Исследование превращений этилбензола в присутствии цеолитсодержащих катализаторов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 июня, печатный экземпляр отправим 5 июня.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Исмайлова С. Б., Мамедов С. Э., Ахмедова Н. Ф. Исследование превращений этилбензола в присутствии цеолитсодержащих катализаторов // Молодой ученый. — 2017. — №38. — С. 10-13. — URL https://moluch.ru/archive/172/45698/ (дата обращения: 23.05.2019).



В статье приводятся результаты исследований по изучению превращений этилбензола в присутствии различных цеолитсодержащих катализаторов (Н-ультрасила, НЦВМ, ЦВН, а также кадмийсодержащего ультрасила). Было установлено, что модифицированные металлом (кадмием) ультрасилы по селективности превосходят немодифицированные цеолитсодержащие катализаторы. С увеличением количества кадмия от 1 до 10 мас. % наблюдается усиление реакций образования ксилолов и подавляются реакции образования толуола.

Для успешного развития современных процессов нефтепереработки и нефтехимии, связанных с получением мономеров, растворителей, ионных жидкостей, ингибиторов коррозии, стабилизаторов и других ценных продуктов, важное значение имеет разработка эффективных каталитических систем [1, 2].

В настоящее время катализ рассматривается как важный инструмент «зеленой химии» [3].

Как известно, во многих промышленных процессах используются цеолитсодержащие катализаторы, модифицированные различными металлами [4–7]. Однако интерес к ним в последние годы значительно возрос, что в немалой степени обусловлено их интересными функциональными свойствами, экологической безопасностью, легкостью регенерации и др.

Среди цеолитных катализаторов особое место занимают пентасилы (например, типа ZSM-5, основными производителями которых являются фирмы «Mobil Oil» и «Union Carbige» США, японская фирма «Toe coga» и др.). Пентасилы отличаются от цеолитов других типов специфической структурой кристаллической решетки, высоким содержанием кремния (SiO2:Al2O3>30–50) и локализацией активных кислотных центров [4]. Указанные особенности и обуславливают их физико-химические, адсорбционные и каталитические свойства.

В настоящей статье приводятся результаты наших исследований по изучению превращений этилбензола в присутствии пентасилов, модифицированных кадмием.

Экспериментальная часть

Для введения в полости цеолитов активных компонентов используются различные методы (ионный обмен, пропитка, соосаждение и др.). Для более равномерного распределения активных центров чаще применяют метод ионного обмена. Поэтому в своей работе при приготовлении модифицированных пентасилов нами использовался этот метод.

Кадмий вводили в состав цеолитсодержащего катализатора методом ионного обмена, а также методом пропитки. Для исследования использовали высококремнеземные цеолиты типа ЦВМ с мольным отношением SiO2/Al2O3=61–400, которые путём ионного обмена переводили в NH4-форму по методике, описанной ранее [8]. H-форму цеолита получали термическим разложением NH4-формы при 500°C в течение 4 ч. Для исследования катализаторов применяли химический и адсорбционный методы анализа. Катализаторы, модифицированные 2.5–10.0 мас. % Cd, получали пропиткой H-форм цеолитов раствором нитрата Cd при 80 °C в течение 6 ч. Образцы сушили на воздухе в течение 16 ч, затем 4 ч. в сушильном шкафу при 110 °C

Реакцию проводили на проточной установке с загрузкой 5,0 см3 катализатора при температуре 260–4000С, мольным отношении Н2:этилбензол, равном 3, объёмной скорости по этилбензолу 1ч-1 и при атмосферном давлении. Продолжительность опыта составляла 30 минут. Анализ продуктов реакции.

Результаты иих обсуждение

С целью выявления основных показателей, влияющих на выходы целевых и побочных продуктов, проводились две серии экспериментов с использованием немодифицированных пентасилов в Н-форме, а также модифицированных кадмием образцов, содержащих различные его количества. В табл. 1 приводятся результаты экспериментов по исследованию процесса каталитических превращений этилбензолом в присутствии пентасилов в Н-форме, НЦВМ и ЦВН. Приведём состав катализатора по данным хроматографического анализа.

Таблица 1

Влияние различных факторов на превращения этилбензола в присутствии немодифицированных пентасилов

Катализатор

t,оС

Конверсия этил-бензола,%

Состав полученных продуктов,%

бензол

толуол

ксилолы

диэтилбензол

м-диэтилбензол

n-диэтилбензол

триметилбензол

Прочие

Н-уль-трасил

250

5,1

1,3

0,1

-

-

2,0

1,7

-

0,85

300

20,0

6,1

0,2

-

-

7,8

5,8

0,1

0,74

350

40,0

13,5

0,7

0,5

0,2

14,3

9,6

1,7

0,67

400

62,9

25,5

10,6

2,8

3,5

9,7

6,0

4,8

0,60

НЦВМ

300

21,0

6,6

0,4

-

-

8,0

5,7

0,3

0,71

400

64,7

25,9

11,2

2,9

3,7

9,9

6,1

5,0

0,60

ЦВН

300

18,6

5,7

0,1

-

-

7,2

5,6

-

0,76

400

55,5

23,2

8,9

2,6

2,2

9,2

5,8

3,6

0,63

Как видно из данных, приведенных в табл. 1, все использованные в экспериментах катализаторы (Н-ультрасилы, НЦВМ, ЦВН) обладают недостаточно высокими функциональными свойствами. Конверсия сырья (этилбензола) достигает при температуре 400 оС 62,9 и 64,7 % в случае использования H-ультрасилов и НЦВМ — соответственно. Конверсия этилбензола в присутствии ЦВН при 400 оС не превышает 55,5 %.

Судя по составу полученных соединений, исследованные катализаторы обладают невысокой селективностью, о чем свидетельствует сложный углеводородный состав продуктов превращений этилбензола. При температурах, не превышающих 300 оС, содержание бензола в составе образующихся соединений в среднем до 400 оС, количество бензола увеличивается до 23–25 %. Количество образующегося бензола при этом составляет 9–11 %. Во всех случаях ксилолы образуются в незначительных количествах (не более 2,6–2,9 %).

Как известно, мольное соотношение SiO2/Al2O3 в цеолитах оказывает определенное влияние на их кислотные свойства.

В табл. 2 приводятся данные по исследованию соотношения SiO2/Al2O3 на содержание активных центров (2мкмоль∙г-1) в катализаторе.

Таблица 2

Зависимость содержания кислотных центров вН-ультрасилах от мольного соотношения SiO2/Al2O3

SiO2/Al2O3 моль

Температура, оС

Содержание кислотных центров, мкмоль∙г-1

форма I

форма II

форма I

форма II

61

195

408

625

528

200

188

358

585

321

Как видно из данных табл. 2, как при высоких температурах, так и пониженных температурах при увеличении соотношения SiO2/Al2O3 от 61 до 200, наблюдается снижение содержания кислотных центров в катализаторах, что отрицательно сказывается на их функциональных свойствах. Так, для формы II происходит уменьшение содержания активных центров от 528 мкмоль∙г-1 до 321 мкмоль∙г-1.

Дальнейшие исследования были связаны с исследованием превращений этилбензола в присутствии модифицированных ультрасилов (с различным содержанием кадмия). Результаты этих экспериментов приводятся в табл. 3.

Как видно из табл. 3 при включении в структуры кадмийсодержащего катализатора металла (кадмия) существенно изменяется углеводородный состав продуктов превращений этилбензола.

Во всех экспериментах толуол и o-диэтилбензол образуются в незначительных количествах. Количество образующегося бензола, можно сказать, снижается в 2 раза, а количество ксилолов и п-диэтилбензолов растут. Что же касается триметилбензолов, то их количества там же падают.

В целом, модифицированные кадмием ультрасилы по селективности превосходят ультрасилы в Н-форме, а также катализаторы НЦВМ и ЦВН.

Таблица 3

Влияние содержания кадмия всоставе катализатора на состав продуктов превращений этилбензола

Содержание Cd всоставе ультра-сила, мас.%

t,оС

Конверсия этил-бензола,%

Состав полученных продуктов,%

бензол

толуол

ксилолы

о-диэтилбензол

м-диэтилбензол

п-диэтилбензол

Триметилбензол

Прочие

0,66

350

32,0

9,7

0,4

4,9

-

7,1

2,6

0,4

1,34

400

42,8

13,7

1,4

4,0

1,0

10,0

12,2

1,5

1,21

1,0

350

30,1

9,1

0,3

5,2

-

6,2

9,1

0,2

1,46

400

41,3

13,2

1,1

4,4

0,7

8,9

11,8

1,2

1,32

3,0

350

28,1

8,5

0,2

6,4

-

4,7

8,2

0,1

1,74

400

36,8

12,1

0,8

5,3

0,2

7,0

10,7

0,7

1,52

5,0

350

27,1

7,1

0,1

8,8

-

3,5

7,6

-

2,15

400

32,5

10,1

0,4

7,7

-

4,7

9,1

0,5

1,93

10,0

350

27,7

6,2

0,1

12,1

-

2,7

6,6

-

2,46

400

32,9

8,9

0,3

11,4

-

3,8

8,3

0,2

2,18

Установлено, что увеличение количества кадмия в ультрасиле от 1 до 10 мас. % способствует усилению реакции образования ксилолов. Так, например, при температуре 350 оС количество ксилолов увеличивается от 5,2 % до 10,1 %. Очевидно, такое поведение кадмийсодержащего цеолита связано с наличием металлических центров, оказывающих совместное влияние на процессы адсорбции–десорбции.

Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о возможности регулирования углеводородного состава продуктов превращений этилбензола, путём осуществления каталитических реакций в присутствии кадмийсодержащих цеолитов.

Литература:

  1. Кучеров А. В. // Журн. физ. химии, 2014. Т. 88. № 3. С. 401–408.
  2. Восмерикова Л. Н., Литвак Е. И., Восмериков А. В., Ушева Н. В.// Нефтехимия, 2010. Т. 50. № 3. С. 212–216.
  3. Белецкая И. П., Кустов Л. М. // Успехи химии, 2010. Т. 79. № 6. С. 493–515.
  4. Нефедов Б. К. // Химия и технология топлив и масел, 1992. № 2. С. 29–39.
  5. Ионе К. Г./ Полифункциональный катализ на цеолитах. Новосибирск, 1982. 272 с.
  6. Миначев Х. М. Окислительно-восстановительный катализ на цеолитах. М.: Наука, 1990. 148 с.
  7. Григорьева Н. Г., Талипова Р. Р., Коржова Л. Ф., Бубеинов С. В., Кутепов Б. И., Джемилов У. М. // Нефтехимия, 2010. Т. 50. № 2. С. 141–145.
  8. Aliev I. A., Akhmedov E. I., Mamedov E. S., Gakhramanov T. O. Toluene ethylation with ethanol on cadmium-promoted high silica zeolite.// Petroleum Chemistry. 2010. V. 50. №. 5. Р. 373–375.
Основные термины (генерируются автоматически): катализатор, ионный обмен, центр, превращение этилбензола, углеводородный состав продуктов превращений этилбензола, образующийся бензол, мольное соотношение, конверсия этил-бензола, кадмий, изучение превращений этилбензола.


Похожие статьи

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

Состав продуктов алкилирования этилбензола этанолом на H-форме ультрасила.

Помимо толуола и ЭТ в углеводородной части катализата обнаружены алифатические углеводороды C5+, бензол, ксилолы, следы триметилбензолов и других арома тических углеводородов.

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором...

Состав продуктов алкилирования этилбензола метанолом на H- имодифицированных формах ультрасила. Катализатор.

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Продукты реакции состоят из толуола, этилбензола (ЭБ), ксилолов, диэтилбензола (ДЭБ), триэтилбензола (ТЭБ), и ароматических углеводородов С9+. Таблица 1. Влияние температуры на состав продуктов алкилирования бензола этанолом вприсутствии пентасилов...

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции алкилирования бензола этанолом. Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита HZSM-5 в реакции диспропорционирования этилбензола.

Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные...

На HZSM-5 с мольным отношением SiO2/Al2O3 равным 61, диспропорционирование этилбензола протекает не селективно.

Увеличение соотношения SiO2/Al2O3 заметно снижает конверсию этилбензола.

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Мольное отношение этилбензол:метанол: Н2 составляло 2:1:3. Предварительные опыты показали, что катализатор сохраняет активность в алкилировании этилбензола

Теоретически первичными продуктами алкилирования этилбензола могут быть п- и о-этилтолуолы.

Изомеризация газоконденсатных парафинов С5-С6 на...

Фракция имела следующий углеводородный состав, % (мас.) изопентан-18,5; н-пентан 36,8; изогексанн-23,7 н-гексан-12,2; нафтены-3,1; бензол-0,8.

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на биметаллическом катализаторе на основе цеолита типа ЦВМ.

Превращение природного газа и метанола на цеолитах типа...

Влияние температуры процесса на состав продуктов превращения природного газа на модифицированных пентасилах.

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором в реакции метилирования этилбензола.

Похожие статьи

Влияние содержание бора и фосфора на физико-химические...

Состав продуктов алкилирования этилбензола этанолом на H-форме ультрасила.

Помимо толуола и ЭТ в углеводородной части катализата обнаружены алифатические углеводороды C5+, бензол, ксилолы, следы триметилбензолов и других арома тических углеводородов.

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором...

Состав продуктов алкилирования этилбензола метанолом на H- имодифицированных формах ультрасила. Катализатор.

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Продукты реакции состоят из толуола, этилбензола (ЭБ), ксилолов, диэтилбензола (ДЭБ), триэтилбензола (ТЭБ), и ароматических углеводородов С9+. Таблица 1. Влияние температуры на состав продуктов алкилирования бензола этанолом вприсутствии пентасилов...

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции алкилирования бензола этанолом. Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита HZSM-5 в реакции диспропорционирования этилбензола.

Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные...

На HZSM-5 с мольным отношением SiO2/Al2O3 равным 61, диспропорционирование этилбензола протекает не селективно.

Увеличение соотношения SiO2/Al2O3 заметно снижает конверсию этилбензола.

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Мольное отношение этилбензол:метанол: Н2 составляло 2:1:3. Предварительные опыты показали, что катализатор сохраняет активность в алкилировании этилбензола

Теоретически первичными продуктами алкилирования этилбензола могут быть п- и о-этилтолуолы.

Изомеризация газоконденсатных парафинов С5-С6 на...

Фракция имела следующий углеводородный состав, % (мас.) изопентан-18,5; н-пентан 36,8; изогексанн-23,7 н-гексан-12,2; нафтены-3,1; бензол-0,8.

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на биметаллическом катализаторе на основе цеолита типа ЦВМ.

Превращение природного газа и метанола на цеолитах типа...

Влияние температуры процесса на состав продуктов превращения природного газа на модифицированных пентасилах.

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором в реакции метилирования этилбензола.

Задать вопрос