Исследование каталитической активности гетерогенного катализатора приготовленного из производственных отходов АЗФ

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

Формованный термообработанный катализатор испытывали в процессе гидрокрекинга отходов резины на лабораторной установке проточного типа (рисунок 23) со стационарным слоем катализатора в атмосфере аргона при следующих технологических параметрах: температура (400 °С), давление (Р_Ar = 5МПа).

Рисунок 23 – Установка высокого давления для гидрогенизации в периодическом режиме

Исследование каталитической активности проводили по следующей методике [24, 25, 26]: навеску 15 г. мелкоизмельченной резины (0, 4 – 0, 6мм) смешивали с 15 г. мазута (фракция 650 °С), выполняющего функцию пастообразователя, и 0, 67 г. исследуемого катализатора. Процесс проводили при температуре 400 °С и давлении аргона 5 МПа в течение одного часа. Выход жидкого продукта составил 19, 97 г. выход газообразной фазы – 10 г. Полученную жидкую фракцию подвергали перегонке в результате получены следующие фракции: 0-180 °С – 4, 92 г.; 180-250 °С – 3, 67 г.; 280-320 °С – 4, 37 г.; остаток – 7, 01 г.

По данным хроматографии (рисунок 24) было установлено, что в результате гидрокрекинга отходов резины на термообработанном катализаторе были получены в основном группы парафинов, изопарафинов, нафтеновых и ароматических углеводородов[27, 28, 29].

Рисунок 24 – Хроматограмма катализата гидрокрекинга отходов резины

Массовые доли групп продуктов были получены в следующем соотношении: парафины (3, 374 %), изопарафины (33, 280 %), ароматика (8, 870 %), нафтены (3, 394 %).

Влияние температуры на конверсию отходов резины показало, что оптимальной в данном процессе является температура 400 ^оС (таблица 23). Из данных таблицы 23 видно, что при температуре 400 ^оС выход бензиновой фракции выкипающей в пределах температур 60-180^оС составляет 24, 64%, что является положительным моментом, однако с увеличением температуры наблюдается усиление крекирующей функции катализатора приводящей к возрастанию выхода газовой фазы. Уменьшение температуры с 400 до 350^оС приводит к снижению выхода газовой фазы, а так же к уменьшению бензинового дистиллята с 24, 6 до 1, 78%, что предположительно связано со снижением каталитической активности катализатора при пониженной температуре [30].

Таблица 23 – Влияние температуры на выход жидкой фазы в процессе термокаталитической конверсии отходов резины (m_kt=0, 67, m_пт=15г, m_рез=15г, t=15мин)

Навеска катализатора, Г	Давление, МПа	Выход газовой фазы, %	Выход жидких продуктов, масс.%	Выход шлама масс%
60-180^оС	180-250^оС	250-320^оС
	5, 0	1, 2	-	-	28, 4	71, 6
	5, 0	2, 0	-	-	32, 2	67, 8
	5, 0	2, 4	-	1, 1	35, 1	63, 8
	5, 0	3, 8	-	10, 2	32, 0	57, 8
	5, 0	11, 3	1, 78	18, 3	21, 2	58, 72
	5, 0	33, 43	24, 64	18, 38	21, 88	35, 1

Было изучено влияние навески исследуемого катализатора на выход жидкой фазы гидрогенизации резиновых отходов (таблица 24). Из таблицы 24 видно, что навеска катализатора 0, 67 г является наиболее оптимальной для выхода жидкого продукта в котором преобладает бензиновая фракция [31].

Изменение соотношения резины и пастообразователя от 1: 1 до 1: 3 не значительно отражается на выходе жидкой фазы, но благоприятно влияет на протекание гидрогенизационных процессов в частности процесса гидрирования, что способствует улучшению качества получаемых жидких продуктов. Так октановое число дистиллята выкипающего в пределах температур от 60-180 ^оС по исследовательскому методу составил 77 пунктов [32].

Таблица 24 – Влияние навески катализатора на выход жидкой фазы (Т = 400 ^оС, m_рез= 15г, m_пт= 15г, t = 15мин)

Навеска катализатора, Г	Давление, МПа	Выход газовой фазы, %	Выход жидких продуктов, масс. %	Выход шлама, масс. %
60-180^оС	180-250^оС	250-320^оС
0, 50	5, 0	38, 5	20, 0	13, 2	15, 4	51, 4
0, 67	5, 0	33, 43	24, 64	18, 38	21, 88	35, 1
1, 00	5, 0	41, 2	18, 5	11, 4	22, 1	48, 0
1, 50	5, 0	42, 6	19, 0	12, 0	18, 1	50, 9

Катализатор приготовленный на основе отходов АЗФ состава: отходы Аксуского ферросплавного завода + неакт.глина – кальцит (1/8 часть) + силикат натрия (связующее) использовали в реакции каталитического крекинга углеводородного сырья на основе нефти – газойль (дизельное топливо 240-350 ^°С) – на стационарной лабораторной установке. Объем катализатора – 75 мл.

Катализатор использовали в виде гранул: L=1, 5-2 cм, d=10 мм.

В результате были получены фракции: газойль, бензин, ср.дистиллят.

Материальный баланс процесса (500 °С):

39, 93 г. (исходное сырье) = 71, 75 % (жидк. фаза) + 1, 998 % (газ. фаза) + 26, 252 (смол.остаток + потери).

Материальный баланс процесса (450 °С):

39, 90 г. (исходное сырье) = 95, 98 % (жидк. фаза) + 0, 428 % (газ. фаза) + 3, 592 (смол.остаток + потери).

Результаты эксперимента отображены в таблице 25.

Таблица 25 – Результаты эксперимента по исследованию активности гетерогенного катализатора на основе отходов АЗФ в процессе каталитического крекинга газойля

Т, ^°С	Р, атм	V, мл/мин	m сырья, г	Выход жидких продуктов	V газа, л (н.у.)	d, г/л	V СО₂, л	V непред., л
m _{жид.прод.}, г	m _бенз., г (100-200⁰С)	m _{ср.дист.}, г (201-270⁰С)
	690, 0 (294К)	1, 5	39, 93	28, 65	9, 58	11, 77	1, 1 (0, 927)	0, 8600	0, 005	0, 0030
	693, 7 (293К)	1, 5	39, 90	38, 30	7, 55	12, 80	0, 6 (0, 509)	0, 8417	0, 009	0, 0034

Таким образом, катализаторы, полученные на основе отходов АЗФ, показывают высокую активность в процессах вторичной переработки тяжелых нефтяных фракций. Так, при температуре 450 °С, происходит практически полная конверсия исходного сырья в ценные углеводородные фракции.

Заключение

1 Был произведен отбор проб отходов производства Аксуского завода ферросплавов с территории золошламонакопителя.

2 Выполнен элементный анализ образцов с применением современных спектральных методов. В результате было выявлено наличие в отходах ценных элементов (хром, марганец, железо и др.), широко использующихся для приготовления катализаторов для различных нефтехимических процессов. Эти элементы обуславливают высокий потенциал использования отходов производства АЗФ для синтеза катализаторов. Данный способ утилизации изучаемого вида отходов характеризуется высокой добавленной стоимостью вследствие того, что в результате получаются технологичные продукты позволяющие проводить процессы с получением ценных фракций и соединений.

3 На основе пробных данных, полученных из золошламонакопителя Аксуского ферросплавного завода был реализован, алгоритм обратного распростанения ошибки в среде Matlab, используя специальный модуль работы с нейронными сетями “Neural Network Toolbox”. Полученные на этапе сбора пробные данные, прошедшие этап элементного анализа, были занесены в память компьютера в виде подходящем для их обработки программными средствами. Был изучен математический аппарат, который лежит в основе алгоритмов обучения нейронной сети. На основе анализа различных алгоритмов обучения был выбран алгоритм обучения обратного распространения ошибки, в силу того, что он больше всех подходит для решения задач прогнозирования и аппроксимации, и конкретно в случае задачи аппроксимации концетраций элементов дает наилучшие результаты по сравнению с другими алгоритмами. На основе функциональных возможностей среды Matlab по визуализации трехмерной графики были построены карты распределения каждого из элементов в отдельности, а также целостная интегральная карта распределения элементов по территории озера, в который поступают отходы. Данные результаты позволяют произвести детальный расчет суммарных концентраций, опираясь на достоверную модель. В свою очередь расчет суммарных концентраций лежит в основе количественной оценки предотвращенного экологического ущерба в результате мероприятий по утилизации отходов.

4 На основе компонентов отходов ферросплавного производства приготовлен Mn-Fe-содержащий полимермодифицированный катализатор, нанесенный на неорганический носитель и гетерогенный катализатор, приготовленный путем формования и прокаливания золо-шламовой массы отходов производства АЗФ. Таким образом, получены катализаторы двух типов, применимые для разных процессов, что показывает универсальность использования отходов и доказывает возможность использования данного вида отходов для синтеза катализаторов различной природы и строения.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 67