Совмещенный синтез и гидрооблагораживание углеводородов на кобальтовом цеолитсодержащем катализаторе


https://doi.org/10.20914/2310-1202-2018-4-304-311

Полный текст:


Аннотация

Разработан композитный Со-Al2O3/SiO2/НZSM-5 катализатор для одностадийного синтеза углеводородов топливного ряда из СО и Н2. Катализатор получен смешением и формованием порошков Со-Al2O3/SiO2 катализатора, цеолита НZSM-5 и бемита Al(O)OH?H2O. Физико-химическими методами РФА, ПЭМ, БЭТ установлен фазовый состав катализатора, размер частиц кобальта (8,2±1 нм), площадь его удельной поверхности (286 м2/г). Проведены испытания в синтезе углеводородов из СО и Н2 в непрерывном режиме в течение 60 ч при температуре 240 °С, давлении 2,0 МПа, объемной скорости газа 1000 ч-1. Показано, что на синтез-газе, разбавленном на 40% азотом, возможно получать жидкие углеводороды С5+ с селективностью 69% и производительностью 81 кг/(м3?ч). Выход углеводородов С5+ составил 70 г/м3 пропущенного синтез-газа и 135 г/м3 превращённого синтез-газа. Синтетическая нефть имеет молекулярно-массовое распределение близкое к мономодальному (вероятность роста цепи составляет 0,81), на 88% состоит из бензиновой и дизельной фракций и на 12% из длинноцепочечных углеводородов С19+. Отношение количества углеводородов изомерного строения к углеводородам нормального строения (изо/н) составляет 1,26, а отношение углеводородов олефинового ряда к углеводородам парафинового ряда – 0,97. В бензиновой фракции углеводородов (С5-С10) отмечено высокое содержание алкенов нормального и разветвленного строения (76,3 %), доля изо-алканов и н-алканов составляет 10,8 и 12,9% соответственно. Катализатор показал стабильную работу, скорость его дезактивации сопоставима со скоростью дезактивации коммерческого бифункционального катализатора.

Об авторах

Р. Е. Яковенко
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
Россия
к.т.н., доцент, кафедра химических технологий, ул. Просвещения, 132, г Новочеркасск, 346428, Россия


И. Н. Зубков
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
аспирант, кафедра химических технологий, ул. Просвещения, 132, г Новочеркасск, 346428, Россия


С. В. Некроенко
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
лаборант-исследователь, НИИ «Нанотехнологии и новые материалы», ул. Просвещения, 132, г Новочеркасск, 346428, Россия


О. П. Папета
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
студент, кафедра химических технологий, ул. Просвещения, 132, г Новочеркасск, 346428, Россия


Список литературы

1. King D.L., Klerk A. Overview of Feed-to-Liquid (XTL) Conversion // ACS Symposium Series. 2011. V. 1084. Р. 1–24. doi: 10.1021/bk2011–1084.ch001

2. Крылова А.Ю., Куликова М.В., Лапидус А.Л. Катализаторы синтеза Фишера-Тропша для процессов получения жидких топлив из различного сырья // Химия твердого топлива. 2014. № 4. С. 18–21. doi: 10.7868/S0023117714040070

3. Мордкович В.З., Синева Л.В., Кульчаковская Е.В., Асалиева Е.Ю. Четыре поколения технологии получения синтетического жидкого топлива на основе синтеза Фишера-Тропша // Катализ в промышленности. 2015. № 5. С. 23–45. doi: 10.18412/1816–0387–2015–5–23–45

4. Carvalho A., Marinova M., Batalha N., Marcilio N.R. et al. Design of nanocomposites with cobalt encapsulated in the zeolite micropores for selective synthesis of isoparaffins in Fischer-Tropsch reaction // Catalysis Science & Technology. 2017. V. 7. № 21. Р. 5019–5027. doi: 10.1039/C7CY01945A

5. Kim J., Lee S., Cho K., Na K. et al. Mesoporous MFI Zeolite Nanosponge Supporting Cobalt Nanoparticles as a Fischer–Tropsch Catalyst with High Yield of Branched Hydrocarbons in the Gasoline Range // ACS Catalysis. 2014. V. 4. Р. 3919–3927. doi: 10.1021/cs500784v

6. Sartipi S., Dijk J.E., Gascon J., Kapteijn F. Toward bifunctional catalysts for the direct conversion of syngas to gasoline range hydrocarbons: H-ZSM5 coated Co versus H-ZSM5 supported Co // Applied Catalysis A: General. 2013. V. 456. Р. 11–22. doi: 10.1016/j.apcata.2013.02.012

7. Adeleke A.A., Liu X., Lu X., Hildebrandt M.D. Cobalt hybrid catalysts in Fischer-Tropsch synthesis // Reviews in Chemical Engineering. 2018. doi: 10.1515/revce2018–0012

8. Valero-Romero M.J., Sartipi S., Sun X., Rodriguez-Mirasol J. et al. Carbon/H-ZSM5 composites as supports for bifunctional Fischer-Tropsch synthesis catalysts // Catal. Sci. Technol. 2016. V. 6. P. 2633–2646. doi: 10.1039/C5CY01942G

9. Yao M., Yao N., Liu B., Li S. et al. Effect of SiO2/Al2 O3 ratio on the activities of CoRu/ZSM5 Fischer-Tropsch synthesis catalysts // Catal. Sci. Technol. 2015. V. 5. Р. 2821–2828. doi: 10.1039/C5CY00017C

10. Nakanishia M., Uddina A., Katoa Y., Nishina Y. et al. Effects of preparation method on the properties of cobalt supported-zeolite catalysts for Fischer-Tropsch synthesis // Catal. Sci. Technol. 2015. V. 5. Р. 1847–1853. doi: 10.1016/j.cattod.2017.01.017

11. Kang J., Wang X., Peng X., Yang Y. et al. Mesoporous Zeolite Y-Supported Co Nanoparticles as Efficient Fischer-Tropsch Catalysts for Selective Synthesis of Diesel Fuel // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. № 51. Р. 13008–13019. doi: 10.1021/acs.iecr.6b03810

12. Nakanishi M., Uddina Md. A., Kato Y., Nishina Y. et al. Effects of preparation method on the properties of cobalt supported ?-zeolite catalysts for Fischer-Tropsch synthesis // Catalysis Today. 2017. V. 291. P. 124–132. doi. 10.1016/j.cattod.2017.01.017.

13. Kruse N., Machoke A.G., Schwieger W., Gottel R. Nanostructured Encapsulated Catalysts for Combination of Fischer-Tropsch Synthesis and Hydroprocessing // ChemCatChem. 2015. V. 7. Р. 1018–1022. doi: 10.1002/cctc.201403004

14. Savost’yanov A.P., Yakovenko R.E., Sulima S.I., Bakun V.G. et al. The impact of Al2 O3 promoter on an efficiency of C5+ hydrocarbonsformation over Co/SiO2 catalysts via Fischer-Tropsch synthesis // Catalysis Today. 2017. V. 279. Р. 107–114. doi: 10.1016/j.cattod.2016.02.037

15. Нарочный ГБ., Савостьянов А.П., Яковенко Р.Е., Бакун В.Г Опыт реализации технологии кобальтового катализатора синтеза углеводородов из СО и Н2 // Катализ в промышленности. 2016. № 1. С. 37–42. doi: 10.18412/1816–0387–2016–1–37–42

16. Шавалеев Д.А., Травкина О.С., Алехина И.Е., Эрштейн А.С. и др. Синтез и исследование физико-химических свойств каталитической системы на основе цеолита ZSM5 // Вестник Башкирского университета. 2015. Т. 20. № 1. С. 58–65.

17. PDF2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD), PDF2 Release 2012. URL: www.icdd.com.

18. Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites; Ed. Treacy M.M.J., Higgins J.B. Elsevier, 2001. 586 p.

19. Wilson S.J. The Dehydration of Boehmite ?-AIOOH, ?-Al2 O3 // Journal of Solid State Chemistry. 1979. V. 30. P. 241–255. doi: 10.1016/0022–4596(79)90106–3

20. Young R.A. The Rietveld Method. Oxford University Press, 1995. 308 р.

21. Zhu T., Flytzani-Stephanopoulos M. Catalytic partial oxidation of methane to synthesis gas over Ni-CeO2 // Applied Catalysis A: General. 2001. V. 208. P. 403–417. doi: 10.1016/S0926–860X(00)00728–6

22. Al-Sayari S.A. Recent Developments in the Partial Oxidation of Methane to Syngas // The Open Catalysis Journal. 2013. V. 6. P. 17–28. doi: 10.2174/1876214X20130729001

23. Zhu C., Bollas G.M. Gasoline Selective Fischer-Tropsch Synthesis in Structured Bifunctional Catalysts // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 235. P. 92–102. doi: 10.1016/j.apcatb.2018.04.063

24. 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

25. Zhou W., Chen J., Fang K., Sun Y.H. The deactivation of Co/SiO2 catalyst for Fischer–Tropsch synthesis at different ratios of H2 to CO // Fuel Processing Technology. 2006. V. 87. Р. 609–616. doi: 10.1016/j.fuproc.2006.01.008

26. Kibby C., Jothimurugesan K., Das T., Lacheen H.S. et al. Chevron’s gas conversion catalysis-hybrid catalysts for wax-free Fischer–Tropsch synthesis // Catalysis Today. 2013 V. 215. P.131–141. doi: 10.1016/j.cattod.2013.03.009

27. Нурмухаметова Э.Р., Ахметов А.Ф., Рахматуллин А.Р. Исследование бензина каталити-ческого крекинга // Нефтегазовое дело: электронный научный журнал. 2014. № 2. С. 181–193.


Дополнительные файлы

1. Рецензия
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Метаданные

Для цитирования: Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Некроенко С.В., Папета О.П. Совмещенный синтез и гидрооблагораживание углеводородов на кобальтовом цеолитсодержащем катализаторе. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018;80(4):304-311. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2018-4-304-311

For citation: Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Nekroenko S.V., Papeta O.P. Combined synthesis and hydroprocessing on a cobalt catalyst on a cobalt-containing zeolite catalyst. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2018;80(4):304-311. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2018-4-304-311

Просмотров: 25

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2226-910X (Print)
ISSN 2310-1202 (Online)