Анотація до роботи:

Струтинська Л.Т. Глибоке каталітичне окиснення газоподібних вуглеводнів в умовах зустрічної подачі реагентів. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 – фізична хімія. Львівський національний університет ім. Івана Франка. Львів, 2004.

Виявлені основні фізико-хімічні закономірності глибокого каталітичного окиснення газоподібних вуглеводнів в умовах зустрічного надходження реагентів. З метою підвищення активності та тривалості роботи каталізаторів на основі оксидів Co, Cr, Fe, Cu проведено їх модифікацію іонами Sr, Ca, Ba, Al, Pd.

Встановлено, що стабільність температурних характеристик процесу окиснення вуглеводнів під час зустрічної подачі реагентів на волокнистому носії забезпечується компенсаційним механізмом переміщення зони окиснення.

З’ясовані особливості механізму дезактивації оксидних каталізаторів в умовах зустрічного надходження реагентів. Гальмування дезактивації оксидних каталізаторів внаслідок протікання процесу деструкції продуктів окиснювальної полімеризації дозволяє суттєво збільшити тривалість роботи каталізаторів.

Встановлено, що основним механізмом надходження повітря в шар каталізатора в процесі окиснення вуглеводнів в умовах зустрічної подачі реагентів є турбулентна дифузія. Стабільність турбулентного режиму визначається структурою та товщиною шару каталізатора, швидкістю подачі та природою вуглеводню.

Отримані результати досліджень дозволили визначити оптимальні параметри керування процесом окиснення газоподібних вуглеводнів у каталітичних джерелах тепла.

1. Для глибокого окиснення метану та суміші пропан-бутану в умовах зустрічної подачі реагентів найбільш перспективними є оксидні каталізатори шпінельної структури, нанесені на волокнистий кремній оксид. Підвищення активності оксидних кобальт-хромових, залізо- кобальт-хромових, мідно-хромових каталізаторів досягається дією промоторів, ефективних стабілізуючих і модифікуючих добавок, а саме, оксидів стронцію, алюмінію, паладію. Оксиди стронцію і паладію більш ефективні як стабілізатори активної фази, а оксид алюмінію – як модифікатор носія. Підвищення каталітичної активності, стабільності каталізаторів та тривалості їх роботи завдяки введенню оксиду стронцію зумовлено зменшенням швидкості і глибини відновлення активної фази каталізаторів.

2. З метою досягнення і збереження високого ступеня перетворення вуглеводнів рекомендовані граничні значення питомої швидкості подачі вуглеводнів в умовах зустрічного надходження реагентів для кожного каталізатора і область, в якій його температурні характеристики найбільш стабільні. Стабільність температурних характеристик каталізатора на волокнистому носії під час зустрічного надходження реагентів забезпечується компенсаційним механізмом переміщення зони окиснення.

3. Максимальний ступінь перетворення метану в реакції глибокого його окиснення за умови оптимізації системи подачі окиснювача досягається на змішаних Co-Cr-Pt каталізаторах, нанесених на волокнистий SiO₂ завдяки запропонованому способу створення активної поверхні каталізатора, що полягає в збільшенні дисперсності платини.

4. З’ясовані особливості механізму дезактивації оксидних каталізаторів в умовах зустрічного надходження реагентів, які полягають в утворенні продуктів окиснювальної полімеризації і їх участі в блокуванні активних центрів каталізатора в зоні з низькою концентрацією кисню. Встановлено, що гальмування дезактивації каталізатора внаслідок протікання процесу окиснювальної деструкції вказаних сполук дозволяє суттєво збільшити тривалість роботи каталізатора до 6 тис. годин.

5. Вперше встановлено, що основним механізмом надходження повітря в шар каталізатора в процесі окиснення вуглеводнів в умовах зустрічного надходження реагентів є турбулентна дифузія. Стабільність турбулентного режиму визначається структурою та товщиною шару каталізатора, швидкістю подачі та природою вуглеводню. Високі значення ступеня перетворення вуглеводню та максимальної температури в зоні окиснення досягаються завдяки малій швидкості турбулентної дифузії в шарі волокнистих каталізаторів порівняно з гранульованими.

6. Вища стійкість автотермічного режиму процесу каталітичного окиснення газоподібних вуглеводнів в умовах зустрічної подачі реагентів на волокнистому кремнеземі порівняно з гранульованими каталізаторами зумовлена:

– особливостями процесів теплопереносу, які полягають в збереженні стаціонарного режиму теплообміну зони окиснення з випромінюючою поверхнею та вхідним шаром каталізатора;

– специфікою надходження окиснювача в зону реакції та умовами виникнення турбулентної дифузії, які регулюються швидкістю подачі вуглеводню.

7. Комплексний аналіз основних закономірностей глибокого окиснення вуглеводнів в умовах зустрічної подачі реагентів дозволив визначити оптимальні параметри керування цим процесом і сформулювати рекомендації, які були використані для розробки та створення каталітичних джерел тепла на газовому паливі з високими технологічними та екологічними характеристиками.

Публікації автора:

1. Струтинська Л.Т., Михайловський В.Я. Використання фазових модифікаторів для підвищення активності Co-Cr каталізаторів у процесі окиснення газоподібних вуглеводнів // Фізика і хімія твердого тіла. -2003.-Т.4.-№ 3.-С. 521-525.

2. Михайловский В.Я., Струтинская Л.Т., Червинский К.А. Роль вихревой диффузии в массообмене каталитической горелки // Вопросы химии и химической технологии. - 2002. - №2. - С. 98-101.

3. Михайловский В.Я., Струтинская Л.Т. Влияние структуры стационарного каталитического слоя на тепловые характеристики диффузионной горелки // Вопросы химии и химической технологии. - 2003. - №2. - С. 157-160.

4. Михайловський В.Я., Струтинська Л.Т. Початковий період окиснення рідких і газових палив в каталітичних генераторах тепла // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2001. - №5. - С. 25-29.

5. Михайловський В.Я., Струтинська Л.Т., Червінський К.О. Масообмін у дифузійному пальнику // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2002. - №4. - С.77-80.

6. Михайловський В.Я., Струтинська Л.Т., Червінський К.О. Вплив типу насадки на масообмін у дифузійному пальнику // Экотехнологии и ресурсосбережение.-2003.- №3.-С.72-75.

7. Mikhailovsky V.Ja., Strutinskaja L.T. Theoretical Background for Calculating Main Parameters of a Catalytic Element in Counter-flow Burners for Thermoelectric Generators // J. of Thermoelectricity.- 1995.- №3. - P. 33-37.

8. Mikhailovsky V. Ja., Strutinskaja L.T. Activity of Oxide Catalysts Used in Heat Sources for TEG // J.of Thermoelectricity. - 1996. - №2. - P. 58-66.

9. Mikhailovsky V. Ja., Chervinsky K.A., Strutinskaja L.T. Investigation of Catalysts Used in Heat Sources for Thermoelectric Generators // J. of Thermoelectrіcity. - 1996. - №1. - P. 54-62.

10. Струтинська Л.Т., Михайловський В.Я. Дослідження можливості повного спалювання метану в каталітичних джерелах тепла для термогенераторів // Термоелектрика. - 2001.- №1.- С.20-24.

11. Anatychuk L.I., Mikhailovsky V. Ja., Strutinskaja L.T. Catalytic Generators of Thermal and Electric Energy on Gaseous Fuel // J. of Thermoelectricity. - 1999. - №4. - P. 72-80.

12. Струтинська Л.Т. Тепло- і масообмін у каталітичних джерелах тепла для ТЕГ // Термоелектрика. - 2003.- № 2.- С.62-69.

13. Струтинська Л.Т., Тевтуль Я.Ю., Михайловський В.Я. Каталітичне окиснення газових палив у дифузійних джерелах тепла // ІХ наукова конференція “Львівські хімічні читання-2003”, Львів, 2003.- С. 27.

14. Михайловський В.Я., Струтинська Л.Т. Екологічні проблеми спалювання газового палива та ефективний шлях їх вирішення // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини. Збірник наукових праць. - К.: “МП Леся”, 2001. - 264 c. - С. 149-152.

15. Михайловський В.Я., Струтинська Л.Т. Особливості повного спалювання вуглеводневих палив на стаціонарних шарах каталізаторів // Матеріали міжнародного симпозіуму “Сучасні проблеми фізичної хімії”, Донецьк, 2002.- С. 16.

16. Mikhailovsky V. Ja., Strutinskaja L.T. Peculiarities of Fuel Combustion Process Control in Catalytic Heat Sources for TEGS // XIV International Conference on Thermoelectrics. St. Petersburg, 1995.- P. 376-379.

17. Михайловський В.Я., Струтинська Л.Т. Оптимальне використання енергії органічного палива // VІІ Науково-методична конференція “Людина та навколишнє середовище”, Одеса: ОДАХ.- 2000.- С. 121.

18. Михайловский В.Я., Струтинская Л.Т. Каталитическое окисление биогаза в диффузионных горелках // Материалы международной конференции “Энергия из биомассы” 2002, Киев.