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)

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.