Preview

Катализ в промышленности

Расширенный поиск

ГИБРИДНЫЕ МЕТАЛЛ-ЦЕОЛИТНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ СИНТЕЗА ФИШЕРА – ТРОПША ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФРАКЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ С5–С18

Полный текст:

Аннотация

Для прямого синтеза фракции углеводородов С5–С18 из СО и Н2 приготовлены гибридные металлеолитные катализаторы, модифицированные переходными металлами (Pd, Fe, Co, Ni). Методами температурно-программированного восстановления и адсорбции кислорода исследовано состояние активного компонента катализатора (дисперсность, удельная поверхность и степень восстановления Со). Определены каталитические характеристики образцов. Испытания проводили в проточном трубчатом реакторе диаметром 1,3 см при 2 МПа и температуре от 210 до 250 °С на катализаторе фракции 0,1–0,2 мм, навеска – 2,5 см3. Установлено, что активность образцов увеличивается в ряду Co < Fe < Ni. С целью оптимизации состава системы изучены характеристики катализатора с варьируемым содержанием никеля: 2, 4, 6 и 8 мас.%. Максимальный выход жидких углеводородов из СО и Н2 (120 г/м3 синтез-газа) получен на катализаторе, содержащем 4 мас.% Ni. Проведены испытания на гранулах (1,5–3,5 мм) этого катализатора в реакторе с увеличенной загрузкой (50 см3), показавшие возможность его применения в опытно-промышленных установках.

Об авторах

С. А. Алхимов
ООО «Объединенный центр исследований и разработок», г. Москва
Россия

генеральный директор ООО «РН-ЦИР». Тел.: (495) 730-61-01



Д. А. Григорьев
ООО «Объединенный центр исследований и разработок», г. Москва
Россия

канд. техн. наук, ведущий науч. сотрудник той же организации. Тел. тот же 



М. Н. Михайлов
ООО «Объединенный центр исследований и разработок», г. Москва
Россия

канд. хим. наук, зав. лабораторией газохимии той же организации. Тел. тот же



Список литературы

1. 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. PP. 1692—1744.

2. Lögdberg S., Lualdi M., Järås S., Walmsley J.C., Blekkan E.A., Rytter E., Holmen A. On the selectivity of cobaltbased Fischer — Tropsch catalysts: Evidence for a common precursor for methane and long-chain hydrocarbons // J. Catal. 2010. V. 274. PP. 84—98.

3. Egiebor N.O., Cooper W.C., Wojciechowski B.W. Synthesisof motor fuels from HY-zeolite supported Fischer — Tropsch iron catalysts // Appl. Catal. 1989. V. 55. PP. 47—64.

4. Kumabe K., Sato T., Matsumoto K., Ishida Y., Hasegawa T. Fischer — Tropsch synthesis with Fe-based catalyst focusing on alternative aviation fuel // Fuel. 2010. V. 89. PP. 2088—2095.

5. Van Wechem V.M.H., Senden M.M.G. Conversion of natural gas to transportation fuels via the Shell Middle Distillate Synthesis Process (SMDS) // Stud. Surf. Sci. Catal. 1994. V. 81. PP. 43—71.

6. Bessell S. Investigation of bifunctional zeolite supported cobalt Fischer — Tropsch catalysts // Appl. Catal. A. 1995. V. 126. PP. 235—244.

7. Martínez A., Rollán J., Arribas M.A., Cerqueira H.S., Costa A.F., S.-Aguiar E.F. A detailed study of the activity and deactivation of zeolites in hybrid Co/SiO2-zeolite Fischer — Tropsch catalysts // J. Catal. 2007. V. 249. PP. 162— 173.

8. Pour A.N., Shahri S.M.K., Zamani Y., Irani M., Tehrani S. Deactivation studies of bifunctional Fe-HZSM5 catalyst in Fischer — Tropsch process // J. Nat. Gas Chem. 2008. V. 17. PP. 242—248.

9. Armor J.N. Metal-exchanged zeolites as catalysts // Micropor. Mesopor. Mater. 1998. V. 22. PP. 451—456.

10. Sheu L.-L., Karpinski Z., Sachtler W.M.H. Effects of palladium particle size and palladium silicide formation on Fourier transform infrared spectra and carbon monoxide adsorbed on palladium/silicon dioxide catalysts // J. Phys. Chem. 1989. V. 93. PP. 4890—4894.

11. Agrawal P.K., Fitzharris W.D., Katzer J.R. Sulfur poisoning and carbon deactivation of alumina-supported Ni, Co, Fe, and Ru catalysts in CO hydrogenation // Stud. Surf. Sci. Catal. 1980. V. 6. PP. 179—200.

12. Sachtler J.W.A., Kool J.M., Ponec V. The role of carbon in methanation by cobalt and ruthenium // J. Catal. 1979. V. 56. PP. 284—286.

13. Сливинский Е.В., Клигер Г.А., Кузьмин А.Е., Абрамова А.В., Куликова Е.А. Стратегия рационального

14. использования природного газа и других углеродсодержащих соединений в производстве синтетического жидкого топлива и полупродуктов нефтехимии // Росс. хим. ж. (Ж. Росс. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2003. T. 47. C. 12—29.

15. Ge Q., Tomonobu T., Fujimoto K., Li X. Influence of Pd ion-exchange temperature on the catalytic performance of Cu-ZnO/Pd-β zeolite hybrid catalyst for CO hydrogenation to light hydrocarbons // Catal. Comm. 2008. V. 9. PP. 1775—1778.

16. Vakros J., Kordulis Ch., Lycourghiotis A. Cobalt oxide supported γ-alumina catalyst with very high active surface area prepared by equilibrium deposition filtration // Langmuir. 2002. V. 18. PP. 417—422.

17. Choi K.-H., Korai Y., Mochida I. Preparation and characterization of nano-sized CoMo/Al2O3 catalyst for hydrodesulfurization // Appl. Catal. A. 2004. V. 260. PP. 229—236.

18. Liotta L.F., Pantaleo G., Di Carlo G., Marci G. Deganello G. Structural and morphological investigation of a cobalt catalyst supported on alumina-baria: effects of redox treatments on the activity in the NO reduction by CO // Appl. Catal. B. 2004. V. 52. PP. 1—10.

19. Ataloglou T., Fountzoula C., Bourikas K., Vakros J., Lycourghiotis A., Kordulis C. Cobalt oxide/g-alumina catalysts prepared by equilibrium deposition filtration: The influence of the initial cobalt concentration on the structure of the oxide phase and the activity for complete benzene oxidation // Appl. Catal. A. 2005. V. 288. PP. 1—9.

20. Yan J.Y., Kung M.C., Sachtler W.M.H., Kung H.H. Co/ Al2O3 lean NOx reduction catalyst // J. Catal. 1997. V. 172. PP. 178—186.

21. Sirijaruphan A., Horvath A., Goodwin Jr.J.G., Oukaci R. Cobalt aluminate formation in alumina-supported cobalt catalysts: effects of cobalt reduction state and water vapor // Catal. Lett. 2003. V. 91. PP. 89—94.

22. Gonzalez-Cortes S.L., Xiao T.-C., Costa P.M.F.J., Fontal B., Green M.L.H. Urea—organic matrix method: an alternative approach to prepare Co-MoS2/γ-Al2O3 HDS catalyst // Appl. Catal. A. 2004. V. 270. PP. 209—222.

23. Tavasoli A., Nakhaeipour A., Sadaghiani K. Raising Co/Al2O3 catalyst lifetime in Fischer — Tropsch synthesis by using a novel dual bed reactor // Fuel Proc. Techn. 2007. V. 88. PP. 461—469.

24. Espinosa G., Dominguez J.M., Morales-Pacheco P., Tobon A., Aguilar M., Benitez J. Catalytic behavior of Co/(Nanoβ-Zeolite) bifunctional catalysts for Fischer — Tropsch reactions // Catal. Today. 2011. V. 166. PP. 47—52.

25. Park J.-Y., Lee Y.-J., Karandikar P.R., Jun K.-W., Ha K.-S., Park H.-G. Fischer — Tropsch catalysts deposited with sizecontrolled Co3O4 nanocrystals: Effect of Co particle size on catalytic activity and stability // Appl. Catal. A. 2012. V. 411—412. PP. 15—23.

26. Pena M.A., Pawelec B., Terreros P., Fierro J.L.G., Lezaun J., Gomez J.P., Jimenez J.M., Vic S. Partial oxidation of methane to syngas over Ni-loaded ultrastable HY zeolite catalysts // Stud. Surf. Sci. Catal. 1997. V. 107. PP. 441— 446.

27. Arnoldy P., Moulijn A. Temperature-programmed reduction of CoO/Al2O3 catalysts // J. Catal. 1985. V. 93. PP. 38—54.

28. Lamber R., Shulzekloff G. On the microstructure of the coprecipitated Ni—Al2O3 catalysts // J. Catal. 1994. V. 146. PP. 601—607.

29. Borowiecki T., Gac W., Denis A. Effects of small MoO3 additions on the properties of nickel catalysts for the steam reforming of hydrocarbons: III. Reduction of Ni-Mo/Al2O3 catalysts // Appl. Catal. A. 2004. V. 270. PP. 27—36.

30. Vogelaar B.M., van Langeveld A.D., Kooyman P.J., Lock C.M., Bonne R.L.C., Mouljin J.A. Stability of metal nanoparticles formed during reduction of alumina supported nickel and cobalt catalysts // Catal. Today. 2011. V. 163. PP. 20—26.

31. Chen B., Liu N., Liu X., Zhang R., Li Y., Li Y., Sun X. Study on the direct decomposition of nitrous oxide over Fe-beta zeolites: From experiment to theory // Catal. Today. 2011, V. 175. PP. 245—255.

32. Guzman-Vargas A., Delahay G., Coq B. Catalytic decomposition of N2O and catalytic reduction of N2O and N2O + + NO by NH3 in the presence of O2 over Fe-zeolite // Appl. Catal. B. 2003. V. 42. PP. 369—379.

33. Wang W.-J., Chen Y.-W. Influence of metal loading on the reducibility and hydrogenation activity of cobalt/alumina catalysts // Appl. Catal. 1991. V. 77. PP. 223—233.

34. Burakorn T., Panpranot J., Mekasuwandumrong O., Chaisuk Ch., Praserthdam P., Jongsomjit B. Characterization of cobalt dispersed on the mixed nanoscale alumina and zirconia supports // J. Mater. Proc. Technol. 2008. V. 206. PP. 352—358.

35. Ma W., Jacobs G., Keogh R.A., Bukur D.B., Davis B.H. Fischer — Tropsch synthesis: Effect of Pd, Pt, Re, and Ru noble metal promoters on the activity and selectivity of a 25%Co/Al2O3 catalyst // Appl. Catal. A. 2012. V. 437—438. PP. 1—9.

36. Schanke D., Vada S., Blekkan E.A., Hilmen A.M., Hoff A., Holmen A. Study of Pt-promoted cobalt CO hydrogenation catalysts // J. Catal. 1995. V. 156. PP. 85—95.

37. Enache D.I., Rebours B., Roy-Auberger M., Revel R. In situ XRD study of the influence of thermal treatment on the characteristics and the catalytic properties of cobaltbased Fischer — Tropsch catalysts // J. Catal. 2002. V. 205 PP. 346—353..

38. Chen Y.W., Tang H.T., Goodwin J.G. Effect of preparation methods on the catalytic properties of zeolite-supported ruthenium in the Fischer — Tropsch synthesis // J. Catal. 1983. V. 83. PP. 415—427.

39. Nijs H.H., Jacobs P.A. New evidence for the mechanism of the fischer-tropsch synthesis of hydrocarbons // J. Catal. 1980. V. 66. PP. 401—411.

40. Lee W.H., Bartholomew C.H. Multiple reaction states in CO hydrogenation on alumina-supported cobalt catalysts // J. Catal. 1989. V. 120. PP. 256—271.

41. Koh A.C.W., Chen L., Leong W.K., Johson B.F.G., Khimyak T., Lin J. Hydrogen or synthesis gas production via the partial oxidation of methane over supported nickel—cobalt catalysts // Int. J. Hydrogen Energy. 2007. V. 32. PP. 725—730.

42. Tsakoumis N.E., Ronning M., Borg O., Rytter E., Holmen A. Deactivation of cobalt based Fischer — Tropsch catalysts: A review // Catal. Today. 2010. V. 154. PP. 162—182.

43. Saib A.M., Moodley D.J.,. Ciobica I.M, Hauman M.M., Sigwebela B.H., Weststrate C.J., Niemantsverdriet J.W., van de Loosdrecht J. Fundamental understanding of deactivation and regeneration of cobalt Fischer — Tropsch synthesis catalysts // Catal. Today. 2010. V. 154. PP. 271—282.

44. Feller A., Guzman A., Zuazo I., Lercher J.A. On the mechanism of catalyzed isobutane/butene alkylation by zeolites // J. Catal. 2004. V. 224. PP. 80—93.

45. Cho K.M., Park S., Seo J.G., Youn M.H., Baeck S.-H., Jun K.-W., Chung J.S., Song I.K. Production of middle distillate in a dual-bed reactor from synthesis gas through wax cracking: Effect of acid property of Pd-loaded solid acid catalysts on the wax conversion and middle distillate selectivity // Appl. Catal. B. 2008. V. 83. PP. 195—201.

46. Collins J.P., Font Freide J.J.H.M., Nay B. A History of Fischer — Tropsch wax upgrading at BP — from catalyst screening studies to full scale demonstration in Alaska // J. Nat. Gas. Chem. 2006. V. 15. PP. 1—10.

47. Knochen J., Guttel R., Knobloch C., Turek T. Fischer — Tropsch synthesis in milli-structured fixed-bed reactors: Experimental study and scale-up considerations // Chem. Eng. Processing: Process Intensification. 2010. V. 49. PP. 958—964.

48. Sharma A., Philippe R., Luck F., Schweich D. A simple and realistic fixed bed model for investigating Fischer — Tropsch catalyst activity at lab-scale and extrapolating to industrial conditions // Chem. Eng. Sci. 2011. V. 66. PP. 6358—6366.

49. Overtoom R., Fabricius N., Leenhouts W. Shell GTL, from bench scale to world scale // Proc. of 1st Annual Gas Processing Symp. 2009. 378—387.


Для цитирования:


Алхимов С.А., Григорьев Д.А., Михайлов М.Н. ГИБРИДНЫЕ МЕТАЛЛ-ЦЕОЛИТНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ СИНТЕЗА ФИШЕРА – ТРОПША ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФРАКЦИИ УГЛЕВОДОРОДОВ С5–С18. Катализ в промышленности. 2013;(4):31-41.

For citation:


Alkhimov S.A., Grigoriev D.A., Mikhailov M.N. The hybrid metal-zeolite catalysts for Fischer – Tropsch synthesis to obtain C5–C18 hydrocarbon fraction. Kataliz v promyshlennosti. 2013;(4):31-41. (In Russ.)

Просмотров: 739


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


ISSN 1816-0387 (Print)
ISSN 2413-6476 (Online)