СКЕЛЕТНЫЙ КОБАЛЬТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ В СИНТЕЗЕ ФИШЕРА-ТРОПША
Аннотация
Проведены исследования, направленные на разработку способа получения скелетного кобальта (кобальта Ренея) для использования в высокоэффективных гранулированных катализаторах синтеза Фишера-Тропша, обладающих большой производительностью по жидким углеводородам С5+. Предложенный способ позволяет получать скелетный кобальт относительно просто, воспроизводимым методом и в безопасной, непирофорной форме ультрадисперсного порошка. Скелетный кобальт, наряду с вводимыми в состав композита дополнительными добавками, в состоянии обеспечить реализацию необходимой для теплопереноса перколяционной сети и оптимизированной пористой структуры катализатора. Полученный кобальт Ренея охарактеризован рядом физико-химических методов с выработкой параметров технологического контроля для производства кобальта Ренея. Показано методом просвечивающей электронной микроскопии, что частицы кобальта Ренея, которые выглядят на микрофотографиях низкого разрешения как монолиты, состоят из слабо связанных между собой наночастиц. При получении пористого металла обнаружено ранее не обсуждавшееся в литературе по получению металлов Ренея частичное растворение кобальта с образованием двухвалентного Со2+ за счет окисления водой и дальнейшего перехода в окрашенный Со3+ при взаимодействии с растворенным кислородом воздуха. Введение скелетного кобальта в количестве до 3% масс. в состав катализатора синтеза Фишера-Тропша приводит к значительному росту производительности катализатора, до 410 г/л/ч по сравнению с величиной 320-340 г/л/ч для исходного катализатора. Также показано, что собственная кислотность восстановленного кобальта достаточна низка, и основной вклад в кислотность катализатора вносят примесные оксидно-алюминиевые структуры или другие элементы композитного носителя катализатора.
Литература
https://grace.com/catalysts-and-fuels/en-us/chemicalcatalysts/RANEY-Cobalt Raney(R)-cobalt,W.R. Grace and
Co. Raney(R)2700.
Smith A.J, Garciano II L.O., Tran T. Effect of Chromate Addition on the Structure and Kinetics of Leaching for the
Formation of Promoted Skeletal (Raney) Cobalt Catalysts. Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. N 8. P. 2518-2522. DOI: 10.1021/ie070809l.
Smith A.J., Trimm D.L. The preparation of skeletal catalysts. Ann. Rev. Matls Res. 2005. V. 35. N 1. P. 127-142.
DOI: 10.1146/annurev.matsci.35.102303.140758.
Garciano II L.O. Development of Raney cobalt catalysts for the hydrogenation of squalene type compounds. React. Kin. Mech. Catal. 2013. V. 108. P. 127–138. DOI: 10.1007/s11144-012-0498-1.
Abacıoğlu K., Salt Y. Leaching process in the preparation of Raney cobalt catalyst. React. Kin. Mech. Catal. 2010.
V. 101. P. 163-172. DOI: 10.1007/s11144-010-0218-7.
Smith A.J., Garciano II L.O., Tran T. Structure and Kinetics of Leaching for the Formation of Skeletal (Raney) Cobalt Catalysts. Ind. Eng. Chem. Res. 2008. V. 47. N 5. P. 1409–1415. DOI: 10.1021/ie070801b.
Mordkovich V.Z., Sineva L.V., Kulchakovskaya E.V., Asalieva E.Yu. Four Generations of Technology for Production of Synthetic Liquid Fuel Based on Fischer – Tropsch Synthesis. Historical Overview. Cat. Ind. 2014. V. 15. P. 23-45. DOI: 10.18412/1816-0387-2015-5-23-45.
Rane S. Relation between hydrocarbon selectivity and cobalt particle size for alumina supported cobalt Fischer–Tropsch catalysts. Appl. Cat. A. 2012. V. 437-438. P. 10-17. DOI: 10.1016/j.apcata.2012.06.005.
Fu T., Li Z. Review of recent development in Co-based catalysts supported on carbon materials for Fischer–Tropsch synthesis. Chem. Eng. Sci. 2015. V. 135. P. 3-20. DOI: 10.1016/j.ces.2015.03.007.
Ellis P.R., Enache D.I., James D.W., Jones D.S., Kelly G.J. A robust and precious metal-free high performance
cobalt Fischer–Tropsch catalyst. Nature Catalysis. 2019. V. 2. P. 623-631. DOI: 10.1038/s41929-019-0288-5.
Saib A.M., Moodley D.J., Ciobica I.M., Hauman M.M., Sigwebela B.H., Westrate C.J., van de Loosdrecht J.
Fundamental understanding of deactivation and regeneration of cobalt Fischer–Tropsch synthesis catalysts. Cat. Today. 2010. V. 154. P. 271-282. DOI: 10.1016/j.cattod. 2010.02.008.
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. Cat. A. 2015. V. 505. P. 260-266. DOI:
1016/j.apcata.2015.08.006.
Banwell M.G., Jones M.T., Reekie T.A., Schawrtz B.D., Tan S.H., White L.V. RANEY® cobalt – an underutilised
reagent for the selective cleavage of C–X and N–O bonds. Org. Biomol. Chem. 2014. V. 12. P. 7433-7444. DOI:
1039/C4OB00917G.
Korolev Yu.A. Glycerol dehydroxylation in hydrogen on a Raney cobalt catalyst. Catalysis Ind. 2010. V. 2. P. 287–289. DOI: 10.1134/S2070050410030141.
Muller J.L., Rickers A., Leitner W. Raney Cobalt: An Effective and Recyclable Catalyst for the Pauson–Khand Reaction. Adv. Synth. Catal. 2007. V. 349. P. 287-291. DOI: 10.1002/adsc.200600453.
Sineva L.V., Mordkovich V.Z., Khatkova E.Yu. Fischer–Tropsch synthesis in the presence of composite catalysts with different types of active cobalt. Mend. Commun. 2013. V. 23. P. 44-45. DOI: 10.1016/j.mencom.2013.01.016.
Asalieva E.Yu., Kul’chakovskaya E.V., Sineva L.V., Mordkovich V.Z. Effect of Zeolite on Fischer–Tropsch
Synthesis in the Presence of a Catalyst Based on Skeletal Cobalt. Petr. Chem. 2020. V. 60. N 1. P. 69–74. DOI:
1134/S0965544120010028.
Kulchakovskaya E.V., Asalieva E.Yu., Gryaznov K.O., Sineva L.V., Mordkovich V.Z. Effect of the Mode of Introduction of Cobalt into a Composite Zeolite Catalyst on the Product Composition of Fischer–Tropsch Synthesis. Petr. Chem. 2015. V. 55. N 1. P. 45–50. DOI: 10.1134/S0965544115010089.
Mordkovich V.Z., Ermolaev V.S., Mitberg E.B., Sineva L.V., Solomonik, I.G., Asalieva, E.Yu. Composite Pelletized Catalyst for Higher One-Pass Conversion and Productivity in Fischer–Tropsch Process. Res. Chem. Intermed. 2015. V. 41. N 12. P. 9539-9550. DOI: 10.1007/s11164-015-1978-5.
