Разработка кинетической модели синтеза органических соединений из оксида углерода и водорода

Объектом исследования является процесс синтеза органических соединений из оксида углерода и водорода и кинетическая модель синтеза, протекающего на ультрадисперсном железном катализаторе. Цель работы – разработка кинетической модели синтеза органических соединений из оксида углерода и водорода.

Введение 12
1 Обзор литературы 13
1.1 Общие сведения о процессе 13
1.2 Катализаторы синтеза углеводородов из СО и Н2 14
1.3 Основные стадии механизма процесса 15
1.3.1 Адсорбция реагентов на поверхности катализатора 15
1.3.2 Образование активных частиц 16
1.3.3 Стадия роста цепи 17
1.3.4 Обрыв цепи 20
1.3.5 Десорбция продуктов 21
1.3.6 Вторичные, побочные реакции 21
1.3.6.1 Образование изопарафинов 21
1.3.6.2 Вторичные превращения олефинов 23
1.3.6.3 Образование ароматических углеводородов 24
1.4 Кинетика процесса 24
1.5 Реакторы для синтеза углеводородов из СО и Н2 26
2 Объект и методы исследования 36
3 Расчет и аналитика 38
3.1 Анализ экспериментальных данных 38
3.2 Разработка кинетической модели 41
3.3 Результаты проведенного исследования 43
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение
5 Социальная ответственность 68
Заключение 80
Список публикаций студента 82
Список используемых источников 83
Приложение А Выход газообразных продуктов синтеза Фишера-Тропша 91
Приложение Б Выход жидких продуктов синтеза Фишера-Тропша 92
Приложение В Программа расчета кинетики синтеза Фишера-Тропша
на ультрадисперсном железосодержащем катализаторе в среде Pascal
Приложение Г Значения предэкспоненциальных множителей и энергий
активаций для реакций синтеза Фишера-Тропша
Приложение Д График проведения НИОКР 102
Приложение Е Literaturübersicht 104

Построение кинетической модели является одним из важных
этапов при разработке математической модели химико-технологического
процесса. Были обработаны экспериментальные данные, полученные при
проведении исследований синтеза Фишера-Тропша на ультрадисперсном
железном катализаторе. Составлен материальный баланс.
При анализе результатов было выявлено, что с увеличением времени
контакта в продуктах синтеза возрастает выход алканов и изоалканов. Как
показывают результаты исследований алкены и циклоалканы могут
претерпевать вторичные превращения.
Степень превращения по монооксиду углерода возрастает при
повышении температуры и времени контакта. В исследованном интервале
варьировании параметров максимальное значение степени превращения
составило 89 %.
На основании анализа механизма и кинетики синтеза Фишера-Тропша,
составлена совокупность брутто-реакций процесса образования алканов,
алкенов, изоалканов, циклоалканов и аренов. Сформирована кинетическая
модель многокомпонентного процесса синтеза Фишера-Тропша на
ультрадисперсном катализаторе. С учетом полученных новых
экспериментальных данных кинетическая модель откорректирована и уточнены
значения кинетических параметров.
Для расчета по математической модели кинетики синтеза Фишера-
Тропша на ультрадисперсном железосодержащем катализаторе была
разработана программа расчёта на языке Pascal.
Средняя погрешность, рассчитанная при сравнении экспериментальных
и расчётных данных материального баланса синтеза, не превышает 3 %.
При сравнении расчетных и экспериментальных данных групповых
компонентов синтеза, было выявлено, что параллельный механизм не позволяет
полностью описать кинетические закономерности образования таких продуктов
как алкены, циклоалканы и арены, поэтому данный механизм был дополнен
реакциями превращения данных компонентов и откорректирована
кинетическая модель.
На основании проведенных исследований, можно сделать вывод о том,
что при введении дополнительных реакций, механизм более правильно
отражает превращения групповых компонентов: алканов, изоалканов, алкенов,
циклоалканов и аренов.
Таким образом, разработанную кинетическую модель можно применять
при исследовании влияния параметров на выход продуктов синтеза Фишера-
Тропша на ультрадисперсном железном катализаторе и в дальнейшем для
разработки математических моделей реакторов синтеза.
В ходе выполнения исследований в разделе «Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение» рассчитали бюджет НТИ для
различных вариантов исполнения, на основании чего определили
финансовый показатель разработки, показатель ресурсоэффективности,
интегральный показатель эффективности.
При выполнении раздела «Социальная ответственность» рассмотрели
безопасность на производстве, правовые вопросы обеспечения безопасности,
сделали анализ вредных и опасных факторов на рабочем месте, также анализ
факторов, которые характеризуют возникновение чрезвычайных ситуаций.
Список публикаций студента

1. Ефремова Е.В., Григорьева М.М. Моделирование кинетики синтеза
Фишера-Тропша на ультрадисперсном катализаторе // ХVIII Международной
научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Химия и
химическая технология в XXI веке». Материалы ХVIII Международной научно-
практической конференции студентов и молодых ученых, Химия (Томск, 29
мая – 1 июня 2017 г.). – Томск: Издательство Томский политехнический
университет, 2017. – Химия – с. 301.
2. Григорьева М.М., Шалжанова К.Б. Моделирование кинетики
синтеза органических соединений из оксида углерода и водорода // XIX
Международной научно-практической конференции студентов и молодых
ученых «Химия и химическая технология в XXI веке». Материалы
XIXМеждународной научно-практической конференции студентов и молодых
ученых, Химия (Томск, 21-24 мая 2018 г.). – Томск: Издательство Томский
политехнический университет, 2018. – Химия – с. 364 – 365.