ВЛИЯНИЕ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕОЛИТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ И ПРИРОДУ КОКСОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ОБЛАГОРАЖИВАНИЯ ПРЯМОГОННОГО БЕНЗИНА
Аннотация
Поиск способов модифицирования цеолитных катализаторов для процессов нефтепереработки является актуальной научной и практической задачей. Кислотные обработки цеолитов и введение в них металлов-модификаторов, в частности, железа, позволяют существенно улучшить их эксплуатационные характеристики в процессах получения высокооктановых бензинов. В работе рассмотрено совместное влияние постсинтетической кислотной обработки и модифицирования железосодержащими порошками различного происхождения на текстурные и кислотные свойства, а также на количество и природу коксовых отложений цеолита типа ZSM-5 (другое название MFI). Модифицирование катализаторов проведено методом сухого механического смешения обработанного раствором кислоты цеолита ZSM-5 с порошками FeSiO3 или Fe@C, полученными газофазным способом, или сферозолой-уноса тепловых электрических станций. Выбор железосодержащих порошков обусловлен не только их химическим составом, но и их доступностью и относительно невысокой стоимостью. Преимуществами метода механического смешения являются его одностадийность, простота аппаратурного оформления и экологичность, обусловленная отсутствием требующих утилизации вредных стоков. Установлено, что модифицирование обработанного кислотой цеолитного образца железосодержащими порошками уменьшает его удельную поверхность и удельный объем мезопор, увеличивает силу высокотемпературных кислотных центров и суммарную концентрацию кислотных центров. В процессе переработки прямогонного бензина на железосодержащих цеолитных катализаторах, по сравнению с исходным цеолитом, в зависимости от примененной модифицирующей добавки, изменяется структура углеродных продуктов уплотнения и снижается либо их количество, либо степень их конденсации. Образование меньшего количество кокса, характеризующегося невысокой степенью конденсации, позволит в дальнейшем проводить регенерацию цеолитных катализаторов при более низкой температуре, сократить энергозатраты и существенно увеличить общее время работы катализаторов.
Для цитирования:
Величкина Л.М., Барбашин Я.Е., Герасимов Е.Ю., Восмериков А.В. Влияние железосодержащих добавок на физико-химические свойства цеолитных катализаторов и природу коксовых отложений, образующихся в процессе облагораживания прямогонного бензина. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 11. С. 67-75. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.1t.
Литература
Maksimov A.L. Oil refining and petrochemistry: import substitution and ensuring technological independence. Vestn. RAN. 2022. V. 92. N 10. P. 930-939 (in Russian). DOI: 10.31857/S0869587322100073.
Noskov A.S. Scientific and technical level of research and prospects of import substitution in the field of industrial catalysts. Vestn. RAN. 2022. V. 92. N 10. P. 940-949 (in Russian). DOI: 10.31857/S0869587322100085.
Zhdaneev O.V., Korenev V.V., Rubtsov A.S. Key technology development priorities for the oil refinery sector in Russia. Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 9. P. 1314-1325. DOI: 10.1134/S1070427220090025.
Parkhomchuk E.V., Sashkina K.A., Parmon V.N. New heterogeneous catalysts based on zeolites with hierar-chical pore system. Petrol. Chem. 2016. V. 56. N 3. P. 197-204. DOI: 10.1134/S0965544116030105.
Travkina O.S., Agliullin M.R., Kutepov B.I. State of the art in the industrial production and application of zeolite-containing adsorbents and catalysts in Russia. Catal. Ind. 2022. V. 14. N 1. P. 56-65. DOI: 10.1134/S207005042201010X.
Rodionova L.I., Knyazeva E.E., Ivanova I.I., Konnov S.V. Application of nanosized zeolites in petroleum chemistry: synthesis and catalytic properties (review). Petrol. Chem. 2019. V. 59. N 4. P. 455-470. DOI: 10.1134/S0965544119040133.
Velichkina L.M., Korobitsyna L.L., Ulzii B., Vosmerikov A.V., Tuya M. Physicochemical and catalytic prop-erties of iron- and indium-containing zeolites. Petrol. Chem. 2013. V. 53. N 2. P. 121-126. DOI: 10.1134/S0965544113020126.
Radomskii V.S., Astapova E.S., Radomskii S.M. Structure and thermal properties of zeolites modified with Fe and Cu nanopowders. Inorg. Mater. 2015. V. 51. N 10. P. 999-1007. DOI: 10.1134/S0020168515100131.
Erofeev V.I., Khomyakov I.S., Egorova L.A. Production of high-octane gasoline from straightrun gasoline on ZSM-5 modified zeolites. Theor. Found. Chem. Eng. 2014. V. 48. N 1. P. 71-76. DOI: 10.1134/S0040579514010023.
Echevsky G.V., Echevskaya O.G. Coking Mechanism and the Distribution of Agglomeration Products in High-Silica MFI-Type Zeolites. Chem. Sustain. Dev. 2023. V. 31. N 1. P. 20-31. DOI: 10.15372/CSD2023435.
Ostrovskii N.M. Coking of catalysts: mechanisms, models, and influence. Kin. Catal. 2022. V. 63. N 1. P. 52-66. DOI: 10.1134/S0023158422010062.
Velichkina L., Barbashin Ya., Vosmerikov A. Effect of Acid Treatment on the Properties of Zeolite Catalyst for Straight-Run Gasoline Upgrading. Catal. Res. 2021. V. 1. N 4. P. 1-16. DOI: 10.21926/cr.2104004.
Müller M., Harvey G., Prins R. Comparison of the dealumination of zeolites beta, mordenite, ZSM-5 and ferrierite by thermal treatment, leaching with oxalic acid and treatment with SiCl4 by 1H, 29Si and 27Al MAS NMR. Micropor. Mesopor. Mater. 2000. V. 34. P. 135–147. DOI: 10.1016/S1387-1811(99)00167-5.
Gordina N.E., Borisova T.N., Klyagina K.S., Rumyantsev R.N., Prozorov D.A. Comparative analysis of the properties of LTA type zeolite depending on the production method: hydrothermal and ultrasonic. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 9. P. 90-96. DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6633.
Gordina N.E., Prokof’ev V.Yu., Borisova T.N., Elizarova A.M. Synthesis of granular low-modulus zeolites from metakaolin using mechanochemical activation and ultrasonic treatment. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 7. P. 99-106. DOI: 10.6060/ivkkt201962fp.5725.
Prokof’ev V.Yu., Gordina N.E., Zakharov O.N., Tsvetova E.V., Kolobkova A.E. Granulated low-modulus zeolites for extraction of Co cations. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 6. P. 44-49. DOI: 10.6060/ivkkt.20206306.6144.
Velichkina L.M., Korobitsyna L.L., Vosmerikov A.V., Radomskaya V.I. The synthesis and physi-cochemical and catalytic properties of SHS zeo-lites. Russ. J. Phys. Chem. A. 2007. V. 81. N 10. P. 1618-1622. DOI: 10.1134/S0036024407100135.
Chernov E.D., Lukoyanov A.V., Anisimov V.I. Effect of Electronic Correlations on the Electronic Structures of the FeAlO3 and FeSiO3 Compounds. J. Experim. Theor. Phys. 2021. V. 132. N 4. P. 548-555. DOI: 10.1134/S1063776121040221.
Dyachenko A.A., Shorikov A.O., Lukoyanov A.V., Ani-simov V.I. Two successive spin transitions in a wide range of pressure and coexistence of high- and low-spin states in clinoferrosilite FeSiO3. Phys. Rev. B. 2016. V. 93. P. 245121-245126. DOI: 10.1103/PhysRevB.93.245121.
Germov A.Y., Prokopyev D.A., Mikhalev K.N., Golo-borodskiy B.Y., Uimin M.A., Yermakov A.E., Konev A.S., Minin A.S., Novikov S.I., Gaviko V.S., Murzakaev A.M. Quantitative phase analysis of magnetic Fe@C na-noparticles. Mater. Today Commun. 2021. V. 27. P. 102382-102390. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102382.
Boukhvalov D.W., Gornostyrev Y.N., Uimin M.A., Korolev A.V., Yermakov A.E. Atomic, electronic and magnetic structure of graphene/iron and nickel interfaces: Theory and experiment. RSC Adv. 2015. V. 5. N 12. P. 9173-9179. DOI: 10.1039/c4ra14165b.
Galakhov V.R., Shamin S.N., Uimin M.A., Ermakov A.E., Bukhvalov D.W. X-ray spectroscopy of carbon-encapsulated iron nanoparticles. J. Struct. Chem. 2015. V. 56. N 3. P. 478-485. DOI: 10.1134/S0022476615030130.
Klimenko N.N., Kiseleva K.I., Delitsyn L.M., Sigaev V.N. Microstructure of fly ash-based geo-polymers for applications in sustainable construction. Steklo Keram. 2022. V. 95. N 2. P. 32-39 (in Russian). DOI: 10.14489/glc.2022.02.pp.032-039.
Podgorodetskii G.S., Gorbunov V.B., Agapov E.A., Erokhov T.V., Kozlova O.N. Processing ash and slag wastes from thermal power stations. Part 1. Steel Transla-tion. 2018. V. 48. N 6. P. 339-345. DOI: 10.3103/S0967091218060074.
Podgorodetskii G.S., Gorbunov V.B., Agapov E.A., Erokhov T.V., Kozlova O.N. Processing ash and slag wastes from thermal power stations. Part 2. Steel Translation. 2018. V. 48. N 7. P. 435-440. DOI: 10.3103/S0967091218070136.
Ismagilov Z.R., Shikina N.V., Rudina N.A., Ushakov V.A., Zhuravleva N.V., Potokina R.R., Teryaeva T.N. Aluminosilicate microsperes from the fly ash of Kuzbass coalburning power stations. Solid Fuel Chem. 2015. V. 49. N 4. P. 245-253. DOI: 10.3103/S0361521915040035.
Velichkina L.M., Zaikovskii V.I., Barbashin Ya.E., Ryabova N.V., Perevezentsev S.A., Vosmerikov A.V. Changes in the Physicochemical Properties of Nickel-Containing ZSM-5 Zeolite under Mechanical Treatment. Chem. Sustain. Dev. 2020. V. 28. N 4. P. 366–374. DOI: 10.15372/CSD2020242.
