Katalitska aktivacija metana za pretvorbo v višje ogljikovodike z mikrokinetičnim opisom : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2022

aktivacija   Disertacije   doktorske disertacije   kataliza   Metan   mikrokinetika   reaktor s strnjenim slojem   Univerzitetna in visokošolska dela

Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

Ob vse večji količini načrpanega zemeljskega plina večina metana ostaja še vedno neizkoriščenega predvsem na oddaljenih nedostopnih črpališčih. Zaradi njegove nizke cene in ob končnih zalogah nafte obstaja težnja k boljšem izkoristku metana. Za valorizacijo metana, to je njegovo pretvorbo v bolj uporabne spojine je zaželen čim bolj direkten način njegove pretvorbe. Osredotočili smo se na dva načina. Prvi je najbolj direkten, saj gre za neoksidativno pretvorbo metana v ogljikovodike z dvema C atomoma, pri čemer je za pretvorbo poleg metana potreben le ustrezen katalizator. Drugi način je bolj indirekten. Gre za brominacijo metana, pri kateri se lahko pridobi metil bromid, ki ga je možno pretvoriti v etilen. Mikrokinetični modeli lahko pripomorejo k razumevanju reakcij, ki se dogajajo na katalizatorjih in v tekočini (plinu ali kapljevini). Mehanizem sestavljajo elementarne reakciji in če sta mikrokinetični model in mehanizem pravilna model velja tudi za poljubno območje obratovalnih pogojev. Priprvem načinu valorizacije metana je problem predvsem v stabilnosti in selektivnosti katalizatorjev, saj imajo katalizatorji največkrat nizko selektivnost za želene produkte in se hitro deaktivirajo. Poskusili smo pripraviti stabilne katalizatorje z zeolitnimi nosilci. Vsi pripravljeni katalizatorji so se deaktivirali zaradi nalaganja koksa. Bolj stabilni so bili železovi katalizatorji vendar ne dovolj, da bi bili primerni za postavitev mikrokinetičnega modela. Pripravili smo še poznan katalizator s posameznimi atomi platine z nosilcem iz cerijevega oksida, ki je bil stabilen, čeprav se je tudi pri njem nastajal koks. Za ta katalizator in reaktor s strnjenim slojem smo postavili mikrokinetični model in naredili analizo občutljivosti. Tako smo lahko prepoznali najbolj pomembne reakcije. V drugem delu smo se ukvarjali z brominacijo metana. Zanimala nas je predvsemselektivnost za metil bromid. Komercialen zeolit SAPO-34 naj bi bil glede na literaturo selektiven katalizator za metil bromid. Izkazalo se je, da temu ni tako in da se selektivnost ne razlikuje od selektivnosti, ki jo je mogoče doseči brez katalizatorja. Material se je med reakcijo spreminjal in njegova kristaliničnost se je zaradi reakcije z vodikovim bromidom in dealuminacije zmanjševala. Dibromometan, ki med brominacijo metana nastaja lahkorazpada na SAPO-34, kar lahko zviša selektivnost za metil bromid ampak to nibistveno vplivalo na selektivnost za metil bromid. Izdelali smo mikrokinetični model brominacije metana v pretočnem reaktorju z laminarnim tokom, ki je pokazal katere so najbolj pomembne reakcije za selektivnost za metil bromid in za konverzijo metana.

07.08.2023