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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Исследовано влияние концентрации W и способа его введения в пентасилы ZSM-5 с различным мольным отношением SiO2/Al2O3 на кислотность и активность в неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды. Показано, что наиболее активны и стабильны катализаторы, полученные с использование пентасила с SiO2/Al2O2=40 и наноразмерного порошка вольфрама. Установлено, что максимальная конверсия метана и наибольший выход ароматических углеводородов достигаются на цеолите, содержащем 8.0 мас. % нанопорошка W.

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.

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.

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.

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.

Изучен процесс превращения широкой фракции легких углеводородов в ароматические соединения в присутствии высококремнеземных цеолитных катализаторов. Показано, что основные параметры процесса - температура, давление и расход сырья, а также состав катализатора и соотношение компонентов в исходной газообразной смеси - оказывают существенное влияние на конверсию газообразных углеводородов и выход жидких продуктов. Установлено, что проведение окислительной регенерации каталазатора, отработавшего в одном реакционном цикле не менее 100 ч. приводит к практически полному восстановлению его первоначальной активности.

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.

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.

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.

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.

Методом гидротермальной кристаллизации щелочных алюмокремнегелей получены элементоалюмосиликаты, содержащие в своей структуре Fe, Ga, Zr или In. Исследована каталитическая активность синтезированных образцов в процессе ароматизации низших алканов С3-С4 и показано, что исходное газообразное сырье на всех катализаторах превращается практически полностью, а наибольшее количество ароматических углеводородов образуется на Zr- и Ga-алюмосиликатах.

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.

Проведен сравнительный модельный анализ возможностей даун-конверсии в терагерцовый (ТГц) диапазон излучения фемтосекундных, полностью твердотельных Ti:Sapphire-лазерных систем и гибридных систем на основе того же типа лазеров с генераторами гармоник на нелинейных кристаллах LBO, снабженных усилителями на молекулах эксимерных газов XeF(C-A) и XeCl(C-A). Установлено, что при охлаждении кристалла до температуры 80 Л коэффициент оптических потерь в диапазоне 0.2-1.5 ЕГц в направлении оси Х линейно падает в 5-6 раз до уровня 0.1-0.2 см-1. Показано, что при современном состоянии разработок использование гибридных лазерных систем в качестве источников накачки позволяет получить преимущество в мощности генерируемых ТГц-импульсов от 3.5 до 20 крат.

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.

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.

Представлены результаты исследования состава жидких, летучих продуктов и остатка конверсии высокосернистого природного асфальтита потоке сверхкритической воды при 400 оС, 30 МПа без и при добавлении в асфальтит алюминиевой и цинковой стружки (Al и Zn). Продукты исследованы с помощью методов элементного и рентгенодифракционного анализа, ИК-, ЯМР 1Н и масс-спектрометрии и ГХ/МС. Выделение тепла и водорода при окислении металлов сверхкритической водой обеспечило более глубокую конверсию и десульфуризацию асфальтита за счет его термической деструкции и гидрирования. Доля нерастворимого остатка конверсии уменьшилась при добавлении Al и Zn от 44,5 до 11,3 и 26,3 %, соответственно. Степень десульфуризации асфальтита при СКВ конверсии в присутствии Al составила более 70 %, а в присутствии Zn − более 60 %. Установлено, что при добавлении металлов к асфальтиту увеличилось содержание масел в жидких продуктах конверсии. Эти жидкие продукты характеризуются меньшим содержанием карбонилсодержащих веществ и сульфоксидов. Смолы и асфальтены жидких продуктов, полученных при СКВ конверсии в присутствии добавок, содержали больше азота и ароматических фрагментов, но меньше серы, чем полученные при конверсии без добавок. Добавление металлов привело к увеличению в жидких продуктах содержания полициклических ароматических углеводородов и гетероатомных соединений. В частности, в маслах увеличилось содержание таких соединений с общим числом колец от 3 до 6.

В книге рассматриваются различные методы производства и очистки водорода и синтез-газа и указываются основные области применения водорода в промышленности. Приводятся также физико-химические свойства и константы водорода. Книга рассчитана на инженерно-технический персонал предприятий и институтов, встречающихся в процессе своей работы с вопросами производства и очистки водорода и синтез-газа. Она может быть полезна лицам, изучающим технологию нефти и газа, искусственного жидкого топлива и связанного азота.

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.

Исследовано влияние добавок азота, аргона и гелия на процесс окисления пропилена в барьерном разряде. Показано, что добавление азота и аргона к исходной смеси приводит к увеличению выхода окиси пропилена, а гелия - к снижению выхода окиси. Конверсия пропилена увеличивается при добавлении азота, аргона и гелия.

В монографии обобщены результаты детального изучения состава высокосернистого природного асфальтита жильного типа и продуктов его термического превращения при автоклавной конверсии в сверхкритической воде, акватермолизе в проточном реакторе при 175-575С, флэш-пиролизе асфальтита, асфальтенов, масел, смол при 400 и 650С. Исследования проведены с использованием анализа элементного и компонентного состава, спектрофотометрии, ИК- и ЭПР-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, газожидкостной хроматографии, хроматомасс-спектрометрии. Изложенные материалы расширяют представления о строении смолисто-асфальтеновых и масляных компонентов нефтей и природных битумов, путях катагенетического преобразования органического вещества осадочных пород при воздействии природных и техногенных факторов и являются научной основой для совершенствования и разработки способов переработки природных битумов. Книга представляет интерес для научных работников, аспирантов и студентов, проводящих исследования в области химии и геохимии нефти и природных битумов, их добычи и переработки.

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.

Предложено новое определение понятий "кислота" и "основание". Обсуждается единая природа неорганических и органических структур. Даны представления о кислотных и основных центрах и их размещении в структуре слоистых металлосиликатов, алюмосиликатных, цеолитных и алюмоникельмолибденовых гетерогенных катализаторах. С физико-химических позиций рассмотрены механизмы реакций расщепления углеводородов в реакциях крекинга, гидрокрекинга, гидрирования и гидрообессеривания, минуя карбоний-ионный механизм. Книга может быть полезна длдя студентов и аспирантов химических специальностей, а так же для научных сотрудников, занимающихся катализом.