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.

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.

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.

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.

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.

Методами электронной микроскопии высокого разрешения, спектроскопии характеристического рентгеновского излучения и ЭПР исследованы микроструктура и состав MoZSM-5 катализаторов с содержанием молибдена 4.0 мае. %. Показано, что в ходе неокислительной конверсии метана при 750°С в цеолите стабилизируются два вида молибденсодержащих частиц: частицы карбида молибдена с размерами 2-10 нм, находящиеся на поверхности цеолита, и кластеры (размеры менее 1 нм) внутри его каналов. По данным ЭПР обнаруженные кластеры содержат окисленную форму молибдена Мо5+. Поверхностные частицы Мо2С дезактивируются на начальном этапе реакции, что связано с конденсацией на их поверхности углерода в форме графита. Центрами активации метана являются, преимущественно, кластеры окисленного молибдена, локализованные в открытых молекулярных порах цеолита. Дезактивация катализатора происходит после накопления кокса на поверхности и в порах цеолита после 420 мин его работы.

В сборник вошли статьи, представленные работниками вузов, научно-исследовательских институтов и промышленных предприятий, касающиеся научных основ формирования катализаторов. Рассматриваются процессы, протекающие в многокомпонентных катализаторах при их прокаливании и восстановлении, отмечена взаимосвязь химического катализатора и газовой фазы.

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.

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.

В сборнике представлены материалы совещения по научным основам технологии катализаторов. Совещание организовано Координационным центром в соответствии с планом работ научно-технического сотрудничества стран-членов СЭВ по проблеме "Разработка новых промышленных катализаторов и улучшения качества катализаторов, применяемых в промышленности", основной целью которого являлось обсуждение со специалистами стран основных направлений развития сотрудничества в области научных основ технологии катализаторов. Совещание состоялось в г. Новосибирске в мае 1975 г.

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.

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.

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.

Разработка блочных катализаторов сотовой структуры была начата в ИК СО РАН в конце 80-ых годов, а их первое опытно-промышленное производство было организовано на ПЗВЭИ в 1983 году. В настоящем сборнике представлены новые результаты по приготовлению, исследованию и практичному применению блочных носителей и катализаторов сотовой структуры в нашей стране за время, прошедшее после проведения I Всесоюзного совещания. Результаты показывают перспективность выбранного направления исследований для создания нового поколения отечественных блочных носителей и катализаторов и новых технологических процессов. Сборник рекомендуется специалистам, работающим в области катализа, химической технологии и охраны окружающей среды.

В сборнике трудов совещания "Синтез и каталитические свойства комплексов переходных металлов, закрепленных на поверхности носителей" отражены результаты исследований, выполненных в СССР и в ряде социалистических стран, по синтезу и изучению состава и каталитических свойств комплексных соединений переходных металлов на носителях. Материалы сборника отражают практически все проблемы новой области приготовления катализаторов, включая общие вопросы синтеза и исследования нанесенных комплексов, а также использования полученных катализаторов для процессов полимеризации, олигомеризации, теломеризации, гидрирования, гидроформилирования, гидросилилирования, окислительно-восстановительных и прочих реакций.

В сборнике представлены пленарные доклады, прочитанные на II Всесоюзном совещании "Научные основы приготовления и технологии катализаторов" 26 - 28 сентября 1989 г. в г. Минске. Совещание было организовано Научным советом ГКНТ СССР по проблеме "Катализ и его промышленное использование", Институтом физико-органической химии АН БССР, Институтом катализа СО АН СССР и Минским областным правлением ВХО им. Д. И. Менделеева. Со времени I Всесоюзного совещания проделана значительная работа, обрисовались контуры нового направления науки - "научные основы приготовления и технологии катализаторов". Возникли новые, нетермические методы активации и повышения реакционной способности твердых взаимодействующих фаз: термохимические, плазмохимические, механохимические, электронно-лучевые, ультразвуковые и т. д. Дальнейшее развитие получили работы в области закономерностей формирования катализаторов традиционными методами, включающие способы регулирования структурно-механических свойств, степени окристаллизованности, фазового состава, морфологических характеристик кристаллов, распределения и дисперсности нанесенных активных компонентов, образования интерметаллических фаз и пленочных систем, цементосодержащих катализаторов и т. д. На этой основе появились новые технологии носителей и катализаторов. В представленном сборнике пленарных докладов рассмотрены многие аспекты, относящиеся к этой важной области науки и производства.

Сборник включает обзорные статьи ведущих отечественных и зарубежных специалистов в области катализа. Излагаются физико-химические основы некоторых стадий приготовления катализаторов и новейшие достижения в области технологии ряда промышленных катализаторов. Книга представляет интерес для научных и инженерно-технических работников научных учреждений и предприятий химической промышленности, связанных с разработкой и приготовлением катализаторов.

В сборнике представлены материалы семинара по научным основам технологии катализаторов, состоявшегося в апреле 1980 г. в г. Враца (НРБ). Это второе мероприятие, проводимое в рамках темы III.4 "Разработка научных основ технологии катализаторов". Материалы первого семинара опубликованы в оперативно-информационных материалов Координационного центра (Новосибирск, 1976 г.).

В сборнике представлены работы, посвященные вопросам создания высокопрочных гранулированных носителей и катализаторов, способам улучшения структурно-механических свойств этих материалов, исследованию влияния реакционной среды и эксплуатационных воздействий на структурно-механические свойства катализаторов, а также методам измерения прочностных характеристик носителей и катализаторов. В сборник вошли материалы, обсуждаемые на всесоюзном семинаре по проблемам прочности гранулированных носителей и катализаторов, организованном Институтом катализа СО АН СССР, проходившем в октябре 1987 г. в г. Новосибирске. Сборник предназначен для научных сотрудников, инженеров, работников высшей школы, аспирантов и студентов, интересующихся проблемами прочности дисперсных материалов.

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.