Высокоселективная газофазная изомеризация циклогексаноноксима на иерархическом цеолите SAPO-11 с одиночным внедрением кремния – путь к экологически безопасной и ресурсосберегающей технологии производства капролактама

Последней стадией в производстве капролактама, одного из стратегических продуктов химической промышленности стран с развитой экономикой, является жидкофазная изомеризация циклогексаноноксима в капролактам (перегруппировка Бекмана) с использованием в качестве катализатора высококонцентрированной серной кислоты. Учитывая большие объемы производства капролактама, использование серной кислоты приводит к образованию большого количества кислых стоков, побочных продуктов и отходов. Решением этой экологической проблемы может стать газофазная изомеризация циклогексаноноксима в капролактам в присутствии кислотных катализаторов на основе цеолитов различных структурных типов. Наиболее селективными по капролактаму являются каталитические системы на основе цеолитов с размером пор от 0.5 до 0.6 нм и слабыми кислотными центрами. Так в 2004 г впервые в мире фирмой Sumitomo Chemical совместно с Токийским университетом был реализован газофазный процесс мощностью 60 тыс.тонн/год на основе высокомодульного цеолита ZSM-5 (Si/Al>10000), который при полной конверсии оксима позволяет достичь селективности по капролактаму около 85%. Однако, остается нерешенной проблема создания стабильных в эксплуатации каталитических систем, обеспечивающих селективность по целевому продукту более 85%. Из анализа мировой литературы следует, что новыми перспективными каталитическими системами могут стать иерархические молекулярные сита SAPO-11 с одиночным внедрением атомов кремния, разработка научных основ приготовления которых и является целью данного проекта.Проблемы управления процессом внедрения кремния в кристаллическую решетку упомянутого выше силикоалюмофосфата и разработка доступных для практической реализации способов формирования в нем иерархической пористой структуры без применения порообразующих темплатов и постсинтетических обработок до настоящего времени не решены. Для разработки способов одиночного внедрения атомов кремния в кристаллическую решетку SAPO-11 предполагается детальное изучение влияния параметров кристаллизации (природа источника алюминия, порядок смешения исходных веществ, природа и концентрация источника кремния, природа и концентрация темплата, температура и рН кристаллизационной смеси) на локализацию атомов кремния. При этом планируется применить подход, сочетающий использование стабильных нанодиспертных золей SiO2 и темплатов с высоким соотношением заряда к объему молекулы. Для разработки способов синтеза силикоалюмофосфата SAPO-11 с иерархической пористой структурой планируется развивать подход, основанный на кристаллизации предварительно сформованных гранул, содержащих аморфный силикоалюмофосфат и кристаллическую затравку, в единый сросток нанокристаллов. При создании новых высокоэффективных катализаторов для газофазной изомеризации циклогексаноноксима в капролактам планируется детально исследовать активность, селективность и стабильность каталитического действия синтезированных в результате выполнения проекта образцов иерархических силикоалюмофосфатов SAPO-11 с одиночным внедрением кремния.