catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2023-2-15-25catal-879Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYБифункциональный кобальтовый катализатор для синтеза низкозастывающего дизельного топлива методом Фишера – Тропша – от разработки к внедрению. Часть 2. Оптимизация компонентного состава катализатораBifunctional cobalt catalyst for the synthesis of waxy diesel fuel by the Fischer–Tropsch method – from development to introduction. Part 2. Optimization of the catalyst component compositionЯковенкоР. Е.YakovenkoR. E.ctls@kalvis.ruБакунВ. Г.BakunV. G.ctls@kalvis.ruЗубковИ. Н.ZubkovI. N.ctls@kalvis.ruПапетаО. П.PapetaO. P.ctls@kalvis.ruСалиевА. Н.SaliyevA. N.ctls@kalvis.ruСавостьяновА. П.Savost'yanovA. P.ctls@kalvis.ruЮжно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова (ЮРГПУ (НПИ)), НовочеркасскРоссияPlatov South-Russian State Polytechnic University, NovocherkasskRussian Federation2023270320232321525Copyright © LLC "KALVIS", 20232023LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/879

Изучено влияние содержания металлического (катализатор Co-Al2O3 /SiO2) и кислотного (цеолит ZSM-5 в H-форме) компонентов на свойства бифункционального катализатора для интегрированного синтеза низкозастывающего дизельного топлива методом Фишера – Тропша. Катализаторы в форме композитной смеси со связующим (бемит) характеризовали методами РФА, БЭТ, ТПВ. Испытания вели в проточном реакторе со стационарным слоем катализатора при давлении 2,0 МПа, температуре 240 °С и объемной скорости газа 1000 ч–1. Проведено сравнение активности и селективности катализаторов, фракционного и углеводородного состава продуктов в зависимости от соотношения компонентов. Установлено, что производительность синтеза по углеводородам С5+ и селективность по продуктам дизельной фракции С11–С18 с высокой долей изомерных продуктов коррелируют с соотношением металлического и кислотного компонентов в составе катализаторов. Катализатор, рекомендуемый для производства дизельного топлива, имеет состав с соотношением металлического и кислотного компонентов 1,17.

The effect exerted by the content of metallic (Co-Al2O3/SiO2 catalyst) and acidic (ZSM-5 zeolite in the H-form) components on the properties of bifunctional catalyst for the integrated synthesis of waxy diesel fuel by the Fischer–Tropsch method was studied. Catalysts represented by a composite mixture with a boehmite binder were characterized by XRD, BET and TPR methods. The testing was performed in a flow reactor with a fixed catalyst bed at a pressure of 2.0 MPa, temperature 240 °С and gas hourly space velocity 1000 h–1. Activity and selectivity of the catalysts as well as the fractional and hydrocarbon composition of the products were investigated in dependence on the ratio of components. It was found that productivity of the synthesis for С5+ hydrocarbons and selectivity for the С11–С18 diesel fraction products with a high content of isomeric products correlated with the ratio of metallic and acidic components in the catalysts. The composition of the catalyst recommended for the diesel fuel production has the 1.17 ratio of metallic and acidic components.

синтез Фишера – Тропшабифункциональный кобальтовый катализаторцеолит HZSM-5составкаталитические показателипродуктытопливоFischer–Tropsch synthesisbifunctional cobalt catalystHZSM-5 zeolitecompositioncatalytic propertiesproductsfuelReferencesDry M.E. // Catalysis Today. 2002. V. 71. № 3-4. Р. 227–241. DOI: 10.1016/S0920-5861(01)00453-9.Dry M.E. // Catalysis Today. 2002. V. 71. № 3-4. Р. 227–241. DOI: 10.1016/S0920-5861(01)00453-9.Khodakov A.Y., Wei C., Fongarland P. // Chemical Reviews. 2007. V. 107. № 5. P. 1692–1744. DOI: 10.1021/cr050972v.Khodakov A.Y., Wei C., Fongarland P. // Chemical Reviews. 2007. V. 107. № 5. P. 1692–1744. DOI: 10.1021/cr050972v.Klerk A. Fischer-Tropsch refining. John Wiley & Sons, 2012. 620 р.Klerk A. Fischer-Tropsch refining. John Wiley & Sons, 2012. 620 р.Adeleke A.A., Liu X., Lu Х., Moyo M., Hildebrandt D. // Reviews in Chemical Engineering. 2020. V. 36. № 4. P. 437–457. DOI: 10.1515/revce-2018-0012.Adeleke A.A., Liu X., Lu Х., Moyo M., Hildebrandt D. // Reviews in Chemical Engineering. 2020. V. 36. № 4. P. 437–457. DOI: 10.1515/revce-2018-0012.Chunxiang Z., George M.B. // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 235. Р. 92–102. DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.04.063.Chunxiang Z., George M.B. // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 235. Р. 92–102. DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.04.063.Sartipi S., Parashar K., Valero-Romero M., Santos V., Linden B., Makkee M., Kapteijn F., Gascon J. // Journal of Catalysis. 2013. V. 305. Р. 179–190. DOI: 10.1016/j.jcat.2013.05.012.Sartipi S., Parashar K., Valero-Romero M., Santos V., Linden B., Makkee M., Kapteijn F., Gascon J. // Journal of Catalysis. 2013. V. 305. Р. 179–190. DOI: 10.1016/j.jcat.2013.05.012.Sartipi S., Makkee M., Kapteijn F., Gascon J. // Catalysis Science and Technology. 2014. V. 4. № 4. P. 893–907. DOI: 10.1039/C3CY01021J.Sartipi S., Makkee M., Kapteijn F., Gascon J. // Catalysis Science and Technology. 2014. V. 4. № 4. P. 893–907. DOI: 10.1039/C3CY01021J.Leckel D. // Fuel Processing Technology. 2011. V. 92. № 5. Р. 959–969. DOI: 10.1016/j.fuproc.2010.12.017.Leckel D. // Fuel Processing Technology. 2011. V. 92. № 5. Р. 959–969. DOI: 10.1016/j.fuproc.2010.12.017.Кинзуль А.П., Хандархаев С.В., Писаренко Н.О., Бурюкин Ф.А., Твердохлебов В.П. // Мир нефтепродуктов. 2012. № 8. С. 7–11.Кинзуль А.П., Хандархаев С.В., Писаренко Н.О., Бурюкин Ф.А., Твердохлебов В.П. // Мир нефтепродуктов. 2012. № 8. С. 7–11.Maddi B., Davidson S., Job H., Dagle R., Guo M., Gray M., Ramasamy K.K. // Catalysis Letters. 2021. V. 151. № 2. Р. 526–537. DOI: 10.1007/s10562-020-03324-7.Maddi B., Davidson S., Job H., Dagle R., Guo M., Gray M., Ramasamy K.K. // Catalysis Letters. 2021. V. 151. № 2. Р. 526–537. DOI: 10.1007/s10562-020-03324-7.Wang Y., Yu J., Qiao J., Sun Y., Jin W., Zhang H., Ma J. // Journal of the Energy Institute. 2020. V. 93. № 3. Р. 1187–1194. DOI: 10.1016/j.joei.2019.11.002.Wang Y., Yu J., Qiao J., Sun Y., Jin W., Zhang H., Ma J. // Journal of the Energy Institute. 2020. V. 93. № 3. Р. 1187–1194. DOI: 10.1016/j.joei.2019.11.002.Li X., Chen Y., Liu S., Zhao N., Jiang X., Su M., Li Z. // Chemical Engineering Journal. 2021. V. 416. Р. 129180. DOI: 10.1016/j.cej.2021.129180.Li X., Chen Y., Liu S., Zhao N., Jiang X., Su M., Li Z. // Chemical Engineering Journal. 2021. V. 416. Р. 129180. DOI: 10.1016/j.cej.2021.129180.Xing C., Li M., Zhang G., Noreen A., Fu Y., Yao M., Lu C., Gao X., Yang R., Amoo C.C. // Fuel. 2021. V. 285. Р. 119233. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119233.Xing C., Li M., Zhang G., Noreen A., Fu Y., Yao M., Lu C., Gao X., Yang R., Amoo C.C. // Fuel. 2021. V. 285. Р. 119233. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119233.Sadek R. Chalupka K. A., Mierczynski, P., Rynkowski, J., Millot, Y., Valentin, L., Casale S., Dzwigaj, S. // Catalysis Today. 2020. V. 354. Р. 109–122. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.05.004.Sadek R. Chalupka K. A., Mierczynski, P., Rynkowski, J., Millot, Y., Valentin, L., Casale S., Dzwigaj, S. // Catalysis Today. 2020. V. 354. Р. 109–122. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.05.004.Přech J., Strossi Pedrolo D.R., Marcili N.R., Gu B., Peregudova A.S., Mazur M., Ordomsky V.V., Valtchev V., Khodakov A.Y. // ACS Catalysis. 2020. V. 10. № 4. Р. 2544–2555. DOI: 10.1021/acscatal.9b04421.Přech J., Strossi Pedrolo D.R., Marcili N.R., Gu B., Peregudova A.S., Mazur M., Ordomsky V.V., Valtchev V., Khodakov A.Y. // ACS Catalysis. 2020. V. 10. № 4. Р. 2544–2555. DOI: 10.1021/acscatal.9b04421.Sadek R., Chalupka K.A., Mierczynski P., Rynkowski J., Gurgul J., Dzwigaj S. // Catalysts. 2019. V. 9. № 6. Р. 498–511. DOI: 10.3390/catal9060498.Sadek R., Chalupka K.A., Mierczynski P., Rynkowski J., Gurgul J., Dzwigaj S. // Catalysts. 2019. V. 9. № 6. Р. 498–511. DOI: 10.3390/catal9060498.Li J., He Y., Tan L., Zhang P., Peng X., Oruganti A., Yang G., Abe H., Wang Y., Tsubaki N. // Nature Catalysis. 2018. V. 1. № 10. P. 787–793. DOI: 10.1038/s41929-018-0144-z.Li J., He Y., Tan L., Zhang P., Peng X., Oruganti A., Yang G., Abe H., Wang Y., Tsubaki N. // Nature Catalysis. 2018. V. 1. № 10. P. 787–793. DOI: 10.1038/s41929-018-0144-z.Martínez-Vargas D.X., Sandoval-Rangel L., Campuzano-Calderon O., Romero-Flores M., Lozano F.J., Nigam K. D. P., Mendoza A., Montesinos-Castellanos A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2019. V. 58. № 35. P. 15872–15901. DOI: 10.1021/acs.iecr.9b01141.Martínez-Vargas D.X., Sandoval-Rangel L., Campuzano-Calderon O., Romero-Flores M., Lozano F.J., Nigam K. D. P., Mendoza A., Montesinos-Castellanos A. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2019. V. 58. № 35. P. 15872–15901. DOI: 10.1021/acs.iecr.9b01141.Асалиева Е Ю., Кульчаковская Е.В., Синева Л.В., Мордкович В.З. // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 1. С. 76–82. DOI: 10.31857/S0028242120010025.Асалиева Е Ю., Кульчаковская Е.В., Синева Л.В., Мордкович В.З. // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 1. С. 76–82. DOI: 10.31857/S0028242120010025.Синева JI.В., Асалиева Е.Ю., Мордкович В.З. // Успехи химии. 2015. Т. 84. № 11. С. 1176–1189. DOI: 10.1070/RCR4464.Синева JI.В., Асалиева Е.Ю., Мордкович В.З. // Успехи химии. 2015. Т. 84. № 11. С. 1176–1189. DOI: 10.1070/RCR4464.Akhmedov V.M., Al‐Khowaiter S.H. // Catalysis Reviews. 2007. V. 49. № 1. Р. 33–139. DOI: 10.1080/01614940601128427.Akhmedov V.M., Al‐Khowaiter S.H. // Catalysis Reviews. 2007. V. 49. № 1. Р. 33–139. DOI: 10.1080/01614940601128427.Yakovenko R.E., Savost’yanov A.P., Narochnyi G.B., Soromotin V.N., Zubkov I.N., Papeta O.P., Svetogorov R.D., Mitchenko S.A. // Catalysis Science & Technology. 2020. V. 10. № 22. Р. 7613–7629. DOI: 10.1039/D0CY00975J.Yakovenko R.E., Savost’yanov A.P., Narochnyi G.B., Soromotin V.N., Zubkov I.N., Papeta O.P., Svetogorov R.D., Mitchenko S.A. // Catalysis Science & Technology. 2020. V. 10. № 22. Р. 7613–7629. DOI: 10.1039/D0CY00975J.Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Savost’yanov A.P., Soromotin V.N., Krasnyakova T.V., Papeta O.P., Mitchenko S.A. // Kinetics and Catalysis. 2021. V. 62. № 1. Р. 172–180. DOI: 10.1134/S0023158421010122.Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Savost’yanov A.P., Soromotin V.N., Krasnyakova T.V., Papeta O.P., Mitchenko S.A. // Kinetics and Catalysis. 2021. V. 62. № 1. Р. 172–180. DOI: 10.1134/S0023158421010122.Нарочный Г.Б., Яковенко Р.Е., Савостьянов А.П., Бакун В.Г. // Катализ в промышленности. 2016. № 1. С. 37–42. DOI: 10.18412/1816-0387-2016-1-37-42.Нарочный Г.Б., Яковенко Р.Е., Савостьянов А.П., Бакун В.Г. // Катализ в промышленности. 2016. № 1. С. 37–42. DOI: 10.18412/1816-0387-2016-1-37-42.Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Narochniy G.B., Papeta O.P., Denisov O.D., Savost’yanov A. P. // Kinetics and Catalysis. 2020. V. 61. № 2. Р. 310–317. DOI: 10.1134/S0023158420020111.Yakovenko R.E., Zubkov I.N., Narochniy G.B., Papeta O.P., Denisov O.D., Savost’yanov A. P. // Kinetics and Catalysis. 2020. V. 61. № 2. Р. 310–317. DOI: 10.1134/S0023158420020111.Мурзин Д.Ю. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 1. С. 85–98. DOI: 10.31857/S0453881120010086.Мурзин Д.Ю. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 1. С. 85–98. DOI: 10.31857/S0453881120010086.Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Бакун В.Г., Аглиуллин М.Р., Салиев А.Н., Савостьянов А.П. // Катализ в промышленности. 2021. Т. 21. № 1-2. С. 30–40. DOI: 10.18412/1816-0387-2021-1-2-30-40.Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Бакун В.Г., Аглиуллин М.Р., Салиев А.Н., Савостьянов А.П. // Катализ в промышленности. 2021. Т. 21. № 1-2. С. 30–40. DOI: 10.18412/1816-0387-2021-1-2-30-40.PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com, 2014.PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com, 2014.Young R.A. The Rietveld Method. Oxford University Press, 1995. 298 p.Young R.A. The Rietveld Method. Oxford University Press, 1995. 298 p.Schanke D., Vada S., Blekkan E.A., Hilmen A.M., Hoff A., Holmen A. // Journal of Catalysis. 1995. V. 156. № 1. Р. 85–95. DOI: 10.1006/jcat.1995.1234.Schanke D., Vada S., Blekkan E.A., Hilmen A.M., Hoff A., Holmen A. // Journal of Catalysis. 1995. V. 156. № 1. Р. 85–95. DOI: 10.1006/jcat.1995.1234.Xu D., Li W., Duan H., Ge Q., Xu H. // Catalysis Letters. 2005. V. 102. № 3. P. 229-235. DOI: 10.1007/s10562-005-5861-7.Xu D., Li W., Duan H., Ge Q., Xu H. // Catalysis Letters. 2005. V. 102. № 3. P. 229-235. DOI: 10.1007/s10562-005-5861-7.Официальный сайт Sasol URL: https://www.sasolgermany.de/fileadmin/doc/alumina/Neu_2017/0372.SAS-BR Inorganics_Pural_Catapal_WEB.pdf (дата обращения 02.06.2022).Официальный сайт Sasol URL: https://www.sasolgermany.de/fileadmin/doc/alumina/Neu_2017/0372.SAS-BR Inorganics_Pural_Catapal_WEB.pdf (дата обращения 02.06.2022).Savost’yanov A.P., Yakovenko R.E., Sulima S.I., Bakun V.G., Narochnyi G.B., Chernyshev V.M., Mitchenko S.A. // Catalysis Today. 2017. V. 279. P.107–114. DOI: 10.1016/j.cattod.2016.02.037.Savost’yanov A.P., Yakovenko R.E., Sulima S.I., Bakun V.G., Narochnyi G.B., Chernyshev V.M., Mitchenko S.A. // Catalysis Today. 2017. V. 279. P.107–114. DOI: 10.1016/j.cattod.2016.02.037.Сулима С.И., Бакун В.Г., Яковенко Р.Е., Шабельская Н.П., Салиев А.Н., Нарочный Г.Б., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 2. С. 240–250. DOI: 10.7868/S0453881118020132.Сулима С.И., Бакун В.Г., Яковенко Р.Е., Шабельская Н.П., Салиев А.Н., Нарочный Г.Б., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. № 2. С. 240–250. DOI: 10.7868/S0453881118020132.Conte M., Xu B., Davies T.E. // Microporous Mesoporous Materials. 2012. V. 164. P. 207–213. DOI: 10.1016/j.micromeso.2012.05.001.Conte M., Xu B., Davies T.E. // Microporous Mesoporous Materials. 2012. V. 164. P. 207–213. DOI: 10.1016/j.micromeso.2012.05.001.Шавалеев Д.А., Травкина О.С., Алехина И.Е., Эрштейн А.С., Басимова Р.А., Павлов М.Л. // Вестник Башкирского университета. 2015. Т. 20. № 1. С. 58–65.Шавалеев Д.А., Травкина О.С., Алехина И.Е., Эрштейн А.С., Басимова Р.А., Павлов М.Л. // Вестник Башкирского университета. 2015. Т. 20. № 1. С. 58–65.Чернавский П.А. // Журнал физической химии. 2003. Т. 77. № 4. С. 636–640.Чернавский П.А. // Журнал физической химии. 2003. Т. 77. № 4. С. 636–640.Булавченко О.А., Черепанова С.В., Малахов В.В., Довлитова Л.C. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 2. С. 205–211.Булавченко О.А., Черепанова С.В., Малахов В.В., Довлитова Л.C. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 2. С. 205–211.Pardo-Tarifa F., Cabrera S., Sanchez-Dominguez M., Boutonnet M. // International journal of hydrogen energy. 2017. V. 42. № 15. Р. 9754–9765. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.01.056.Pardo-Tarifa F., Cabrera S., Sanchez-Dominguez M., Boutonnet M. // International journal of hydrogen energy. 2017. V. 42. № 15. Р. 9754–9765. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.01.056.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.