БИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ СО/SIO2-Fe-ZSM-5-Al2O3 ДЛЯ СИНТЕЗА МОТОРНЫХ ФРАКЦИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

  • Alexander P. Savostyanov Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Roman E. Yakovenko Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Grigory B. Narochny Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Evgenia V. Nepomnyashchikh Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
  • Sergey A. Mitchenko Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196208.5905
Ключевые слова: церий, синтез Фишера-Тропша, катализатор Co/SiO2, железный катализатор, дизельное топливо, физико-химические свойства, селективность по C5

Аннотация

Изучен процесс получения моторных фракций углеводородов на бифункциональных катализаторах Со/SiO2-Fe-ZSM-5-Al2O3, полученных методом смешения. Исследовано влияние способа введения железа в композитный катализатор (в виде восстановленного железа и его нитрата) на стадии формования. Катализаторы испытаны в непрерывном режиме в течение 30 ч при объемной скорости газа 1000 ч-1, давлении 2 МПа и температуре 240 °С. Показано, что при введении железа в виде восстановленного порошка снижается градиент температур в слое катализатора и повышается селективность по углеводородам С5+ на 6 % в сравнении с образцом катализатора без добавки железа. Установлено, что введение железа в композитный катализатор в виде нитратной соли является менее эффективным способом, так как блокирует работу полимеризационных и кислотных центров бифункциональных катализаторов, способствует снижению конверсии СО и селективности по углеводородам С5+. Показано, что введение железа заметно меняет групповой состав и молекулярно-массовое распределение получаемых углеводородов - растет доля насыщенных углеводородов, преимущественно линейного строения, выход олефинов снижается. Полученные углеводороды С5+ состоят преимущественно из бензиновой и дизельной фракций. Введение железа способствует росту содержания дизельной фракции в продуктах синтеза. При введении железа в виде нитратной соли содержание дизельной фракции увеличилось в 1,2 раза в сравнении с образцом катализатора без железа.

<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>

Литература

Arutyunov V.S., Lisichkin G.V. Energy resources of the 21st century: problems and forecasts. Can renewable energy sources replace fossil fuels? Usp. Khim.. 2017. N 86 (8). Р. 777-804 (in Russian). DOI: 10.1070/RCR4723.

Todic B., Nowicki L., Nikacevic N., Bukur D.B. Fischer-Tropsch synthesis product selectivity over an industrial ironbased catalyst: Effect of process conditions. Catal. Today. 2016. V. 261. P. 28-39. DOI: 10.1016/j.cattod.2015.09.005.

Khodakov A.Y., Chu W., Fongarland P. Advances in the Development of Novel Cobalt Fischer-Tropsch Catalysts for Synthesis of Long-Chain Hydrocarbons and Clean Fuels. Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 1692-1744. DOI: 10.1021/cr050972v.

Dry M.E. Practical and theoretical aspects of the catalytic Fischer-Tropsch process. Appl. Catal. A: Gen. 1996. V. 138. P. 319-334. DOI: 10.1016/0926-860X(95)00306-1.

Dry M.E. The Fischer–Tropsch process: 1950-2000. Catal. Today. 2002. V. 71. P. 227-241. DOI: 10.1016/S0920-5861(01)00453-9.

Visconti C.G., Tronconi E., Groppi G., Lietti L., Iovane M., Rossini S., Zennaro R. Monolithic catalysts with high thermal conductivity for the Fischer-Tropsch synthesis in tubular reactors. Chem. Eng. J. 2011. V. 171. P. 1294-1307. DOI: 10.1016/j.cej.2011.05.014.

Mordkovich V.Z., Ermolaev V.S., Mitberg E.B., Sineva L.V., Solomonik I.G., Ermolaev I.S., Asalieva E.Yu. Composite pelletized catalyst for higher one-pass conversion and productivity in Fischer-Tropsch. Process. Res. Chem. Intermed. 2015. V. 41(12). P. 9539-9550. DOI: 10.1007/s11164-015-1978-5.

Asalieva E., Gryaznov K., Kulchakovskaya E., Ermolaev I., Sineva L., Mordkovich V. Fischer-Tropsch synthesis on cobalt-based catalysts with different thermally conductive additives. Appl. Catal. A: Gen. 2015. V. 505. P. 260-266. DOI: 10.1016/j.apcata.2015.08.006.

Anderson R.B., Riedel R.A, Storch H.H. Fischer‐Tropsch Reaction Mechanism Involving Stepwise Growth of Carbon Chain. J. Chem. Phys. 1951. V. 19. P. 313-319. DOI: 10.1063/1.1748201.

Hodala J. L., Jung J.S., Yang E.H., Gi H.H., Noh Y.S., Moon D.J. Hydrocracking of FT-wax to fuels over non-noble metal catalysts. Fuel. 2016. V. 185. Р. 339-347. DOI: 10.1016/j.fuel.2016.07.124.

Gerasimov D.N., Fadeev V.V., Loginova A.N., Lysenko S.V. Hydroisomerization of Long-Chain Paraffins: Mechanism and Catalysts. Part II. Catal. Indust. 2015. V. 7. N 3. P. 198-213. DOI: 10.1134/S2070050415030058.

Pabst K., Kraushaar-Czarnetzki B., Schaub G. Combi-nation of Fischer–Tropsch Synthesis and Hydropro-cessing in a Single-Stage Reactor. Part II. Effect of Catalyst Combinations. Indust. Eng. Chem. Res. 2013 V. 52. P. 8988-8995. DOI: 10.1021/ie3030483.

Sun J., Niu W., Taguchi A., Abe T., Yoneyama Y., Tsubaki N. Combining wet impregnation and dry sputtering to prepare highlyactive CoPd/H-ZSM5 ternary catalysts applied for tandem catalytic synthesis of isoparaffins. Catal. Sci. Technol. 2014. V. 4. Р. 1260-1267. DOI: 10.1039/c3cy01091k.

Xing C., Yang G., Wu M. Hierarchical zeolite Y supported cobalt bifunctional catalyst for facilely tuning the product distribution of Fischer–Tropsch synthesis. Fuel. 2015. V. 148. Р. 48-57. DOI: 10.1016/j.fuel.2015.01.040.

Tsubaki N., Yoneyama Y., Michiki K., Fujimoto K. Threecompo-nent hybrid catalyst for direct synthesis of isoparaffin via modified Fischer-Tropsch synthesis. Catal. Commun. 2003. V. 4. Р. 108-111. DOI: 10.1016/S1566-7367(03)00003-7.

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.

Lapidus A.L, Krylova A.Yu. Catalytic synthesis of isoalkanes and aromatic hydrocarbons from CO and H2. Usp. Khim. 1998. N 67. P. 941-950. DOI: 10.1021/cr050972v.

Savost’yanov A.P., Narochnyi G.B., Yakovenko R.E., Saliev A.N., Sulima S.I., Zubkov I.N., Nekroenko, S.V., Mitchenko S.A. Synthesis of Low-Pour-Point Diesel Fuel in the Presence of a Composite Cobalt-Containing Catalyst. Petrol. Chem. 2017. V. 57. P. 1186-1189. DOI: 10.1134/S0965544117060251.

Savost’yanov A.P., Yakovenko R.E., Narochnyi G.B., Bakun V.G., Sulima S.I., Yakuba E.S., Mitchenko S.A. Industrial catalyst for the selective Fischer-Tropsch synthesis of long-chain hydrocarbons. Kinet. Catal. 2017. V. 58. N 1. P. 81-91. DOI: 10.1134/S0023158417010062.

Shavaleev D.A., Travkina O.S., Alekhina I.E., Ershtein A.S., Basimova R.A., Pavlov M.L. Synthesis and study of physicochemical properties of catalytic system based on zeolite ZSM-5. Vestn. Bashkir. Un-ta. 2015. N 3(20). P. 58-65 (in Russian).

Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Narochnyi G.B., Nekroenko S.V., Savost’yanov A.P. The Influence of the Cobalt-Containing Component of the Composite Catalyst on the One-Stage Process for Synthesis of Liquid Hydro-carbons from CO and H2. Kataliz Prom. 2019. V. 19. N 3. P. 178-186 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0387-2019-3-178-186.

Iglesia E. Design, synthesis, and use of cobalt-based Fischer-Tropsch synthesis catalysts. Appl. Catal. A: Gen. 1997. V. 161. P. 59-78. DOI: 10.1016/S0926-860X(97)00186-5.

Опубликован
2019-08-20
Как цитировать
Savostyanov, A. P., Yakovenko, R. E., Narochny, G. B., Nepomnyashchikh, E. V., & Mitchenko, S. A. (2019). БИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ СО/SIO2-Fe-ZSM-5-Al2O3 ДЛЯ СИНТЕЗА МОТОРНЫХ ФРАКЦИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 62(8), 139-146. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20196208.5905
Выпуск
Том 62 № 8 (2019)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы