ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ СУСПЕНЗИЙ НА ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В УСЛОВИЯХ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША
Аннотация
Предложены способы формирования стабильных железосодержащих суспензий, проявляющих активность в превращении синтез-газа в углеводороды С5+ по методу Фишера-Тропша. Методами РФА и ДРС определено, что при формировании суспензии методом капельного термолиза − постепенном введении раствора прекурсора активного металла в дисперсионную среду (смесь углеводородов C19H40-C32H66) − происходит образование фазы Fe2O3 с бимодальным распределением частиц по размерам, которые составляют 50 и 295 нм. Импульсное введение раствора прекурсора активного металла (флеш-пиролиз) в зону реактора приводит к формированию фазы Fe3O4 с размером частиц 91 и 460 нм. Методами ПЭМ и АСМ установлено, что независимо от метода формирования суспензии крупные частицы активной фазы представляют собой агломераты более мелкой фракции частиц со средним размером 42 нм. Полученные суспензии проявили высокую активность в синтезе Фишера-Тропша в условиях сларри-реактора, однако степень превращения СО несколько выше в случае каталитической суспензии, приготовленной методом капельного термолиза. Показано, что способ формирования суспензии значительно влияет на фракционный состав получаемых продуктов реакции. В присутствии суспензии, полученной методом капельного термолиза, выход жидких углеводородов достигает 130 г/м3, при этом наблюдается высокое содержание углеводородов С19+. Система, сформированная методом флеш-пиролиза, позволяет получить преимущественно бензиновую (С5-С10) и дизельную (С11-С18) фракцию углеводородов. Стоит отметить, что в продуктах реакции наблюдается высокое содержание непредельных углеводородов, которое достигает 55%. Таким образом, состав конечных продуктов СФТ можно регулировать с помощью выбора метода формирования каталитической суспензии.
Для цитирования:
Куликова М.В., Дементьева О.С., Чудакова М.В., Иванцов М.И. Влияние способа формирования наноразмерных суспензий на их физико-химические и каталитические свойства в условиях синтеза Фишера-Тропша. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 9-10. С. 70-75
Литература
Slivinskii E.V., Kliger G.A., Kuz’min A.E., Abramova A.V., Kulikova E.A. The strategy of rational use of natural gas and other carbon-containing compounds in production of synthetic liquid fuels and intermediate petrochemical products. Rus. Chem. Journal. 2003. V. 17. N 6. P. 12 – 29. (in Russia)
Wood D.A., Nwaoh C., Towler B.F. Gas-to-liquids (GTL): A review of an industry offering several routes for monetizing natural gas. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2012. V. 9. P. 196-208. DOI: 10.1016/j.jngse.2012.07.001
Hook M., Aleklett K. A review on coal-to-liquid fuels and its coal consumption. Int. J. Energy Res. 2010. V. 34. P. 848–864. DOI: 10.1002/er.1596
Ail S.S., Dasappa S. Biomass to liquid transportation fuel via Fischer Tropsch synthesis–Technology review and current scenario. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. V. 58. P. 267–286. DOI: 10.1016/j.rser.2015.12.143
Dry M.E. Fischer‐Tropsch Synthesis ‐ Industrial. Encyclopedia of Catalysis. 2010. P. 1-55. DOI: 10.1002/0471227617.eoc094
Guettel R., Kunz U., Turek T. Reactors for Fischer-Tropsch Synthesis. Chem. Eng. Technol. 2008. V. 31. N 5. P. 746–754. DOI: 10.1002/ceat.200800023
Guettel R., Turek T. Comparison of different reactor types for low temperature Fischer–Tropsch synthesis: A simulation study. Chemical Engineering Science. 2009. V. 64. I. 5. P. 955-964. DOI: 10.1016/j.ces.2008.10.059
Mahmoudi H., Mahmoudi M., Doustdar O., Jahangiri H., Tsolakis A., S. Gu, Wyszynski M.L. A review of Fischer Tropsch synthesis process, mechanism, surface chemistry and catalyst formulation. Biofuels Eng. 2017. V. 2. I. 1. P.11–31. DOI: 10.1515/bfuel-2017-0002
Boyer C., Gazarian J., Lecocq V., Maury S., Forret A., Schweitzer J.M., Souchon V. Development of the Fischer-Tropsch Process: From the Reaction Concept to the Process Book. Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP Energies nouvelles. 2016. V. 71. I. 44. P. 1-19. DOI: 10.2516/ogst/2015032
Tsakoumis N. E., Rønning M., Borg Ø., Rytter, E. Holmen A. Deactivation of cobalt based Fischer–Tropsch catalysts: a review. Catalysis Today. 2010. V. 154. I. 3-4. P. 162-182. DOI 10.1016/j.cattod.2010.02.077
Marettoa C., Krishnab R. Modelling of a bubble column slurry reactor for Fischer–Tropsch synthesis. Catalysis Today. 1999. V. 52, I. 2–3, P. 279-289. DOI 10.1016/S0920-5861(99)00082-6
Seyednejadian S., Rauch R., Bensaid S., Hofbauer H.,. Weber G, Saracco G. Power to Fuels: Dynamic Modeling of a Slurry Bubble Column Reactor in Lab-Scale for Fischer Tropsch Synthesis under Variable Load of Synthesis Gas. Appl. Sci. 2018. V. 8. I. 4. P. 514-535. DOI:10.3390/app8040514
Sehabiague L., Lemoine R., Behkish A., Heintz Y.J., Sanoja M., Oukaci R., Morsi B.I. Modeling and optimization of a large-scale slurry bubble column reactor for producing 10,000 bbl/day of Fischer–Tropsch liquid hydrocarbons. Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers. 2008. V. 39. P. 169–179. DOI:10.1016/j.jcice.2007.11.003
Vik C. B., Solsvik J., Hillestad M., Jakobsen H.A. Modeling of a Slurry Bubble Column Reactor for the Production of Biofuels via the Fischer‐Tropsch Synthesis. Chem. Eng. Technol. 2015. V. 38. N 4. P. 690–700. DOI: 10.1002/ceat.201400647
Du H., Li M., Liu D., Ren Y., Duan Y. Slurry-phase hydrocracking of heavy oil and model reactant: effect of dispersed Mo catalyst. Applied Petrochemical Research. 2015. V. 5. I. 2. P. 89–98. DOI: 10.1007/s13203-014-0092-8
Lin T.-j., Xuan M., Shi L. Evaluation of Laboratory Methods for the Acquisition of Catalyst from Fischer–Tropsch Wax/Catalyst Mixtures. Ind. Eng. Chem. Res. 2012. V. 51. I. 44. P. 14511–14516. DOI: 10.1021/ie301535e
Khadzhiev S.N. Nanoheterogeneous catalysis: definition, state, and research prospects (review). Petroleum Chemistry. 2016. V.56. №6. P. 465-479. DOI: 10.1134/S0965544116060050
Khadzhiev S. N., Krylova A. Yu. Fischer–Tropsch Synthesis in a Three-Phase System over Nanocatalysts (Review). Petroleum Chemistry. 2011. V. 51. N 2. P. 74–85. DOI: 10.1134/S096554411102006X
Khadzhiev S. N., Krylova A. Yu., Kulikova M. V., Lyadov A. S., Sagitov S. A. Fischer-Tropsch synthesis in a slurry reactor in the presence of nanosized cobalt catalysts synthesized in situ in a hydrocarbon medium. Petroleum Chemistry. 2013. V. 53. I. 3. P. 152-156. DOI: 10.1134/S0965544113030031
Ivantsov M.I., Kulikova M.V., Gubanov M. A., Dement’eva O.S., Chudakova M.V., Bondarenko G.N., Khadzhiev S.N. Methanol synthesis in a three-phase slurry reactor with ultrafine catalysts. Petroleum Chemistry. 2017. V. 57. I. 7. P. 571–575. DOI: 10.1134/S0965544117070027
Xu L., Bao S., O'Brien R. J., Houpt D.J., Davis B.H. Iron Fischer-Tropsch catalysis — properties of an ultrafine iron oxide catalyst. Fuel Science and Technology International. 1994. V. 12. I. 10. P. 1323-1353. DOI: 10.1080/08843759408916238
Kulikova M.V., Chudakova M.V., Dement'eva O.S., Ivantsov M.I., Oknina N.V. Fischer–Tropsch Synthesis in the presence of ultrafine iron-containing catalysts derived from reverse microemulsions. Petroleum Chemistry. 2016. V. 56. N 6. P. 535-539. DOI: 10.1134/S0965544116060062
Kulikova M.V., Dement'eva O.S., Il’in S.O., Khadzhiev S.N. Formation and Catalytic Behavior of Fine Iron-Containing Composite Fischer–Tropsch Catalysts in a Slurry Reactor. Petroleum Chemistry. 2017. V.57. N 14. P. 1318-1326. DOI: 10.1134/S2414215817020058
