ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОБАЛЬТОВОГО КАТАЛИЗАТОРА СИНТЕЗА ФИШЕРА–ТРОПША НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКОГО АЛЮМОСИЛИКАТА
Аннотация
В работе изучали возможность использования коммерчески доступного алюмосиликата Siral-40, содержащего 40 мас.% SiO2, в составе кобальтового композитного катализатора синтеза Фишера–Тропша (СФТ). Использование алюмосиликатов может стать новым перспективным направлением в разработке катализаторов для укороченной технологической цепочки, основанной на использовании бифункциональных катализаторов, позволяющих миновать стадию гидропереработки. Кроме того, такие катализаторы могут быть полезны для расширения спектра получаемых продуктов, в том числе и нетрадиционных для однореакторного синтеза Фишера–Тропша. Для изменения количества кислотных центров на поверхности аморфного алюмосиликата исходный порошок предварительно прокаливали в токе воздуха при различных температурах. Исходный и прокаленные порошки исследовали методами рентгенофазового анализа, ИК-спектроскопии и сорбционными методами. Катализаторы исследовали дифракционным и сорбционными методами. Показано, что повышение температуры прокаливания исходного порошка Siral-40 приводит к снижению удельной поверхности и объема пор катализаторов на его основе, причем наибольшее влияние оказывают температуры выше 900 °С. Синтезированные катализаторы были активны в СФТ, при этом состав образующихся углеводородов С5+ в большей степени зависел от свойств порошка Siral-40, чем каталитические показатели. В присутствии всех исследованных катализаторов были получены углеводороды С5+, содержащие не менее 60% дизельной и более 30% широкой масляной фракций. Таким образом, синтетические аморфные алюмосиликаты являются перспективным компонентом для новых катализаторов синтеза Фишера–Тропша, позволяющих получать широкую линейку продуктов без применения в технологической цепочке стадии глубокой гидропереработки.
Для цитирования:
Синева Л.В., Асалиева Е.Ю., Грязнов К.О., Мордкович В.З. Перспективы использования кобальтового катализатора синтеза Фишера–Тропша на основе синтетического алюмосиликата. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 10. С. 88-98. DOI: 10.6060/ivkkt.20246710.7y.
Литература
Cheng K., Kang J., King D.L., Subramanian V., Zhou C., Zhang Q., Wang Y. Chapter Three - Advances in Ca-talysis for Syngas Conversion to Hydrocarbons. Adv. Catal. 2017. V. 60. P. 125-208. DOI: 10.1016/bs.acat.2017.09.003.
Alsudani F.T., Saeed A.N., Ali N.S., Majdi H.S., Salih H.G., Albayati T.M., Saady N.M.C., Shakor Z.M. Fish-er–Tropsch Synthesis for Conversion of Methane into Liquid Hydrocarbons through Gas-to-Liquids (GTL) Process: A Review. Methane. 2023. V. 2. P. 24–43. DOI: 10.3390/methane2010002.
Carrillo J. C., Shen H., Momin F., Kral O., Schnieder H., Kühn S. GTL synthetic paraffin oil shows low liver and tissue retention compared to mineral oil. Food Chem. Toxicol. 2022. V. 159. P. 112701. DOI: 10.1016/j.fct.2021.112701.
Brown D.M., Lyon D., Saunders D.M.V., Hughes C.B., Wheeler J.R., Shen H., Whale G. Biodegradability assess-ment of complex, hydrophobic substances: Insights from gas-to-liquid (GTL) fuel and solvent testing. Sci. Total Envi-ron. 2020. V. 727. P. 138528. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.138528.
Mordkovich V., Sineva L., Kulchakovskaya E., Asalieva E. Four Generations of Technology for Production of Synthetic Liquid Fuel Based on Fischer – Tropsch Synthesis. Historical Overview. Kataliz Promyshl. 2015. V. 15. N 5. P. 23–45 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0387-2015-5-23-45.
Yakovenko R.E., Bakun V.G., Sulima S.I., Narochnyi G.B., Mitchenko S.A., Zubkov I.N., Savost'yanov A.P. Supported and polyfunctional hybrid cobalt catalysts for selective Fischer–Tropsch synthesis (A review). Kataliz Promyshl. 2022. V. 22. N 3. P. 5-20 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0387-2022-3-5-20.
Gorshkov A.S., Sineva L.V., Gryaznov K.O., Mitberg E.B., Mordkovich V.Z. Deactivation behaviour of bifunc-tional cobalt fisher–tropsch catalyst in long-run test. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 65-70. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.2y.
Sineva L.V., Asalieva E.Yu, Mordkovich V.Z. The role of zeolite in the Fischer–Tropsch synthesis over cobalt–zeolite catalysts. Usp. Khim. 2015. V. 84. N 11. P. 1176–1189 (in Russian) . DOI: 10.1070/RCR4464.
Asalieva E.Yu., Sineva L.V., Mordkovich V.Z. Cobalt-zeolite Fischer–Tropsch catalysts with different types of aluminum metal powder. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 10. P. 44-51. DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.12y.
Yakovenko R.E., Bakun V.G., Zubkov I.N., Papeta O.P., Saliev A.N., Agliullin M.R., Savost’yanov A.P. Fischer–Tropsch synthesis on bifunctional cobalt catalyst with the use of hierarchical zeolite HBeta. Kinet. Catal. 2022. V. 63. N 4. P. 399-411. DOI: 10.1134/S0023158422040139.
Smirnova V.E., Asalieva E.Y., Sineva L.V., Mordkovich V.Z. Molecular Weight Distribution of Hydrocarbons Pro-duced by Fischer–Tropsch Synthesis over Co/Zeolite Catalysts and the Feasibility of These Catalysts for Production of C18–C40 Hydrocarbons. Petrol. Chem. 2023. V. 63. N 2. P. 191–200. DOI: 10.1134/S0965544123020159.
Hattori H. Solid Acid Catalysts: Roles in Chemical Industries and New Concepts. Top. Catal. 2010. V. 53. P. 432–438. DOI: 10.1007/s11244-010-9469-9.
Busca G. Silica-alumina catalytic materials: A critical review. Catal. Today. 2020. V. 357. P. 621-629. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.05.011.
Vermeiren W., Gilson J.P. Impact of Zeolites on the Petroleum and Petrochemical Industry. Top. Catal. 2009. V. 52. P. 1131–1161. DOI: 10.1007/s11244-009-9271-8.
Crépeau G., Montouillout V., Vimont A., Mariey L., Cseri T., Maugé F. Nature, Structure and Strength of the Acidic Sites of Amorphous Silica Alumina: An IR and NMR Study. J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. N 31. P. 15172-15185. DOI: 10.1021/jp062252d.
Hensen E.J.M., Poduval D.G., Magusin P.C.M.M., Coumans A.E., van Veen J.A.R. Formation of acid sites in amorphous silica-alumina. J. Catal. 2010. V. 269. N 1. P. 201-218. DOI: 10.1016/j.jcat.2009.11.008.
Leydier F., Chizallet C., Chaumonnot A., Digne M., Soyer E., Quoineaud A.-A., Costa D., Raybaud P. Brønsted acidity of amorphous silica–alumina: The molecular rules of proton transfer. J. Catal. 2011. V. 284. N 2. P. 215-229. DOI: 10.1016/j.jcat.2011.08.015.
Bevilacqua M., Montanari T., Finocchio E., Busca G. Are the active sites of protonic zeolites generated by the cavities? Catal. Today. 2006. V. 116. N 2. P. 132-142. DOI: 10.1016/j.cattod.2006.01.024.
Wang Z., Chen K., Jiang Y., Trébosc J., Yang W., Amoureux J.-P., Hung I., Gan Z., Baiker A., Lafon O., Huang J. Revealing Brønsted acidic bridging SiOHAl groups on amorphous silica-alumina by ultra-high field solid-state NMR. J. Phys. Chem. Lett. 2021. V. 12. N 47. P. 11563-11572. DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c02975.
Salvia W.S., Zhao T.Y., Chatterjee P., Huang W., Perras F.A. Are the Brønsted acid sites in amorphous silica–alumina bridging? Chem. Commun. 2023. V. 59. N 94. P. 13962-13965. DOI: 10.1039/d3cc04237e.
Chizallet C., Raybaud P. Acidity of Amorphous Silica–Alumina: From Coordination Promotion of Lewis Sites to Proton Transfer. Chem. Phys. Chem. 2010. V. 11. P. 105-108. DOI: 10.1002/cphc.200900797.
Wang Y.-J., Liu C., Wu Y.-J., Song Y.-H., Zhu M.-L., Huang J., Liu Z.-T., Liu Z.-W. Flame-spray-pyrolysis amorphous alumina-silica for tailoring the product distribu-tion of Fischer-Tropsch synthesis. Catal. Today. 2020. V. 339. P. 40-47. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.01.048.
Lee M., Yoon J.W., Kim Y., Yoon J.S., Chae H.-J., Han Y.-H., Hwang D.W. Ni/SIRAL-30 as a heterogeneous cata-lyst for ethylene oligomerization. Appl. Catal. A: Gen. 2018. V. 562. P. 87-93. DOI: 10.1016/j.apcata.2018.06.004.
Van Grieken R., Escola J.M., Moreno J., Rodríguez R. Liquid phase oligomerization of 1-hexene over different mesoporous aluminosilicates (Al-MTS, Al-MCM-41 and Al-SBA-15) and micrometer/nanometer HZSM-5 zeolites. Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 305. N 2. P. 176-188. DOI: 10.1016/j.apcata.2006.02.058.
Zhang Q., Wang T., Li Y., Xiao R., Vitidsant T., Reu-broycharoen P., Wang C., Zhang Q., Ma L. Olefin-rich gasoline-range hydrocarbons from oligomerization of bio-syngas over Ni/ASA catalyst. Fuel Proc. Technol. 2017. V. 167. P. 702-710. DOI: 10.1016/j.fuproc.2017.07.035.
Zhao N., Chen Y., Li X., Zhang J., Dai L., Jiang X., Liu C., Li Z. Modulating Fischer-Tropsch synthesis perfor-mance on the Co3O4@SixAly catalysts by tuning metal-support interaction and acidity. Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. N 35. P. 15706-15720. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.03.054.
Gates W.P. Kloprogge J.T., Madejová J., Bergaya F. Infrared and Raman Spectroscopies of Clay Minerals. Am-sterdam: Elsevier. 2017. 604 p.
Golubeva O.Y., Alikina Y.A., Kalashnikova T.A. Influence of hydrothermal synthesis conditions on the morphology and sorption properties of porous aluminosilicates with kaolinite and halloysite structures. Appl. Clay Sci. 2020. V. 199. P. 105879. DOI: 10.1016/j.clay.2020.105879.
Kloprogge J.T. Spectroscopic Methods in the Study of Kaolin Minerals and Their Modifications. Switzerland: Springer. 2019. 434 p. DOI: 10.1007/978-3-030-02373-7_3.
