Зерттеудің физика-химиялық әдістері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

2.2 Зерттеудің физика-химиялық әдістері

Компактты гетерополиқосылыстар мен енгізідген катализаторларды физика-химиялық зерттеу мына комплексті әдістер арқылы орындалады: ДФС-13 приборындағы элементтік құрам әдісі (эмиссионды-спектральді анализ), ACCUSORB приборында Брунауэр Эммет Тейлор әдісі - (БЭТ), UR-20 және SPECORD-75 спектрометрлердегі (КBr - 400мг таблеткаға 1,5мг үлгіні престеу әдісі қолданылды) инфрақызыл спектроскопия (ИҚС). ГПҚ негізіндегі катализаторлардағы оттегі құрылымының табиғатын және оның сутекке қатысты реакциялық қабілетін ашып көрсету үшін 20-1100 0С температура аралығында Ar+20%Н2 қоспа ағынынан (ағын жылдамдығы-40млмин) сутекті термобағдарламаланған тотықсыздандыру (ТБҚ) әдісі қолданды. Берілген жұмыста DRON-4-07 дифроктометріндегі рентгенді фазалық анализ (РФА) нәтижелері келтірілген.
Сутекті ТБҚ әдістемесі [199] жұмыста көрсетілген, сызбасы 2-суретте берілген. Аналитикалық таразыда 0,001граммға дейінгі дәлдікпен өлшенген катализатор немесе тасымалдағыштың навескасы помещается в кварцевый реактор проточного типа. Реактор через подводящие шлифы подсоединяются к вакуумно-адсорбционной установке. Реактор арқылы Аr мен Н2 (20%)қоспа ағыны өтеді, сонан соң детектор-хроматографтың бірінші арнасымен, артынша реактор арқылы, одан кейін екінші арнаға өтеді. Жазып алғыш прибор(марки КСП-4) арқылы нөлдік тізбектің орнатылғанынан кейін (КСП-4 маркалар), тізбекті-бағдарламаланған жылытқышты қосады. Температураның 20 0С-тан 1100 0С-қа дейін көтерілуі есебінен үлгіде көміртек пен сутектің әрекеттесуі 8градмин жылдамдықпен жүзеге асады. Бұл әрекеттесу иілген ТБҚ-да пиктердің пайда болуына әкеледі.
6
7
3
8
5
4
9
10
Аr + Н2
1
2
7

1 - баллон
2 - детектор
3 - КСП (нәтижелерді тіркеуші)
4 - жазып алушы
5 - пеш

6 - реактор
7 - крандар
8 - ловушка
9 - термобуларға арналған кармашек
10 - реометр

2-сурет. ТБҚ установкасының сызбасы
2.4 Тәжірибе есебі және қателер

Зерттеу жүргізу барысында тәжірибе қателерін анықтау үшін есептеулер жүргізілді. Қателіктер жүйедегі қысымның күрт төмендеуі мен массалық шығындардың дұрыс өлшемеуден болуы мүмкін. Алынған мәліметтер катализаторларды физика-химиялық әдіспен зерттеу кезіндегі және тәжірибелік жолмен алынған қосымша мәліметтермен сәйкес келуі арқылы дұрыс деп қабылданды. Олардың дұрыстығы тәжірибенің болмашы қателігімен
(шекті 5%, сенімді дәрежеде 95%). Анализдің дәлдігін анықтауға болатын қателіктер жүйелік немесе кездейсоқ болуы мүмкін [197, 198], олар мына формула арқылы анықталады: δ = δжүй. + δкезд.

3. Тәжірибе Нәтижелері және оларды талқылау
3.1 Реакциялық қоспадағы пропан мен бутан қатынасының оның тотықты конверсиясына әсері

Реакциялық қоспадағы С3:С4 - алкандардың қатынасының өнімнің айналу дәрежесіне, түзілген өнім құрамына және катализатор өнімділігіне әсерін түсіндіру үшін пропан-бутан қоспасының жартылай тотығу конверсиясы келесі жағдайларда зерттелген болатын: бастапқы қоспа құрамында С3Н8 5-70%, С4Н10 30-95%, атмосфералық қысымда, су буы қатысында: С3-С4:Н2О=1:0,21, реакциялық қоспа құрамы С3-С4:О2:N2=1:2:7,5, к=0,29с 15% (ГПҚ енгізілген тұздары) - H3PW12O40 алюмосиликат тасымалдағышында (ШАС-2 маркасы) және табиғи цеолит - клиноптилолит катализаторлары қатысында. Жоғарыда келтірілген жағдайлардағы пропан-бутан қоспасының тотықты конверсиясы процесінде С3Н7ОН, С4Н9ОН спирттері, ацетальдегид, құмырсқа қышқылы, олефиндер С2Н4, С3Н6, сонымен қатар аралық өнімдер СН4, Н2, СО2 түзілді.
1, 2-кестелерде пропан-бутан қоспасының конверсиясына, өнім шығымына, және түзілген өнімнің селективтілігіне, реакция өнімінің өнімділігіне реакция температурасының (300-8000С) әсерін зерттеу нәтижелері көрсетілген.
1-кестеден көрініп тұрғандай, 300-8000С температура аралығында Pb3(PW12O40)2алюмосиликат катализаторында температураның өсуімен пропан-бутан қоспасының айналу дәрежесі жоғарылайды. ОҚ өнімдердің түзілуі әртүрлі Тр температураларда әртүрлі қасиет көрсетеді. Температура 5000С болғанда ОҚ өнімдер шығымы максималды 3,9%-ды құрайды. Этилен, пропилен шығымы 700-800[0]С-та 26,9%-дан 24,9%-ға азаяды, пропилен шығымы - 20,6-дан 17,3, бутилен түзілмейді. 300 -500[0]С кезінде С2, С3 олефиндер, сонымен қатар, СН4 түзілмейді. СН4 700, 800[0]С температурада түзілді. Катализатордың оңтайлы селективтілігі Тр 700[0]С-та этилен бойынша - 29,9%, пропилен бойынша - 22,9%, Тр 500[0]С болғанда ОҚ өнімдер бойынша - 27,7%. С2Н4 мен С3Н6 бойынша оңтайлы өнімділік (700[0]С-та) 807,5 г С2Н4 кг∙Кт∙сағ және 602,4 г С3Н6 кг∙Кт∙сағ. С2, С3 олефиндерде селективтілік 52,8%-ды құрайды.
Na3PW12O40AlSi катализаторында этилен мен пропилен шығымы температура артқан сайын өсті және оңтайлы 800[0]С-та (39,8 және 13,0%), метанның түзілуі 40,4 - 43,5 %. Олефиндердің оңтайлы өнімділігі Тр=800[0]С-та 1196,2 г С2Н4 кг∙Кт∙сағ, 381,5 г С3Н6 кг∙Кт∙сағ.
15% Ba3(PW12O40)2алюмосиликат катализаторында 300-500[0]С кезінде олефиндер түзілмейді, этилен 700[0]С-та түзіле бастайды (24,4%), 800[0]С-та оның шығымы 44,3% өседі. Пропилен үшін реакция температурасы 700, 800[0]С болғанда шығым 20,6%-дан 7,4%-ға азаяды. Температураның 700[0]С-тан 800[0]С-қа көтерілуі СН4 шығымының 38,8-ден 52,0%-ға өсуіне әкелді. Айта кетерлігі, осы катализатор қатысында ОҚ өнімдердің шығымы температураның 300[0]С-тан 700[0]С-қа дейін өсуімен 0,1-ден 3,9%-ға артты.
15%Сs3PW12O40алюмосиликат катализаторы қатысында температураның 700-ден 800[0]С-қа өсуімен этилен мен метанның щығымы кемиді. Температура 700-800[0]С болғанда пропилен тұрақты түрде пайда болады. ОҚ өнімдердің шығымы температура 700[0]С болғанда 4,6% құрады. Оптималды селективтілік катализатор қатысында 700[0]С-та өнім мөлшері бойынша 47,8% құрайды. Өнімділік 1046,7 г С2Н4 кг∙Кт∙сағ және 168,7 г С3Н6 кг∙Кт∙сағ - 700[0]С.
15%Сs3PW12O40 енгізілген, клиноптилолит катализаторы қатысында, 800[0]С-та өнімдер келесідей шығыммен түзіледі: этилен - 20,9%, пропилен - 16,4% и метан - 36,5%. Айта кетерлігі, ОҚ өнімдердің түзілу мөлшері 500[0]С-та максималды, олардың шығымы 3,0%құрайды. Пропан-бутан қоспасының конверсиясы 700-800[0]С-та 74,1-77,7%.
1-кестеден көрініп тұрғандай, Ba3(PW12O40)2клиноптилолит катализаторы қатысында температураның 700[0]С-тан 800[0]С-қа өсуімен этилен шығымы 24,4 %-дан 25,9%-ға артады. Пропилен шығымы температураның 19,7-ден 12,0%-ға дейін ға кемиді. Төменгі 300-500[0]С температураларда ОҚ өнімдер түзілмейді деуге болады, ал700[0]С-та аз ғана - шығым 1,9%. Мақсатты өнім бойынша реакция температурасы 700[0]С болғанда селективтілік 50,2%-ды құрайды.
Pb3(PW12O40)2клиноптилолит катализаторы қатысында этилен 41,8%, пропилен 2,7% және метан 45,0% алынды (800[0]С). Температура 700-ден 800[0]С-қа өскенде пропилен мен метанның шығымы төмендейді. ОҚ өнімдердің максималды түзілуі 500[0]С кезінде 1,2% құрады.
16-суретте пропан-бутан қоспасының тотықты конверсиясының өнім шығымдарының температураға тәуелділігінің графикалық иллюстрациясы көрсетілген. График анализінен С2Н4 түзілуі үшін қолайлы температура 800[0]С, ал пропилен үшін 700[0]С екенін көреміз. Этилен шығымы бойынша үш үздік 15%-дық белсенді катализатор: - Na3PW12O40AlSi (В=39,8%, S=43,7%), Pb3(PW12O40)2клиноптилолит (В=41,8%, S=50,1%), Ba3(PW12O40)2алюмосиликат (В=44,3%, S=47,2%)екенін көреміз. Осылайша, пропан-бутан қоспасының этиленге тотықты конверсиясының үздік катализаторы Ba3(PW12O40)2AlSi (2а-сурет) болып табылады. С2Н4 бойынша реакцияның талғағыштығы бұл катализаторларда жоғары және ол 43,7-50,1% құрайды.
ОДПБ-да пропиленді алу жағдайында Тр=7000С тасымалдағышқа отырғызылған ГПҚ тұздары катализаторларының келесідей белсенділігінің өсу қатары алынды: (В% и S%): PbКл (5,4 және 6,7)CsAlSi (5,7 және 6,1) NaAlSi (10,9 және 12,2) CsКл (10,9 және 14,8) BaКл (19,7 және 21,5) BaAlSi, PbAlSi (20,6 және 22,4-22,9). Айта кетерлігі, этилен бойынша анағұрлым белсенді катализатор 15%Na3PW12O40AlSi пропилен бойынша белсенділігі төмен болып шықты (2б-сурет).
Оттекқұрамды өнімдер, негізінде, ацетальдегид пен құмырсқа қышқылы, көбіне 7000С температурада түзіледі. ОҚ өнімдердің жоғарғы шығымы 15%Cs3PW12O40AlSi (B=4,6%, S=4,8%) катализаторы қатысында байқалады (2в-сурет).
Крекинг өнімдерінің шығымы бойынша СН4 оңтайлы белсенділікті 8000С-та Ba3(PW12O40)2алюмосиликат және 7000С-та Pb3(PW12O40)2клиноптилолиткөрсетед і. Жоғарыда көрсетілген қосылыстарды алу үшін оңтайлы ктализаторлардың өнімділіктерң 1-кестеде және 1,2-суретте көрсетілген.
ОКПБ жалпы анализ нәтижелері мынадай:
- этилен шығымы 15%Вa3(PW12O40)2AlSi катализаторында оңтайлы Тр=800[0]С-та - 44,3%, өнімділік 1330,8 гкг∙Кт∙сағ немесе 8872,0 гкг∙ГПҚ∙сағ;
- пропилен шығымы 15%Pb3(PW12O40)2AlSi және 15%Вa3(PW12O40)2AlSi катализаторында оңтайлы, Тр=700[0]С-та - 20,6%, өнімділік - 602,4 гкг∙Кт∙сағ немесе 4016,0 гкг∙ГПҚ∙сағ;
- ОҚ өнімдер шығымы 15% Cs3PW12O40AlSi - Тр=700[0]С-та - 4,6%, өнімділік - 305,8, гкг∙Кт∙сағ немесе 2038,4 гкг∙ГПҚ∙сағ;
Зерттелген алюмосиликат және клиноптилолит тасымалдағышындағы катализаторлар мына қасиеттерге ие: бірегей өнімдер пропан-бутан қоспасының жартылай тотығу процесі 700-800[0]С температура аралығында түзіледі: олефиндер - этилен, пропилен, СН4, Н2, СО2 және 300-700[0]С ОҚ өнімдер; температураның 700-ден 800[0]С-қа өсуімен олефиндер мен крекинг өнімдерінің шығымы жоғарылайды; С3Н8-С4Н10 қоспасының конверсиясы әртүрлі катализаторларда температураның 300-ден 800[0]С-қа артуымен 4,5%-дан 97,4% өседі.

1-кесте. Пропан-бутан қоспасының тотықты конверсиясы өнімдері бойынша өнімділігіне және шығымына реакция температурасының әсері. Реакциялық қоспаның құрамы: С3-С4:О2:N2=1:2:7,5, С3-С4:Н2О=1:0,21, мол., W=12700сағ[-1], к=0,29с.
Кт - 15%MхPW12O40 тасымалдағыш - AlSi, клиноптилолит

Тр, С
Конверсия С3-С4, %
Шығым,% жіберілген пропан-бутан қоспасы
Селективтілік,%
Өнімділік

гкг∙Кт∙сағ
гкг∙ГПҚ∙сағ

КС
С2Н4
С3Н6
СН4
КС
С2Н4
С3Н6
КС
С2Н4
С3Н6
КС
С2Н4
С3Н6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Pb3(PW12O40)2алюмосиликат
300
8,0
0,1
0,0
0,0
0,0
1,3
0,0
0,0
7,1
0,0
0,0
47,7
0,0
0,0
500
13,9
3,9
0,0
0,0
0,0
27,7
0,0
0,0
256,5
0,0
0,0
1710,0
0,0
0,0
700
89,9
2,2
26,9
20,6
34,9
2,4
29,9
22,9
145,0
807,5
602,4
966,7
5383,0
4016,0
800
92,4
0,0
24,9
17,3
38,0
0,0
26,9
18,7
0,0
747,6
506,0
0,0
4984,3
3373,5

Na3PW12O40алюмосиликат
300
5,8
0,1
0,0
0,0
0,0
2,3
0,0
0,0
8,9
0,0
0,0
59,4
0,0
0,0
500
15,2
3,0
0,0
0,0
0,0
19,9
0,0
0,0
201,0
0,0
0,0
1340,0
0,0
0,0
700
88,8
1,8
32,9
10,9
43,5
2,1
37,0
12,2
125,2
986,9
317,3
834,4
6579,2
2115,0
800
91,0
0,0
39,8
13,0
40,4
0,0
43,7
14,3
0,0
1196,2
381,5
0,0
7974,8
2543,5

Ba3(PW12O40)2алюмосиликат
300
5,6
0,1
0,0
0,0
0,0
1,7
0,0
0,0
6,7
0,0
0,0
44,6
0,0
0,0
500
18,1
3,3
0,0
0,0
0,0
18,3
0,0
0,0
220,8
0,0
0,0
1472,1
0,0
0,0
700
91,6
3,9
24,4
20,6
38,8
4,2
26,6
22,4
257,9
732,7
602,4
1719,2
4884,6
4016,0
800
93,8
0,0
44,3
7,4
52,0
0,0
47,2
7,9
0,0
1330,8
216,9
0,0
8872,0
1445,8

Сs3PW12O40алюмосиликат
300
8,8
0,0
0,0
0,0
0,0
0,2
0,0
0,0
1,3
0,0
0,0
8,7
0,0
0,0
500
21,0
2,7
0,0
0,0
0,0
13,0
0,0
0,0
181,9
0,0
0,0
1212,6
0,0
0,0
700
94,4
4,6
34,8
5,7
25,6
4,8
36,9
6,1
305,8
1046,7
168,7
2038,4
6978,0
1124,5
800
97,4
0,0
16,9
5,7
24,0
0,0
17,3
5,9
0,0
508,4
168,7
0,0
3389,3
1124,5

1-кестенің жалғасы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Сs3PW12O40 клиноптилолит
300
9,3
2,0
0,0
0,0
0,0
22,0
0,0
0,0
136,3
0,0
0,0
908,4
0,0
0,0
500
13,6
3,0
0,0
0,0
0,0
22,5
0,0
0,0
204,5
0,0
0,0
1363,4
0,0
0,0
700
74,1
2,2
32,4
10,9
29,1
3,0
43,7
14,8
147,5
971,9
321,3
983,4
6479,6
2141,9
800
77,7
0,0
20,9
16,4
36,5
0,0
26,9
21,2
0,0
628,0
481,9
0,0
4186,8
3212,8

Ba3(PW12O40)2 клиноптилолит
300
4,5
0,0
0,0
0,0
0,0
0,3
0,0
0,0
24,5
0,0
0,0
163,5
0,0
0,0
500
15,3
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
50,2
0,0
0,0
335,0
0,0
0,0
700
91,6
1,9
24,4
19,7
38,8
2,1
26,6
21,5
127,3
732,7
578,3
848,7
4884,6
3855,4
800
93,0
0,0
25,9
12,0
42,7
0,0
27,8
12,9
0,0
775,5
353,4
0,0
5183,3
2356,1

Pb3(PW12O40)2 клиноптилолит
300
8,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,1
0,0
0,0
0,5
0,0
0,0
3,6
0,0
0,0
500
21,2
1,2
0,0
0,0
0,0
5,9
0,0
0,0
84,3
0,0
0,0
562,2
0,0
0,0
700
81,6
1,1
23,9
5,4
48,5
1,3
29,3
6,7
73,2
717,7
160,6
487,9
4784,9
1070,9
800
83,5
0,0
41,8
2,7
45,0
0,0
50,1
3,2
0,0
1256,0
80,3
0,0
8373,6
535,5

а-С2Н4; б-С3Н6; в-ОҚ өнімдер; г-СН4.
1 - сурет. ОДПБ өнімдерінің шығымының температураға, катион табиғатына тәуелділігі. Н3PW12O40 протон орынбасары - ГПҚ мен тасымалдағыш: алюмосиликат және клиноптилолит. Катализатор - 15% MxPW12O40тасымалдағыш

а-С2Н4; б-С3Н6; в-ОҚ өнімдер
2-сурет. Су буы қатысында 700-8000С-та 15%MxPW12O40 катализаторы, AlSi тасымалдағышы және клиноптилолит қатысында ОДПБ өнімдері бойынша өнімділік.
Әртүрлі технологиялық жағдайларда бастапқы қоспадағы пропан мен бутанның жартылай тотығу конверсиясының мақсатты өнімдерінің шығымы мен талғағыштығына әсерін зерттеу нәтижелері 1, 2-кестелерде көрсетілген.

2-кесте. Бастапқы қоспадағы пропан мен бутан қатынасының тотығу өнімдерінің шығымы мен селективтілігне әсері.
Катализатор, С3-С4:О2:N2:H2O, об%
к, с
Тр,[0]С
Конв. %
Өнім шығымы, %
Селективтілік,%

Σ КС
С2Н6
С2Н4
С3Н6
С4Н8
Н2
Σ КС
С2Н6
С2Н4
С3Н6
С4Н8
Н2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
15%Cs3PW12O40 Кл,
1:2:7,5:0,1, Пропан- 70, Бутан -30
0,29
300
9
2,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
22,2
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0

500
13
3,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
23,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.