Мавжуд ва янги ташкил этилаётган саноат тармоқларининг иқтисодий мақсадга мувофиқлигининг асосий белгилари уларнинг техник-иқтисодий кўрсаткичлари ва экологик муаммоларидир

Мавжуд ва янги ташкил этилаётган саноат тармоқларининг иқтисодий мақсадга мувофиқлигининг асосий белгилари уларнинг техник-иқтисодий кўрсаткичлари ва экологик муаммоларидир. Маҳаллий нефтни қайта ишлаш саноатининг хусусиятлари ортиқча ҳаражатларни ўз ичига олади бунда нефтни бирламчи ва иккиламчи қайта ишлашда ҳаражатларнинг аниқ етишмаслиги ҳисобланади. 1988-1995 йиллардаги инқироз даврида ишлаб чиқариш ҳажмининг кескин пасайиши натижасида кўплаб нефтни қайта ишлаш заводларида ароматик бирикмалар ва бошқа турдаги нефт-кимё хом ашёларини ишлаб чиқариш қувватларининг тугатилишига олиб келди. Россиянинг гуллаб-яшнаши углеводород ишлаб чиқариш бундан ташқари углеводород хомашёси кўпроқ даражада қайта ишлаш билан боғлиқ. Барқарор саноат ривожланиши нуқтаи назаридан ва жамиятнинг ижтимоий тузилиши, шуни таъкидлаш мумкинки, биринчидан, нефт ва газ мажмуасининг қўшимча ишлаб чиқаришининг рубл мамлакат ялпи ички маҳсулотини (ЯИМ) 1,5-1,6 рублга оширади; иккинчидан, нефтни қайта ишлаш комплексига қўшимча капитал қўйилмаларнинг рубл миллий иқтисодиётнинг камида 1-2 рубл ўсишини таъминлайди. Нефт-кимё учун асосий қурилиш блоки бўлган этилен ишлаб чиқаришнинг ўсиши одатда ЯИМ ўсишига боғлиқ. Ривожланган мамлакатларда этилен ишлаб чиқаришнинг ўсиши ЯИМга нисбатан 1 - 1,1 га, саноатлашган юқори суръатларга эга бўлган мамлакатлар (Ҳиндистон ва Хитой) да этиленнинг - ўсиш суръати 1,7 баробар ЯИМнинг ўсиш суръати эса1,5 га тенг[1]. Шу муносабат билан ишлаб чиқариш технологияси ҳозирда Россияда ва дунёнинг саноат ривожланган мамлакатларида углеводород хом ашёсини термал пиролиз орқали қуйи алкенларни ишлаб чиқаришда паст унумдорлик, юқори энергия интенсивлиги, кенг турдаги қўшимча маҳсулотлар билан тавсифланади ва келажакда эса этилен ва пропиленнинг юқори ўсиш суръатларини таъминлай олмайди. Пропан-бутан фраксиясининг (ПБФ) термал пиролизда иштирок этиши кокс ҳосил бўлишининг кўпайиши ва энергия сарфини ошириш каби кўплаб технологик муаммоларни келтириб чиқаради. Бугунги кунда Россияда C₃-C₄ алканларини каталитик пиролиз ва каталитик конверсиялаш йўли билан қуйи алкенларни ишлаб чиқариш учун саноат қурилмалари мавжуд эмас. Чекловчи омил - бу юқори самарали катализаторларнинг етишмаслиги. 70-йилларда академик Х.М. Миначев [2] биринчи бўлиб синтетик ва табиий цеолитлардан, нефтни ва нефт газларини қайта ишлаш заводлари чиқинди газларининг углеводород компонентларини, шунингдек, газ конденсатини юқори октанли мотор ёқилғиси ва ароматик углеводородларга қайта ишлаш учун катализатор сифатида фойдаланишни ишлаб чиқди. Ушбу йўналиш пайдо бўлганидан бери ўтган йиллар давомида қуйи молекуляр оғирликдаги олефинлар ва парафинлар ўзгаришида цеолитларнинг каталитик таъсир қилиш механизми ҳақида ғоялар шакллантирилди, субстрат молекулаларининг турли табиатдаги кислота марказлари билан ўзаро таъсирини ҳисобга оладиган босқичма-босқич реакция схемалари таклиф қилинди бундан ташқари цеолит ​​катализаторларининг фаол юзаси ўрганилди ва бир қатор ҳолларда фаол марказларнинг тузилиши аниқланди. Бунга асосан замонавийлардан фойдаланиш ёрдам берди физик ва кимёвий усуллар (ИКС, ЭПР, ЯМР, РФЭС, электрон микроскоп, адсорбцион микрокалориметрия). Органик кимё институтида академик Х. М. Миначев ва Н.Д. Зелинский бошчилигида - қуйи молекуляр оғирликдаги углеводородларни турли структур топологияларига эга бўлган цеолитларда қимматли кимёвий маҳсулотларга каталитик ўзгартиришнинг назарий асосларини яратиш ва бу реакциялар учун янги самарали катализаторларни яратиш бўйича илмий йўналиш шакллантирилди. Ушбу илмий йўналишнинг ривожланишига СБ РAС Катализ институти (Новосибирск), Нефт кимёси СБ РAС институти (Томск) ва ВНИИНП (Москва) олимлари катта ҳисса қўшдилар. Шу билан бирга, енгил углеводород хомашёсини цеолит ​​ўз ичига олган катализаторларга (ЮКЦ) айлантиришни ўрганиш билан боғлиқ кўплаб илмий муаммолар мавжуд бўлиб, улар олиб борилган тадқиқотлар билан ҳал этилмаган. Шундай қилиб, қуйи алкенларни олиш учун цеолитлардан фойдаланиш амалда ўрганилмаган. Цеолитларда углеводородларни қуйи алкенларга айлантириш учун илгари тасвирланган барча механизмлар қуйи алкенларнинг ҳосил бўлиш босқичини ўз ичига олади, лекин селектив жараённи уларнинг шаклланишига йўналтиришга қодир бўлган катализаторлар кўп эмас. Цеолит ​​ўз ичига олган катализаторларни олиш учун ишлатиладиган кўплаб модификаторларнинг хоссалари тўлиқ аниқланмаган. Барқарорлик цеолит ​​ўз ичига олган катализаторлар учун катта муаммо, шу жумладан кокс ҳосил бўлишига қаршилик ва регенерация қобилиятига, шунингдек, цеолит ​​субстратига модификация қилувчи қўшимчаларнинг бириктирилишига каби кўплаб омилларга боғлиқ. Шу муносабат билан ушбу ишнинг мақсади ривожланиш эди ZSM-5 типидаги синтетик юқори кремнийли цеолитлар (ЮКЦ) асосида C₃-C₄ алканларини қуйи C₄-C₃ алкенларга айлантириш учун юқори самарали катализаторлар, ҳосил бўлган катализаторларнинг физик-кимёвий, каталитик хусусиятларини улар бўйича ПБП конвертацияси ўрганиш ва асосий қонуниятларини ўрнатишдан иборат.
Ушбу мақсадга эришиш учун қуйидаги вазифалар ҳал қилинди:
- қуйи молекуляр массали алканларни конвертация қилишда турли табиатдаги металларнинг ЮКЦ нинг кислотали ва каталитик хусусиятларига таъсирини ўрганиш;
- таркиби ўзгартирилган ЮКЦда ПБФ нинг қуйи алкенларга айланиши учун оптимал шароитларни яратиш;
- C₃-C₄ алканларини конвертация қилишда таркиби ўзгартирилган ЮКЦ нинг кислотали ва каталитик хусусиятлари ўртасидаги муносабатни ўрнатиш.
Илмий янгилик турли хил табиатдаги металларнинг C₃-C₄ алканларини қуйи алкенларга айлантиришда ЮКЦнинг кислотали хоссалари ва фаоллигига таъсирини ўрганишда бўлиб, бу қуйидагиларни аниқлашга имкон берди:
ЮКЦлар гидроксиди металлар билан ўзгартирилганда улар цеолитнинг Бронстед марказлари, қуйи алканларни конверсиялашнинг бир қатор иккиламчи реакциялари учун жавоб беради, бу эса, умуман олганда, C₂-C₃ алкенлари ҳосил бўлишининг селективлигини оширишга ёрдам беради; гидроксиди металлар орасида C₃-C₄ ни ЮКЦ асосида қуйи алкенларга айлантириш учун катализаторни олиш учун энг самарали модификатор литий хисобланади;
уларни тайёрлаш усуллари ва ишқорий металлар билан модификацияланган ЮКЦ асосида катализаторларни ишлаб чиқиш ва патентлаш C₂-C₅ парафин углеводородларини қуйи алкенларга айлантириш усулини ишлаб чиқиш;
ПБФ ни қуйи алкенларга айлантиришда ишқорий ер металлари билан модификацияланган ЮКЦлар ишқорий металлар билан модификацияланган цеолитларга нисбатан камроқ фаол ва селектив эканлиги аниқланди. ПБФ конвертацияси учун потенциал ўтиш металлига асосланган ЮКЦ промотерлари кўриб чиқилди. Ўрганилган металлар орасида энг фаол промотерлар мис ва кумушдир. ПБФ конверсиясида ЮКЦни литий ва мис билан ўзгартириш усулларининг кислота ва каталитик хусусиятларга таъсири ўрганилди. Бу элементлар билан қаттиқ фазали модификация қилиш металл катионларини цеолитга киритишнинг бошқа усулларига нисбатан бир қатор афзалликларга эга эканлиги аниқланган. Биринчи марта ZSM-5 типидаги цеолитлар асосида “литий – ўтиш металли” металл тизими билан модификацияланган катализаторлар олинди. Шу тарзда яратилган катализаторлар ПБФ конверсиясида юқори фаоллиги, алкенлар ҳосил бўлишида юқори селективлиги, паст коксланиши ва барқарорлиги юқорилиги билан ажралиб туради. Олинган ЮКЦ ёрдамида C₃-C₄ алканларини қуйи алкенларга айлантириш учун оптимал шароитлар топилди.
Ишнинг амалий аҳамияти. шунингдек ПБФ ни қуйи алкенларга айлантириш усулида ишлатиладиган ЮКЦ типдаги катализаторлар ва уларни тайёрлаш усуллари ишлаб чиқилган ва патентланган. ПБФ фракцияси алканларини биз танлаган катализаторлар иштирокида қуйи алкенларга айлантириш учун оптимал шароитлар яратилди.
Ҳимояга тақдим этилган асосий қоидалар: Ишқорий ва ишқорий ер гидроксидлари ва баъзи ўтиш металлари билан ўзгартирилган ЮКЦ асосидаги цеолитларнинг структуравий, кислотали ва каталитик хусусиятларидаги ўзгаришларнинг асосий қонуниятлари ўрганилди; Ишқорий ва ишқорий ер гидроксидлари ва баъзи ўтиш металлари билан модификацияланган цеолитлар ишлаб чиқариш усули ва ПБФ ни қуйи алкенларга айлантириш қонуниятлари ўрганилди. Литий-мис ва литий-кумуш цеолитларда ПБФ конвертациясининг хусусиятлари таққосланди.
ZSM-5 типидаги юқори кремнийли цеолитларни ва уларга асосланган катализаторларни синтез қилиш ва тайёрлаш.
Юқори кремнийли цеолитлар ишқорли алуминокремний гелларидан зангламайдиган пўлатдан ясалган автоклавларда 175 °C ҳароратда 6 кун давомида гидротермик синтез йўли бўйича олинган [134].
Дастлабки реакция аралашмаси суюқ шишага (29% SiO₂; 9% Na₂O; 62% H₂O) аналитик тоза алюминий нитратнинг Al(NO₃)₃· H₂O сувли эритмасини қўшиш орқали тайёрланган;бунда шаблон сифатида гекса -метилендиамин ишлатилган интенсив механик аралаштириш билан реакция аралашмаси pH қиймати, 0,1 н HNO₃ эритмасини қўшиб ўрнатилди. Кристалланиш жараёнини "бошлаш" учун реакция аралашмасига ЮКЦ кукуни (1,5 г) қўшилди.
Кристалланиш тугагандан сўнг, қаттиқ фаза дастлабки эритмадан ажратиш учун Бюхнер воронкасида филтрланган, дастлабки эритмаси рН-9 га етгунча дистилланган сув билан ювилган, шаблонни олиб ташлаш учун 110 °C да 12 соат давомида қуритилган ва 550 °C да 8 соат давомида куйдирилади. Ушбу усул ёрдамида кристаллик даражаси 75 дан 94% гача бўлган турли SiO₂/Al₂O₃ нисбатлари (27,33,49,50,70,90,110,125) бўлган 8 та ZSM-5 намунаси олинди. Ферросиликат синтез босқичида алюминий нитратнинг маълум миқдорини темир (III) нитрат Fe(NO₃)₃·9H₂O аналитик тоза билан алмаштириш орқали олинган.
Цеолитларни декантация қилиш учун аммоний хлориднинг 25% ли сувли эритмаси билан 100 г эритма учун 10 г цеолит ​​миқдорида амалга оширилди. Тегишли эритма ичига жойлаштирилган цеолит ​​механик аралаштириш билан сув ҳаммомида 90 °C ҳароратда 4 соат давомида сақланади. Шундан сўнг, чўкма Бюхнер воронкасида филтрланади, дистилланган сув билан ювилади, қуритилади ва 6 соат давомида 550 °C ҳароратда муфелли печда куйдирилади.