Изучение кинетики процесса дегидрирования метанола на медных катализаторах и теоретическое исследование повышения его эффективности при реализации в каталитическом мембранном реакторе

Синтезированы три типа медных катализаторов дегидрирования метанола для получения метилформиата и формальдегида: Cu/SiO₂, Cu/Сибунит и Cu/SMC. Определены оптимальное содержание активного компонента и температурные условия восстановления в водороде, позволяющие получить наиболее активные и стабильные катализаторы синтеза метилформиата и формальдегида каталитическим дегидрированием метанола. Показано, что формальдегид образуется на катализаторах Cu/Сибунит и Cu/SMC. Исследуемые системы стабильны при дегидрировании метанола в течение 100 ч. При оптимальных условиях проведения процесса выход метилформиата находится на уровне 50 - 56% для катализаторов Cu/SiO₂ и Cu/Сибунит; 37% - для катализатора с композитным носителем Cu/SMC.Кинетические исследования проводили на образцах, восстановленных при 200, 300 и 400°С, при четырех временах контакта. Испытания проводили при двух температурах: 250 и 300°С. Кинетический анализ проводили для реактора идеального вытеснения. Получены наблюдаемые кинетические константы для целевой реакции образования метилформиата и побочной реакции его разложения на монооксид углерода и водород, которые описывают процесс дегидрирования метанола в реакторе трубчатого типа. С помощью математической модели трубчатого реактора и численных методов исследования получены кинетические константы с учетом обратимости реакции дегидрирования, при которых значения конверсии метанола и селективности по метилформиату были максимально приближены к экспериментальным значениям для всех трех типов катализаторов. С помощью математической модели каталитического мембранного реактора, адаптированной для процесса дегидрирования метанола, проведено математическое моделирование данного процесса. Получены оптимальные параметры процесса, при которых достигаются максимальные значения конверсии метанола и селективности по метилформиату при реализации процесса дегидрирования метанола в мембранном реакторе с использованием синтезированного медьсодержащего катализатора Cu/SiO₂. Сопряжение процесса дегидрирования метанола и окисления водорода позволяет существенно сместить равновесие в сторону образования целевых продуктов, за счет чего процесс может быть реализован при более низкой температуре наружной стенки реактора. Значения конверсии метанола и выхода метилформиата находятся на уровне 87 и 80% соответственно при температуре 125°С.