Показано, что на Мо-содержащих цеолитах типа пентасила с различным составом каркаса при 750 оС протекает неокислительная дигидроароматизация метана, которая сопровождается дезактивацией катализаторов вследствие коксообразования. Изучено влияние объемной скорости подачи метана и состава цеолитной матрицы на количество и свойства образующих продуктов уплотнения. Установлено, что наименьшее количество кокса, характеризующегося относительно невысокой степенью поликонденсации, образуется на цеолите с SiО2/Al2О3=40, содержащем наночастицы МО.

В работе представлены результаты исследований влияния структуры, морфологии и состава носителя Мо-содержащих цеолитных катализаторов на их активность в процессе неокислительной конверсии метана. Показана роль структурообразующей добавки, используемой при синтезе высококремнеземных цеолитов, на физико-химические и кислотные свойства полученных каталитических систем. Установлена зависимость активности и стабильности Мо-содержащих катализаторов от мольного отношения SiO2/Al2O3 в исходных цеолитах.

Представлены результаты исследования превращения метана в неокислительных условиях на молибденсодержащих цеолитных катализаторах, приготовленных методом твердофазного синтеза с использованием наноразмерного порошка Мо. Установлены кинетические закономерности протекания процесса при различных условиях реакции дегидроароматизации метана. Показано, что процесс конверсии метана может протекать как во внешнедиффузионной, так и в кинетической области в зависимости от расхода исходного сырья.

Изучен процесс неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды на цеолитах, модифицированных Mo и Ni. Методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения исследована структура и состав Ni-Mo/ZSM-5-катализаторов. Было показано, что в системе имеется два типа частиц: кластеры молибдена (размером 1 нм) во внутренних каналих цеолита, частицы карбида Mo и Ni-Mo на поверхности цеолита. На частицах Ni-Mo наблюдался рост нанотрубок. Изучено влияние добавки никеля к 4,0% Mo/ZSM-5-катализатору.

С использованием различных структурообразующих добавок и без них синтезированы высококремнеземные цеолиты структурного типа ZSM-5, на основе которых приготовлены Мо-содержащие каталитические системы. Исследованы их физико-химические свойства и активность в процессе неокислительной конверсии метана. Установлена высокая ароматизирующая активность и стабильность катализатора Мо/ZSM-5, полученного на основе цеолита, синтезированного с гексаметилендиамином.

Изучен процесс дезактивации вольфрамсодержащего цеолита на различных стадиях неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды. Выявлены факторы, приводящие к снижению активности катализатора. Исследовано распределение и состояние активных компонентов в каталитической ситеме. Установлена природа и определено количество углеродных отложений, образующихся на исследуемом катализаторе в ходе реакции.

В неокислительных условиях исследовано преаращение метана до бензола, толуола и нафталина при температуре реакции 750С и объемных скоростях 500-1500ч-1 на цеолитах, модифицированных методом пропитки гептамолибдатом аммония, механическим смешением с оксидом и нанорошком Мо. Установлено, что наибольшая конверсия метана за один проход и максимальный выход ароматических углеводородов достигается на образце, содержащем 4,0 мас.% наноразмерного порошка Мо. Изучена стабильность работы Мо-содержащих цеолтиных катализаторов в процесс дегидроароматизации метана при различных объемных скоростях подачи сырья, и установлено характерное наличие индукционного периода, обусловленно образованием активных форм Мо как на внешней поверхности, так и в каналах цеолита. С ростом объемной скрости подачи сырья уменьшается как продолжительность индукционного периода, так и время стабильной работы катализатров. Показано, что кислотные свойства Мо-содержащего цеолитного катализатора зависят от концентрации и способа введения молибдена.

Исследована конверсия этана в ароматические углеводороды на высококремнеземном цеолите ZSM-5 структурного типа, модифицированном цинком с использованием метода пропитки. Методами термопрограммированной десорбции аммиака, дифференциального термического анализа, просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и спектроскопии характеристического рентгеновского излучения изучен процесс дезактивации Zn-содержащего цеолитного катализатора на различных стадиях конверсии этана и установлены природа и распределение активных фаз и коксовых отложений на его поверхности. Показано, что катализатор Zn/ZSM-5 характеризуется относительно высокой активностью и стабильностью в процессе превращения этана в ароматические углеводороды.

На примере превращения метана, пропана и н-бутана в газообразные и жидкие продукты предложен новый подход к проведению неокислительной конверсии газообразных углеводородов в барьерном разряде. Основными газообразными продуктами являются водород и алканы С2-С4. Жидкие продукты реакции представлены алканами С5-С10+ преимущественно изомерного строения.

В сборнике представлены результаты научных исследований в области каталитической конверсии углеводородов. Опубликованы оригинальные работы, посвященные приготовлению и исследованию катализаторов и процессов каталитической конверсии метана и его гомологов под давлением, способом подготовки природного газа к дальнейшему транспорту и химической переработке в водород и другие ценные продукты. Расчитан на научных работников, инженеров-химиков, аспирантов, студентов, интересующихся вопросами химической переработки углеводородов и проблемой производства водорода, широко применяемого в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и пищевой промышленности.

Исследовано влияние способа получения Fe- и In-содержащих цеолитов на их физико-химические и каталитические свойства в процессах конверсии метанола в углеводороды и облагораживания прямогонной бензиновой фракции нефти. Введение In и Fe в цеолит повышает время стабильной работы катализаторов в конверсии метана и увеличивает их селективность в отношении образования алкенов и изоалканов. Наиболее эффективными катализаторами для получения высокооктановых бензинов из прямогонного бензина являются цеолиты, содержащие нанопорошки железа и индия.

Синтезированы высококремнеземные цеолиты семейства пентасил с силикатным модулем от 20 до 200. На их основе приготовлены катализаторы, содержащие никель, цирконий и платину, введенные различными способами. Изучено влияние величины силикатного модуля цеолита и модифицирования на кислотность и активность цеолитных катализаторов в процессе изомеризации н-октана. Определены оптимальные условия проведения изомеризации н-октана в присутствии исследуемых катализаторов.

Изучены кислотные свойства и каталитическая активнсоть модифицированных платиной и галлием высококремнеземных цеолитов типа ZSM-5 в процессе совместной конверсии бутана и гексана. Показано, что введение модифицирующих металлов (Ga, Pt) на стадии гидротермального синтеза изменяет кислотные и каталитические свойства исходного цеолита. Наибольшую эффективнсоть в процесс ароматизации исследуемых алканов проявляет Ga-HZSM-5. На всех образцах (H-ZSM-5, Ga-HZSM-5, Pt-HZSM-5) эффект своместного превращения бутана и гексана не обнаружен.

Методом гидротермального синтеза из щелочных алюмокремнегелей получены цеолиты структурного типа ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11 и ZSM-12, которые модифицировались цинком методом пропитки. Изучены их кислотные свойства и установлено, что катализаторы отличаются друг от друга распределением и соотношением кислотных центров разного типа. Показана возможность прямой химической переработки этана в ароматические углеводороды на Zn-содержащих цеолитах различного структурного типа. Установлено влияние структуры высококремнеземных цеолитов на активность и селективность приготовленных на их основе Zn-содержащих катализаторов. Показано, что наиболее эффективным ктализатором процесса превращения этана в ароматические углеводороды является цеолит структурного типа ZSM-5, модифицированный цинком.

Исследована неокислительная конверсия метана в ароматические углеводороды на высоких кремнеземных цеолитах ZSM-5, модифицированных наноразмерными порошками молибдена (4,0 мас.%) и серебра (0.1-0.5 мас.%). С помощью метода термопрограммированной десорбции аммиака получены данные о кислотных характеристиках катализаторов. Методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и спектроскопии рентгеновского характеристического излучения исследована микроструктура и состав каталитических систем Ag-Mo/ZSM-5. Показано, что модифицирование Мо-содержащего цеолита серебром приводит к повышению его активности и стабильности в процессе неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды.

Методом твердофазного синтеза с последующей термической обработкой при различной температуре получены Мо-содержащие цеолитные катализаторы неокислительной конверсии метана. С использованием методов рентгенофазового и термического анализов изучено состояние наноразмерного порошка Мо после его обработки при различной температуре. Установлено влияние температуры прокаливания катализатора Mo/ZSM-5 на его кислотные характеристики и активность в процессе дегидроароматизации метана.

Синтезированы цеолиты с высоким силикатным модулем с использованием гексаметилендиамина в качестве структурообразующей добавки. Исследованы их физико-химические и кислотные характеристики. Показано, что полученные цеолиты проявляют высокую активность и стабильность в процессе конверсии метанола.

Методом гидротермальной кристаллизации с использованием гексаметилендиамина в качестве темплата синтезированы индийсодержащие цеолиты. Исследованы их физико-химические и каталитические свойства в процессе конверсии метанола в углеводороды. Показано, что полученные катализаторы проявляют высокую каталитическую активность - конверсия метанола составляет 100%. Установлено, что введение индия в цеолит увеличивает селективность катализатора в отношении образования олефинов, что обусловлено снижением силы и концентрации его кислотных центров.

Показана возможность эффективной очистки углеводородов от сероводорода. Конверсия сероводорода при его удалении из метана находится в диапазоне 94-100 % об., из пропан-бутановой смеси – 45-55 % об. Величина энергозатрат на удаление сероводорода не превышает 3,5 кВт•ч/кг.

В реакции окислительного каталитического превращения природного газа изучено влияние высших углеводородв С2-С3 и сероводорода на процесс синтеза этилена. Показано, что присутствие высших углеводородов увеличивает производительность по этилену. При осуществлении реакции димеризации метана и дегидрирования С2-С3 углеводородов наблюдается перегрев реактора со снижением селективности процесса. Предложен способ реализации конверсии природного газа в этилен.

Получены кристаллы железосодержащих высококремнеземных цеолитов методом гидротермального синтеза, определены структурные характеристики и температурная зависимость электропроводимости синтезированных кристаллов. Установлено, что железо в кремнекислородный каркас не встраивается, а остается в составе фазы оксидов железа или в катионных позициях кристаллов цеолита.

Изучено совместное промотирующее влияние молибдена и галлия на каталитические свойства цеолита с силикатным модулем 40 в процесс конверсии природного газа в жидкие продукты. Показано, что дабавка катионов галлия к Мо-содержащему цеолиту приводит к повышению активности катализатора в процессе конверсии природного газа. Установлено, что максимальное количество ароматических соединений образуется на биметаллической цеолитной ситеме, содержащей 4,0% нанопорошка Мо и 1,0% оксида галлия.

Исследован процесс неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды на цеолите, модифицированном наноразмерным порошком вольфрама. Установлено, что наибольшая конверсия метана и максимальный выход ароматических углеводородов достигаются на катализаторе, содержащем 8.0 мас.% W. Методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и спектроскопии рентгеновского характеристического излучения изучена природа и распределение активных фаз в W-содержащем цеолите. Исследован процесс дезактивации катализатора W-HZSM-5 на различных стадиях конверсии метана и установлено распределение коксовых отложений на его поверхности.

Рассмотрено влияние механической обработки на сложные системы, содержащие твердую фазу и компоненты попутного нефтяного газа. Процесс осуществляется в планетарных шаровых мельницах при ускорении мелющих тел (стальных шаров) до 600 м/с2. Интенсивное механическое воздействие на материал шаров и стенок мельницы приводит к образованию активных центров, инициирующих реакции превращения компонентов газовой фазы. Показана возможность получения водорода и метана из углеводородных газов путем их механохимически инициированной деструкции. Проведение процесса в присутствии твердой фазы кристаллического кварца, активно генерирующей активные центры радикальной природы при механической обработке, повышает степень превращения исходных компонентов.