Кинетичекие закономерности формирования напряженных алициклических соединений в процессе каталитической трансформации метанола в углеводороды
Автор: Долуда Валентин Юрьевич, Бровко Роман Викторович, Гиниатуллина Найля Фидратовна, Сульман Михаил Геннадьевич
Журнал: Бюллетень науки и практики @bulletennauki
Рубрика: Химические науки
Статья в выпуске: 12 (25), 2017 года.
Бесплатный доступ
Каталитическая трансформация метанола в углеводороды является сложным химическим процессом, сопровождающимся цепочной последовательно параллельных превращений. Наиболее ценными продуктами реакции каталитической трансформации метанола в углеводороды являются напряженные углеводороды - производные циклопропана, в связи с возможностью их использования в качестве высокоэнергетического топлива, а также в качестве ценного химического сырья. Однако выход напряженных соединений в реакции каталитической трансформации метанола в углеводороды крайне невелик. Одним из возможных методов повышения выхода целевых продуктов является разработка кинетической модели реакции и ее анализ. В работе проанализированы кинетические модели, наиболее часто используемые для описания процесса каталитической трансформации метанола в углеводороды. Проведеный анализ реакционной смеси позволил определить основные напряженные углеводороды, образующиеся в ходе реакции, среди которых - 1,1-диметилциклопропан, 1,2-диметилциклопропан, 1,1,2-триметилциклопропан, 1,2,3-триметилциклопропан, 1,1,2,2-тетраметилциклопропан, 1,1,2,3-тетраметилциклопропан. На основании списка продуктов была предложена схема химических превращений, происходящих в ходе синтеза напряженных углеводородов. На первом этапе происходит формирование производных циклопропана при взаимодействии пропена с карбеном, с последующим образованием ди, три и тетраметильных производных циклопропана. На основании схемы реакции предложена кинетическая модель процесса в виде системы дифференциальных уравнений. Решение дифференциальных уравнений по экспериментально полученным данным было произведено в системе Matlab методом Левенберга-Маркварда. Полученные значения констант скорости реакции позволяют определить лимитирующие стадии процесса трансформации метанола с образованием напряженных углеводородов. Вычисленные значения критерии адекватности Фишера указывают на значимость полученных результатов модели. Полученные значения констант химических реакций могут быть использованы для оптимизации процесса синтеза напряженных углеводородов.
Напряженные углеводороды, метанол, цеолит, кинетика, модель
Короткий адрес: https://sciup.org/14111363
IDR: 14111363 | УДК: 547.721. | DOI: 10.5281/zenodo.1101184
Kinetic particularities of strained alicyclic compounds formation in catalytic methanol to hydrocarbon transformation process
The catalytic transformation of methanol into hydrocarbons is a complex chemical process, accompanied by chain parallel chemical transformation reactions. The most valuable products of the methanol to hydrocarbons catalytic transformation reaction are the strained hydrocarbons - cyclopropane derivatives. These compounds can be used as a high-energy fuel, and also as a valuable chemical raw material. However, the yield of strained compounds in methanol to hydrocarbons catalytic transformation reaction is extremely low. One of the possible methods for increasing the yield of target products is the development of the kinetic model of the reaction and its analysis. The kinetic models most often used to describe the process of catalytic transformation of methanol into hydrocarbons are analyzed in the paper. The analysis of the reaction mixture made it possible to determine the main strained hydrocarbons formed during the reaction, among which are 1,1-dimethylcyclopropane, 1,2-dimethylcyclopropane, 1,1,2-trimethylcyclopropane, 1,2,3-trimethylcyclopropane, 1,1, 2,2-tetramethylcyclopropane, 1,1,2,3-tetramethylcyclopropane. Based on the list of products, a reaction scheme was proposed for chemical transformations occurring during the synthesis of strained hydrocarbons. At the first stage, cyclopropane derivatives are formed during the reaction of propene with carbene, followed by the formation of di, tri and tetramethyl derivatives of cyclopropane. On the basis of the reaction scheme, a kinetic model of the process is proposed in the form of a system of differential equations. The solution of the differential equations from the experimentally obtained data was carried out in the Matlab system by the Levenberg-Marquard method. The obtained values of reaction rate constants allow determining the limiting stages of the methanol transformation process with the formation of strained hydrocarbons. The calculated values of the Fisher’s adequacy criterion indicate the applicability of the obtained model results. The obtained values of the chemical reactions constants can be used to optimize the process of synthesis of strained hydrocarbons.
Список литературы Кинетичекие закономерности формирования напряженных алициклических соединений в процессе каталитической трансформации метанола в углеводороды
- Schipper P. H., Krambeck F. J. A reactor design simulation with irreversidle catalyst deactivation//Chemical Engineering Science. V. 41. №4., P. 1013-1019 DOI: 10.1016/0009-2509(86)87187-1
- Chen N. Y., Reagan W. J. Evidence of autocatalysis in methanol to hydrocarbon reactions over zeolite catalysts//Journal of catalysis. 1979. V. 59. P. 123-129 DOI: 10.1016/S0021-9517(79)80050-0
- Chang C. D. A kinetic model for methanol conversion to hydrocarbons//Chemical Engineering Science. 1980. V. 35. P. 619-622 DOI: 10.1016/0009-2509(80)80011
- Gayubo A. G., Benito P. L., Aguayo A. T., Aguirre I., Bilbao J. Analysis of kinetics models of methanol-to-gasoline (MTG) process in an integral reactor//The Chemical Engineering Journal. 1996. V. 63. P. 45-51 DOI: 10.1016/0923-0467(95)03075-1
- Blaszkowski S. R., Santen R. A. The mechanism of dimethyl ether formation from methanol catalyzed by zeolitic protons//J. Am. Chem. Soc. 1996. V. 118. P. 5152-5153 DOI: 10.1021/ja954323k
