Бифункциональный кобальтовый катализатор для синтеза низкозастывающего дизельного топлива методом Фишера – Тропша – от разработки к внедрению. Часть 2. Оптимизация компонентного состава катализатора

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.

1. Dry M.E. // Catalysis Today. 2002. V. 71. № 3-4. Р. 227–241. DOI: 10.1016/S0920-5861(01)00453-9.

2. Khodakov A.Y., Wei C., Fongarland P. // Chemical Reviews. 2007. V. 107. № 5. P. 1692–1744. DOI: 10.1021/cr050972v.

3. Klerk A. Fischer-Tropsch refining. John Wiley & Sons, 2012. 620 р.

4. 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.

5. Chunxiang Z., George M.B. // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 235. Р. 92–102. DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.04.063.

6. 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.

7. Sartipi S., Makkee M., Kapteijn F., Gascon J. // Catalysis Science and Technology. 2014. V. 4. № 4. P. 893–907. DOI: 10.1039/C3CY01021J.

8. Leckel D. // Fuel Processing Technology. 2011. V. 92. № 5. Р. 959–969. DOI: 10.1016/j.fuproc.2010.12.017.

9. Кинзуль А.П., Хандархаев С.В., Писаренко Н.О., Бурюкин Ф.А., Твердохлебов В.П. // Мир нефтепродуктов. 2012. № 8. С. 7–11.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. Асалиева Е Ю., Кульчаковская Е.В., Синева Л.В., Мордкович В.З. // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 1. С. 76–82. DOI: 10.31857/S0028242120010025.

20. Синева JI.В., Асалиева Е.Ю., Мордкович В.З. // Успехи химии. 2015. Т. 84. № 11. С. 1176–1189. DOI: 10.1070/RCR4464.

21. Akhmedov V.M., Al‐Khowaiter S.H. // Catalysis Reviews. 2007. V. 49. № 1. Р. 33–139. DOI: 10.1080/01614940601128427.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. Мурзин Д.Ю. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 1. С. 85–98. DOI: 10.31857/S0453881120010086.

27. 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.

28. PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com, 2014.

29. Young R.A. The Rietveld Method. Oxford University Press, 1995. 298 p.

30. 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.

31. 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.

32. 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).

33. 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.

34. 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.

35. Conte M., Xu B., Davies T.E. // Microporous Mesoporous Materials. 2012. V. 164. P. 207–213. DOI: 10.1016/j.micromeso.2012.05.001.

36. 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.

37. Чернавский П.А. // Журнал физической химии. 2003. Т. 77. № 4. С. 636–640.

38. Булавченко О.А., Черепанова С.В., Малахов В.В., Довлитова Л.C. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 2. С. 205–211.

39. 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.