газа, больших в 100-200 раз, что позволяет кардинально уменьшить габариты и стоимость оборудования. Кроме того, исключается использование дорогостоящих высокотемпературных сплавов и печного оборудования. На основе выполненных оценок установка СКО мощностью до 1000 нм³/час по природному газу по сравнению с альтернативными технологиями (конверсия природного газа на никелевых катализаторах) позволяет снизить капитальные затраты в 2-4 раза, текущие затраты на 20-40%.

Таким образом, каталитические технологии являются базой для организации непрерывных, малоотходных и малоэнерго- и материалоемких производств.

Контрольные вопросы к VІ разделу

«Каталитические технологии и Э и РС»

1. Место и роль каталитических технологий в химической и нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях

2. Классификация каталитических ХТП

3. Основные требования к промышленным катализаторам

4. Промышленные контактные массы. Состав, назначение

5. Механизм действия катализаторов

6. Энерго- и ресурсосберегающая эффективность каталитических процессов.

Тестовые задания к разделу

«Каталитические технологии и Э и РС»

6.1. Технологическими характеристиками катализаторов являются:

А. активность

Б. цвет

В. температура зажигания

Г. растворимость в воде

Д. зольность

2. Составные части промышленных контактных масс:

А. активатор (промотор)

Б. носитель (трегер)

В. флотореагент

Г. дубитель

Д. ингибитор

2. Химические производства, в которых замкнутая система водоснабжения без сброса сточных вод называются:

А. безводными

Б. циклическими

В. бессточными

Г. безотходными

2. Теплоту сгорания топлив различают на:

А. максимальную

Б. среднюю

В. высшую

Г. низшую

Д. полезную

2. Вторичные энергоресурсы (ВЭР) различают на:

А. тепловые

Б. топливные

В. геотермальные

Г. избыточного давления

Д. возобновляемые

2. К возобновляемым энергоресурсам относят:

А. биомассу

Б. ядерное топливо

В. геотермальную энергию

Г. ископаемые угли

Д. попутный газ

2. Вещества, обладающие энергетическим потенциалом и являющие побочной продукцией, - это источник энергии:

А. дополнительной

Б. вторичной

В. неиспользуемой

Г. безвозвратно теряемой

2. Вторичные (ВЭР) – это энергия:

А. сжигание ПГ

Б. сжигание торфа

В. избыточного давления

Г. горячих отходящих газов

Д. отработанного пара и горячей воды

2. Паротурбинные установки предназначены для:

А. выработки энергии

Б. выработки синтез-газа

В. очистки природной воды

Г. выработки сероводорода

6.10 Активность катализатора характеризует:

А. меру ускоряющего действия

Б. отравляемость

В. структуру

Г. химический состав

6.11. Для паровых котлов используют воду:

А. захоложенную

Б. оборотную

В. свежую

Г. обессоленную