Нефтегазовые новости

Нефтегазовые новости / Технологии / Аэрозольный катализ – новое направление в нефтехимической технологии

Аэрозольный катализ – новое направление в нефтехимической технологии

Новость от 24.09.2020, добавлена в 22:16 в категории: Технологии 6121 просмотр 0 комментариев

Одним из наиболее распространенных вторичных процессов в нефтеперерабатывающей промышленности является каталитический крекинг, предназначенный для получения высококачественного нефтехимического сырья, которое используется для производства лакокрасочных покрытий, путем переработки тяжелого нефтяного сырья. Однако ограниченность условий реализации потенциала катализа, вызванная наличием лишь небольшого набора управляющих воздействий, приводит к значительному превышению энергетических и сырьевых затрат над термодинамически обоснованными. Разработка и внедрение в производство технологии аэрозольного катализа поможет решить эту проблему

Изучение возможности использования технологии аэрозольного нанокатализа применительно к процессу каталитического крекинга обусловлено рядом существенных недостатков, имеющихся на действующих производствах.

Особенность существующего катализатора каталитического крекинга состоит в том, что его поры закоксовываются через 10-15 минут работы. Поэтому крекинг необходимо проводить с непрерывной регенерацией катализатора, которая заключается в выжигании кокса и смолистых отложений с поверхности катализатора кислородом воздуха при температуре 540-680° С. Это приводит к большим потерям катализатора (до 0,3% об. в сутки) за счет истирания.

Сущность процесса аэрозольного катализа

Более чем 150-летняя история катализа включает большое количество экспериментальных работ, их обобщение, теоретическое обоснование и использование результатов в промышленной практике. Однако до настоящего времени все усилия исследователей были сосредоточены, главным образом, на улучшение эффективности работы существующих катализаторов.

Разрабатываемые теоретические основы и инженерные решения по внедрению в производственные процессы аэрозольного нанокатализа направлены на создание простых, дешевых, существенно более активных каталитических систем и новой организации химических газофазных гетерогенно-каталитических превращений. Как показали предварительные испытания, применение этой технологии позволит исключить стадию регенерации катализатора, что и станет залогом получения положительного эффекта.

Сущность аэрозольного катализа заключается в отказе от использования носителя и применении каталитически активного вещества в мелкодисперсном состоянии. Аэрозоль заполняет весь реакционный объем, при этом в зависимости от концентрации частиц создается квазиструктура катализатора.

Разрабатывая технологию применения мелкодисперсного катализатора без носителя, специалисты рассчитывали на увеличение скорости реакции в единице реакционного объема в несколько раз за счет исключения внутридиффузионных стадий катализа и равнодоступности поверхности.

Структура катализатора определяет активность, селективность и область протекания реакции. В условиях аэрозольного катализа можно рассчитывать на внешнедиффузионную или внешнекинетическую область протекания химических реакций. Известно, что в случае изменения пористой структуры для ряда реакций при переходе от кнудсеновской диффузии к молекулярной скорость реакции может увеличиться в 5-8 раз. Результаты экспериментов с аэрозолем катализатора показали, что скорость реакции, отнесенная к единице веса или поверхности катализатора, возрастает на несколько порядков. Это объясняется изменением физико-химических, в том числе каталитических, свойств поверхности при переходе от макроразмеров к микро- и наночастицам.

Важно отметить, что при использовании технологии аэрозольного катализа количество управляющих воздействий, оптимизирующих процесс, значительно увеличивается, что позволяет снизить энергетические и сырьевые затраты. Этому способствует и упрощение технологии приготовления катализатора за счет использования аэрозоля мелких каталитически активных частиц. Одновременно исключается проблема прочности и термостойкости.

Для целей нефтепеработки предлагается использовать вариант технологии аэрозольного катализа с виброожиженным слоем инертных частиц. Вибросоударение инертных частиц позволит равномерно распределить температуру по всему объему реактора и не допустит отложения кокса в зоне реакции. Необходимо будет только отделение его от продуктов реакции, что можно реализовать при помощи циклонов. Этими же циклонами можно будет отделять унесенный из реакционной зоны катализатор. Отложения солей, полимеров и кокса на поверхности частиц также могут удаляться путем окисления непосредственно в реакционной зоне без риска снижения эксплуатационных свойств катализаторов.

Помимо отказа от рециркуляции катализатора, можно отметить и другие преимущества технологии аэрозольного нанокатализа:

возможность управления скоростью и областью протекания реакций путем изменения режима механохимактивации катализатора в процессе проведения химических реакций (регулирование частоты и амплитуды колебаний, а также размера инертных частиц);
повышение активности катализатора и стабильности его работы за счет того, что катализатор находится в мелкодисперсном состоянии;
снижение расхода катализатора;
существенное уменьшение объема ректора;
отсутствие влияния пристеночного эффекта на результаты процесса.

Таким образом, технологию аэрозольного катализа можно определить как новую область катализа, которая отличается применением мелкодисперсных каталитически активных частиц (без носителя), наличием в зоне реакции постоянного пылевого облака (твердого аэрозоля), обеспечением равнодоступности каталитически активной поверхности, отсутствием внутридиффузионных торможений, а также созданием необходимой поверхности и «структуры» катализатора за счет размера частиц и их концентрации в реакционной зоне.