Применение промышленного катализатора НТК-4 для синтеза бутиронитрила

АННОТАЦИЯ

Изучена каталитическая активность промышленного катализатора НТК-4 в реакции каталитического взаимодействия бутилового спирта с аммиаком. Изучены  влияния температуры, стабильность  катализа-тора и соотношение исходных веществ  на протекание процесса.

ABSTRACT

The catalytic activity of the NTK-4 industrial catalyst in the catalytic reaction of butyl alcohol with ammonia was studied. The influence of temperature, catalyst stability, and the ratio of starting materials on the process was studied.

Ключевые слова: катализатор , каталитическая активность, бутиронитрил, бутиловый спирт, объемная скорость, производительность реакции.

Keywords: catalyst, catalytic activity, butyronitrile, butyl alcohol, space velocity, reaction rate.

Введение

В связи с постоянным расширением сферы применения и масштабов использования азотсодержащих органических соединений большую акту-альность  приобретают исследования, направленные на создание новых высокоэффективных методов их получения.

Широкое использование медьсодержащих катализаторов в различных процессах в частности синтезе нитрилов, определяет пристальное внимание к изучению формирования активной поверхности этих катализаторов. В литературе известно, что введение катионов металлов Al, Ga, Zr и Cr оказывает промотирующее действие на медноцинковые оксидные катализаторы. Ранее [1-2] нами был успешно применен медьсодержащий промышленный катализатор СНМ-1 в синтезе различных нитрилов из спиртов и аммиака. Целесообразно было проводить специальные эксперименты по изучению активности промышленного катализатора НТК-4 в синтеза алифатических нитрилов из спиртов и аммиака.

Экспериментальная часть

Цианирование бутилового спирта  аммиаком проводили в газовой фазе при атмосферном давлении на проточной установке. Установка представляла собой электрическую трубчатую печь с помещенным в нее стеклянным реак-тором. Температура измерялась хромель копелевой термопарой, соединен-ной с потенциометрам , и регулировалась терморегулятором с точностью  1⁰С. Жидкие продукты синтеза проводили методом газовой хроматографии на хроматографе ЛХМ-8МД с детектором по теплопроводности. Условия  хроматографирования ; неподвижная жидкая фаза OV-225 нанесенная в количестве 15 % на твердый носитель хезасорб N- АW с размером зерен 0,250 – 0,325 мм, предварительно обработанный 5 % раствором едкого калия в этаноноле, скорость потока газо-носителя азота 45 мл /минут.

Результаты  исследования  и обсуждение.

Влияние температуры на каталитическую активность промышленного катализатора НТК-4 в синтезе бутиронитрила изучалось в интервале температур 250-450⁰С с интервалом 25⁰С. Полученные при этом результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты по изучению влияния температуры на процесс цианирования бутилового спирта  аммиаком  в присутствии катализатора НТК-4

(Удельная скорость подачи спирта 4,75 моль/кг.кат.час., парциальное давление спирта 0,025 МПа, аммиака 0,075 МПа)

Как видно из данных табл.1, температура оказывает существенное влияние на относительные количества целевых и побочных продуктов в получаемых продуктах. Зависимость выхода нитрила от температуры носит экстремальный характер с максимумом вблизи 300 ^оС. При этой температуре выход бутиронитрила возрастает до 88,6 %, а количество побочных продуктов достигает 6,5 %. Производительность процесса при этом составляет 620,2  г/л.кат.час

При более высоких температурах наблюдается заметное ускорение побочных реакций гидрирования и деструкции исходного спирта, тогда как понижение температуры приводит к обогащению получаемых продуктов непрореагировавщим бутиловым спиртом.

Помимо активности и селективности, одним из важнейших параметров, характеризующих катализаторы, является их стабильность. В связи с этим были проведены длительные эксперименты по синтезу бутиронитрила в присутствии промышленного катализатора НТК-4. Полученные при этом  результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты по изучению стабильности катализатора НТК-4 в процессе синтеза бутиронитрила из бутилового спирта и аммиака

Удельная скорость подачи спирта  4,754 моль/кг.кат.час.,температура 300 ^оС парциальное давление спирта 0,025 МПа, аммиака 0,075 МПа)

Из приведенных в табл.29 данных видно, катализатор НТК-4 во время проведения экспериментов фактически не снизил свою каталитическую активность. Таким образом, катализатор НТК-4 оказался весьма эффективным в процесс цианирования бутилового спирта.

На селективность процесса цианирования спиртов в присутствии гетерогенных  катализаторов также существенное влияние оказывает соотношение исходных продуктов. При изменение соотношение исходных продуктов изменяется парциальное давление компонентов. В зависимости от кинетических закономерностей (от парциальных давлений каких компонентов зависит конечное скорость протекающих процессов) и от характера применяемых катализаторов, зависимость может быть по разному. Анализ литературных данных показывает, что максимальный выход индивидуальных нитрилов из соответствующих спиртов и аммиака в присутствии различных катализаторов происходит при молярном соотношении исходных веществ 1 : 3 (спирт : аммиак). Эксперименты проводили в присутствии промышленного катализатора НТК-4 в интервале объемных соотношений бутиловый спирта – аммиак 1 : 1 – 1 : 6. Полученные экспериментальное данные представлены в табл.3.

Таблица 3.

Влияние объемного соотношения исходных продуктов на выход нитрила

(Температура 300⁰ С , объемное скорость 4,754 моль/кг.кат.час ^-1 ).

Как видно из данных табл. 3, объемное соотношении исходных веществ существенно влияет на селективность и активность катализатора. При стехиометрическом соотношении исходных веществ выход нитрила составляет всего 29 %. Это объясняется тем что основная часть аммиаки разлагается по водород и азот. Это приводит к уменьшено парциального давления аммиака , что проводит к уменьшению выхода нитрила. В газообразных продуктах реакции наблюдается присутствии большого количестве азота. С повышением парциального давления аммиака в исходной смеси увеличивается выход нитрилов. Начиная с соотношения 1: 3 выход нитрилов фактически не имеется.

Выводы.

1. Исследована каталитическая активность промышленного катали-затора НТК-4 синтеза метанола в реакции цианирования бутилового спирта аммиаком.

2.Установлено, что промышленный катализатор НТК-4 синтеза метанола оказался весьма эффективным в процесс цианирования бутилового спирта аммиаком. Максимальная производительность катализатора составляет 625,1 г/л.кат.час. по бутиронитрилу.

Список литературы:
1. Мурадов К.М., Файзуллаев Н.И. . Оптимизация процесса синтеза алифатических нитрилов. Химическая промышленность. Россия 2003г №3 с.3-9.
2. Мурадов К.М., Клигер Г.А.,Юсупов Д.Ю. Кинетика и механизм цианирования ароматических спиртов. Нефтехимия, 1999, том 39, № 6, с.451- 455.
3. Закиров Н.С. Абдурахманов Э.А., Мурадов К.М ., ,Башкиров, А.Н., Клигер Г.А. Катализатор для получения нитрилов. АС СССР, N 1110482 от 06.07.1982. БИ N 32 1982