Полиметилены

Катализаторы синтеза полиметиленов из синтез-газа

Среди металлов, катализирующих превращение оксида углерода и водорода в углеводороды, рутений выделяется тем, что он акти­вен уже при сравнительно низких температурах, а при высоком давлении способствует синтезу высокомолекулярных насыщенных углеводородов. Разработка как можно более активных форм ме­таллического рутения явилась путем повышения селективности и производительности катализаторов и снижения температуры син­теза полиметиленов. Осложнением при этом является образование комплексных соединений — карбонилов рутения, чему благоприят­ствуют высокие парциальные давления оксида углерода и низкие температуры.

Для стадий приготовления, восстановления и предваритель­ной обработки катализатора предложены и проверены многочис­ленные варианты. Исследовано влияние щелочей, кислот, раство­рителей, носителей и структурных промоторов на степень и се­лективность превращения оксида углерода.

Приготовление катализаторов. В большинстве проведенных работ для приготовления активных рутениевых катализаторов исходили из окисленного рутения в расплаве гидроксида и нитрата калия [11].

Рутений, гидроксид и нитрат калия в массовом соотношении 1:10:1 вво­дили в серебряный тигель и вели реакцию в течение 1—2 ч. В качестве окис­ляющего агента вместо нитрата калия можно применять пероксид натрия [10]. Образовавшийся расплав рутената калия K2RuO4 охлаждают и растворяют в воде. Затем к кипящему раствору рутената калия, имеющему темно-красный цвет, по каплям добавляют метанол. В результате выпадает осадок RuO2, вос­станавливающийся из соли. Осадок тщательно промывают водой, сначала не­много подкисленной азотной кислотой, а затем дистиллированной водой. После этого осадок высушивают при 110°С и получают гидроксид рутения (IV) [1, 4, 12].

Полученные этим способом катализаторы непосредственно использовали в синтезе полиметиленов [4—6]. Они обеспечивали удовлетворительное превращение СО и Н2 при температурах выше 140 °С (предпочтительно при 180°С). Предварительное (т. е. до синтеза) восстановление RuO2 водородом не повышало активность [5]. При температуре выше 140 °С даже в атмосфере синтез-газа Происходит полное восстановление гидроксида руте­ния (IV) до металла. Такой катализатор показывал очень хоро­шую стабильность при длительном испытании (свыше полутора лет) при 195—215°С и  10 МПа [5].

Повышение активности катализатора путем у-облучения. Ди­оксид рутения после у-облучения 60Со при внесении в нонан энер­гично реагировал с ним (появлялась светлая вспышка) [13], а при синтезе полиметиленов показывал значительно более высо­кую активность (удовлетворительное превращение отмечается уже при 132 °С). Действие у-облучения (65 ч, доза 30,8Х Х10-3 А/кг) не зависело от того, проводили его в присутствии воз­духа или после тщательного удаления газа в вакууме. В качестве продуктов окисления нонана были обнаружены диоксид углерода и вода. Содержащийся в них кислород соответствовал 40% кислорода из введенного RuO2. При облучении гидроксида руте­ния (IV), вероятно, возникают энергетически возбужденные состоя­ния, которые повышают его реакционную способность при взаимо­действии с нонаном. При хранении облученного диоксида рутения его реакционная способность снова снижается. Уменьшение актив­ности, как следует из приводимых ниже результатов, объясняется тем, что при реакции с нонаном образуется металлический руте­ний, очень тонко диспергированный. Облучение рутениевого ката­лизатора после восстановления водородом заметно снижает его активность [12].