Закономерности превращения этанола на пентасилах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 29 июня, печатный экземпляр отправим 3 июля.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Бабаева Б. А., Мамедова А. З., Мамедов С. Э., Ахмедова Н. Ф. Закономерности превращения этанола на пентасилах // Молодой ученый. — 2018. — №47. — С. 18-21. — URL https://moluch.ru/archive/233/54133/ (дата обращения: 19.06.2019).



В интервале температур 300–4000С в проточной установке со стационарным слоем катализатора при атмосферном давлении изучено влияние мольного отношения SiO2/Al2O3 на концентрацию кислотных центров, распределение продуктов и направление реакций при превращении этанола на пентасилах. Установлено, что распределение продуктов превращение этанола зависит от мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите. С ростом SiO2/Al2O3 в цеолите происходит увеличение выхода этилена и пропилена, а также снижение селективности по крекингу и ароматизации. Более высокая изомеризующая селективность наблюдается на образцах с мольным отношением SiO2/Al2O3 равным 61 и 78. Снижение селективности по крекингу и ароматизации обусловлено существенным снижением концентрации сильных кислотных центров с ростом мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите.

Ключевые слова: цеолит типа пентасила, этанол, мольное отношение SiO2/Al2O3, кислотные центры, селективность.

В связи с неизбежным истощением запасов нефти, развитие производства альтернативных топлив, в том числе авиационных, является объективной необходимостью [1]. Альтернативные источники топлива привлекают внимание исследователей в связи с экономическими и экологическими аспектами. Ужесточение требований охраны окружающей среды призывает использовать возобновляемые сырьевые ресурсы. Известно, что биоэтанол может служить как альтернативное нефтяное сырье для получения различных видов топлив и углеводородов [2,3].

Наиболее перспективными каталитическими системами для превращения этанола в углеводороды являются высококремнеземные цеолиты типа пентасила [4–7]. Важной характеристикой цеолитов является мольное соотношение SiO2/Al2O3, которое влияет на скорость и распределение продуктов при превращении углеводородов [8].

В связи с этим, целью настоящего сообщения является изучение влияния мольного соотношения SiO2/Al2O3 в ВК-цеолите типа пентасила на его кислотные свойства, состав, распределение и селективность образования продуктов при превращении этанола в углеводороды.

Экспериментальная часть

Для исследования использовали высокремнеземные цеолиты типа пентасила с мольными отношениями SiO2/Al2O3 равными 24, 61, 78, 103 и 200. Цеолиты предварительно подвергали ионному обмену с целью перевода их в NH4-форму. Ионный обмен проводили трехкратно в 0,1N растворе NH4Cl [8]. После термической обработки NH4-формы при 5000С в течение 4ч. получали Н-формы цеолитов. Опыты проводили в реакторе идеального вытеснения со стационарным слоем катализатора объёмом 5 см3 при атмосферном давлении в интервале температур 300–4000С, объёмной скорости подачи этанола 2ч-1. Состав продуктов реакции анализировали хроматографическим методом [8].

Результаты иих обсуждение.

Из табл.1 видно, что распределение продуктов реакции существенно зависит от мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите. На цеолитах с мольным отношением 78 и 100 конверсия этанола составляет 100 %. С ростом мольного отношения SiO2/Al2O3 наблюдается увеличение выхода этилена и снижается выход пропана. Так, с ростом мольного отношения с 24 до 200 выход этилена возрастает с 4,7 до 10,7 мас. %, а выход пропана снижается с 14,0 до 6,3 мас. %.

При конверсии этанола на цеолите с мольным отношением SiO2/Al2O3 равном 24 и 61, основную часть продуктов реакции составляет пропан 14,0 мас. % и 12,4 мас. %, изоалканы С46 11,2 и 13,3 мас. % соответственно. Напротив, при конверсии этанола на цеолите с мольным отношением SiO2/Al2O3 равном 200, основная часть приходится на этилен 9,4 мас. %. Содержание изоалканов С4 6 и ароматических углеводородов С68 существенно снижается и составляет 10,8 и 3,1 мас. % соответственно.

Таблица 1

Влияние мольного отношения SiO2/Al2O3 вцеолитах типа пентасила на состав продуктов превращения этанола (Т=3500С, v= 1ч-1)

Компоненты

Мольное отношение SiO2/Al2O3

24

61

78

102

200

Н2

-

следы

следы

следы

следы

С12

0,1

0,5

1,0

0,7

0,1

С2Н5ОН

2,1

1,8

0,0

0,0

10,7

С24

4,7

5,2

5,8

6,0

9,4

С3Н8

14,0

12,4

10,9

8,8

6,3

н-С45

0,6

0,8

0,9

1,2

0,6

н-гексан

0,1

0,1

0,3

0,4

0,5

изо-С46

11,2

13,3

12,8

12,2

10,8

изо-С714

1,4

1,5

3,1

7,2

2,9

н-С714

0,3

0,1

0,1

0,1

0,2

Алкены С46

1,3

0,8

0,7

0,2

0,8

Алкены С714

0,4

0,2

0,1

0,5

1,2

АрУ С68

14,3

13,0

12,7

10,2

3,1

АрУ С914

2,9

2,7

2,5

3,3

3,6

Нафтены С56

0,2

0,1

0,4

0,3

0,3

Нафтены С714

0,6

0,4

0,8

0,9

2,2

Н2О

45,3

47,2

47,8

47,9

47,3

Для цеолита с мольным отношением SiO2/Al2O3 равным 78 отмечается сопоставимое количество образования изоалканов С46 12,2 мас. % и ароматических углеводородов С614 13,5 мас. % соответственно.

В табл. 2 представлена селективность по основным типам реакций при превращении этанола на цеолитах с различным мольным отношением SiO2/Al2O3. Видно, что с ростом SiO2/Al2O3 с 24 до 103 происходит возрастание селективности по изомеризации с 23,4 мас. % до 37,4 мас. %. Дальнейшее увеличение мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите приводит к снижению селективности по изомеризации до 25,4 %. Увеличение мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите способствует также существенному снижению селективности по ароматизации и крекингу. Селективность по ароматизации и крекингу уменьшается с 31,5 % до 12,7 % и с 25,7 % до 12,1 % соответственно. Очевидно, что изменение селективности по отношению к реакциям крекинга, ароматизации и изомеризации при превращении этанола связано с различным распределением кислотных центров по силе на Н-формах пентасилах, отличающихся содержанием Al в кристаллической решетке цеолита.

Таблица 2

Влияние мольного отношения SiO2/Al2O3 вцеолите на селективность реакций.

Селективность по основным типам реакций,%

24

61

78

100

200

Изомеризация

23,4

28,0

30,2

37,4

25,4

Ароматизация

31,5

29,8

29,1

25,9

12,7

Крекинг

25,7

24,4

22,5

18,2

12,1

Действительно, как видно из данных табл.3 с ростом мольного отношения SiO2/Al2O3 в пентасиле происходит снижение концентрации и силы кислотных центров. Для Н-форм цеолитов наблюдаются два пика, что указывает на наличие двух форм десорбции аммиака в цеолите: низкотемпературный пик с температурными максимами 188–1980С, относящиеся к десорбции аммиака со слабых льюисовских центров, которыми в Н-формах являются координационно-ненасыщенные ионы алюминия и высокотемпературные пики с максимумами 358–434 0С, относящиеся к десорбции аммиака с сильных бренстедовских кислотных центров, которыми являются ионы водорода мостиковых гидроксильных групп.

Таблица 3

Влияние мольного отношения SiO2/Al2O3 на концентрацию кислотных центров вН-пентасиле

Мольное отношение SiO2/Al2O3

Тмакс., 0С

Концентрация кислотных центров, мкмоль/г-1

Форма I

Форма II

Форма I

Форма II

24

198

434

642

561

61

195

408

625

528

78

192

394

616

456

100

190

382

602

396

200

188

358

585

321

Видно, что с ростом мольного отношения SiO2/Al2O3 в пентасиле происходит существенное изменение его ТД-спектров: низкотемпературные и высокотемпературные пики десорбции аммиака на цеолите смещаются в область низких температур, что свидетельствует о снижении силы и концентрации слабых и сильных кислотных центров. С ростом SiO2/Al2O3 в пентасиле с 24 до 200 концентрация сильных кислотных центров снижается с 561 мкмоль/г до 21 мкмоль/г. Наиболее сильное снижение концентрации сильных кислотных центров наблюдается на образцах с мольным отношением SiO2/Al2O3, равным 103 и 200, поэтому на этих образцах происходит существенное уменьшение селективности по крекингу и ароматизации.

Высокая кислотность образцов с мольным отношением равным 24 и 61 приводит к увеличению селективности по крекингу и ароматизации.

Таким образом, состав и распределение продуктов реакции при превращении этанола зависит от величины мольного отношения SiO2/Al2O3, что обусловлено различным распределением кислотных центров по силе в цеолите в зависимости от содержания Al в кристаллической решетке пентасила.

Литература:

  1. Третьяков В. Ф. Биоэтанол-стратегия развития топливного и нефтехимического комплекса // Хим. техника. ̶ 2008. ̶ № 1. ̶ С. 8–12.
  2. Третьяков В. Ф., Талышинский Р. М., Илолов А. М., Будняк А. Д. Получение авиационного топлива конверсией биоэтанола на цеолитных катализаторах// Нефтехимия. ̶ 2017. ̶ Т. 57. ̶ № 3. ̶ С. 241.
  3. Яновский Л. С., Федоров Е. П., Варламова Н. И., Бородако П. В., Попов И. М. Альтернативные реактивные топлива: проблемы и перспективы.// Вестник НАУ. ̶ 2009. ̶ № 1. ̶ С. 108–112
  4. Третьяков В. Ф.1, Чан Тхи Куинь Ньы, Талышинский Р. М., Илолов А. М., Французова Н. А. Каталитическая конверсия биоэтанола в ароматические углеводороды в присутствии пероксида водорода. // Вестник МИТХТ им. М. В. Ломоносова. ̶ 2013. ̶ Т. 8https://elibrary.ru/pic/1pix.gif. ̶ № 6. ̶ https://elibrary.ru/pic/1pix.gifС. 37–41.
  5. Третьяков В. Ф., Макарфи Ю. И., Талышинский Р. М., Французова Н. А., Торховский В. Н., Антонюк С. Н., Третьяков К. В. Каталитическая конверсия биоэтанола в углеводороды. //Вестник МИТХТ им. М. В. Ломоносова. ̶ https://elibrary.ru/pic/1pix.gifТ. 5. ̶ № 4. ̶ 2010. ̶ https://elibrary.ru/pic/1pix.gifС 77–86.
  6. Aguayo A. T., Gayaubo A. G., Tarro A. M., Atutxa A., Bilbao J. Study of operating variables in the transformation of aqueous ethanol into hydrocarbons on an HZSM-5 //J. Chem. Technol. Biotechnol. ̶ 2002. ̶ Vol. 77. ̶ P. 211–216
  7. Третьяков В. Ф., Ньы Ч. Т. К., Третьяков К. В., Сильченкова О. Н., Матышак В. А. Превращение этанола на модифицированном цеолите HZSM-5 по данным спектрокинетических исследований in situ // Журн. физ. химии. ̶ 2013. ̶ Т. 87. ̶ № 6. ̶ С. 965–965.
  8. Керимли Ф. Ш., Мамедов С. Э. Влияние мольного отношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства HZSM-5 в реакции диспропорционирования этилбензола // Молодой ученый. ̶ 2017. ̶ № 27 (161). ̶ С. 12–14
Основные термины (генерируются автоматически): мольное отношение, превращение этанола, цеолит, центр, конверсия этанола, распределение продуктов, снижение селективности, цеолит типа, ароматизация, рост.


Похожие статьи

Синтез экологически чистых ароматических углеводородов...

Изучено влияние мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите на селективность образования ароматических углеводородов при превращении метанола. Показано, что увеличение мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите приводит к снижению выхода ароматических углеводородов.

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором...

Ключевые слова: цеолит типа ультрасила, модифицирование, метилирование, этилбензол

Продукты метилирования этилбензола п- и м- этилтолуолы (ЭТ), применяют для получения

Последние годы высококремноземные цеолиты (ВК) типа пентасила широко используются как...

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Ключевые слова: высококремнеземный цеолит типа пентасила, этанол, бензол, алкилирование, модифицирование и фосфор. Целью настоящей работы явилось исследование влияния концентрации фосфора на активность и селективность цеолита типа...

Превращение природного газа на высококремнеземном цеолите...

Ключевые слова: высококремнеземный цеолит типа ЦВМ, конверсия, природный газ, ароматические

Цеолиты типа ZSM-5, модифицированные молибденом, цинком, цирконием и галлием

С ростом температуры процесса конверсия природного газа и селективность по...

Изомеризация газоконденсатных парафинов С5-С6 на...

увеличение содержания, возрастание селективности, катализатор, цеолит, цеолит типа

Для исследования использовали высококремнеземные цеолиты типа ЦВМ с мольным

В зависимости от типа и концентрации кислотных центров цеолитов, особенно СаА, они широко...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Вид зависимости селективности по отношению к п-этилтолуолу от конверсии этилбензола

Превращение природного газа и метанола на цеолитах типа пентасила, модифицированных

Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита...

Акилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолите типа...

Изучено алкилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У модифицированных переходными элементами. Установлена высокая активность цеолитных катализаторов содержащих два многозарядных катиона (FeCaNaY, CrCoCaNaY и CoCaNaY) и показано...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Ключевые слова: высококремнеземный цеолит типа пентасила, этанол, бензол

Для исследования использовали цеолит типа ЦВМ с мольным отношением SiO2/А1203 = 33

Влияние температуры на состав продуктов алкилирования бензола этанолом вприсутствии...

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

Для исследования использовали цеолит типа ультрасила с мольным отношением

Состав продуктов алкилирования этилбензола этанолом на H-форме ультрасила.

увеличение содержания, возрастание селективности, катализатор, цеолит, цеолит типа, уменьшение...

Похожие статьи

Синтез экологически чистых ароматических углеводородов...

Изучено влияние мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите на селективность образования ароматических углеводородов при превращении метанола. Показано, что увеличение мольного отношения SiO2/Al2O3 в цеолите приводит к снижению выхода ароматических углеводородов.

Эффект модифицирования цеолита типа пентасила бором...

Ключевые слова: цеолит типа ультрасила, модифицирование, метилирование, этилбензол

Продукты метилирования этилбензола п- и м- этилтолуолы (ЭТ), применяют для получения

Последние годы высококремноземные цеолиты (ВК) типа пентасила широко используются как...

Эффект влияния концентрации оксида магния на...

Ключевые слова: высококремнеземный цеолит типа пентасила, этанол, бензол, алкилирование, модифицирование и фосфор. Целью настоящей работы явилось исследование влияния концентрации фосфора на активность и селективность цеолита типа...

Превращение природного газа на высококремнеземном цеолите...

Ключевые слова: высококремнеземный цеолит типа ЦВМ, конверсия, природный газ, ароматические

Цеолиты типа ZSM-5, модифицированные молибденом, цинком, цирконием и галлием

С ростом температуры процесса конверсия природного газа и селективность по...

Изомеризация газоконденсатных парафинов С5-С6 на...

увеличение содержания, возрастание селективности, катализатор, цеолит, цеолит типа

Для исследования использовали высококремнеземные цеолиты типа ЦВМ с мольным

В зависимости от типа и концентрации кислотных центров цеолитов, особенно СаА, они широко...

Кинетика алкилирования этилбензола метанолом на...

Вид зависимости селективности по отношению к п-этилтолуолу от конверсии этилбензола

Превращение природного газа и метанола на цеолитах типа пентасила, модифицированных

Влияние мольного соотношения SiO2/Al2O3 на кислотные и каталитические свойства цеолита...

Акилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолите типа...

Изучено алкилирование о-ксилола трет-бутанолом на цеолитах типа У модифицированных переходными элементами. Установлена высокая активность цеолитных катализаторов содержащих два многозарядных катиона (FeCaNaY, CrCoCaNaY и CoCaNaY) и показано...

Эффект модифицирования Н-пентасила фосфором в реакции...

Ключевые слова: высококремнеземный цеолит типа пентасила, этанол, бензол

Для исследования использовали цеолит типа ЦВМ с мольным отношением SiO2/А1203 = 33

Влияние температуры на состав продуктов алкилирования бензола этанолом вприсутствии...

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

Для исследования использовали цеолит типа ультрасила с мольным отношением

Состав продуктов алкилирования этилбензола этанолом на H-форме ультрасила.

увеличение содержания, возрастание селективности, катализатор, цеолит, цеолит типа, уменьшение...

Задать вопрос