Способ получения катализатора и способ синтеза фишера-тропша в его присутствии

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к синтезу Фишера-Тропша и может быть использовано в переработке альтернативного сырья (природного и попутного нефтяного газа, угля, торфа, битуминозных песков, различных видов биомассы и т.п.) в компоненты моторных топлив. Предложен способ получения катализатора синтеза Фишера-Тропша путем термообработки полимера в присутствии раствора соли железа в инертной атмосфере с получением катализатора, содержащего наноразмерные железосодержащие частицы, распределенные в полимере, в котором в качестве полимера используют микрокристаллическую целлюлозу, до термообработки целлюлозу выдерживают в водном растворе нитрата железа до набухания, затем осуществляют сушку при 50-56°С до постоянной массы, а термообработку проводят при 230-250°С в течение 10-30 минут. В качестве инертного газа используют азот или гелий, или аргон. Предложен также способ синтеза Фишера-Тропша, в присутствии полученного катализатора в котором конверсию синтез-газа осуществляют при температуре 320-380°С. Технический результат заключается в снижении температуры термообработки и энергозатрат без снижения конверсии СО и выхода жидких углеводородов или с их повышением. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 9 пр.

 

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к синтезу Фишера-Тропша и может быть использовано в переработке альтернативного сырья (природного и попутного нефтяного газа, угля, торфа, битуминозных песков, различных видов биомассы и т.п.) в компоненты моторных топлив.

В последние годы все больший интерес вызывают методы получения углеводородов различных групп из альтернативного сырья, которые, как правило, включают две основные стадии:

- получение синтез-газа - смеси оксида углерода и водорода;

последующее получение углеводородов из синтез-газа каталитическим синтезом Фишера-Тропша.

Из этих стадий вторая является основной, поскольку именно она определяет выход и состав целевых продуктов.

Известен катализатор синтеза Фишера-Тропша, содержащий наноразмерные частицы железа, оксиды калия и алюминия, сформированный in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки компонентов катализатора в токе оксида углерода или водорода и имеющий следующий состав, мас. %: Fe - 87-95, K2O - 2-9, Al2O3 - 1-8. Катализатор готовят из составляющих его компонентов непосредственно в реакторе синтеза углеводородов (in situ), для чего в жидкую среду, представляющую собой расплавленную смесь углеводородов - парафинов или церезинов, или индивидуальный парафин, при интенсивном перемешивании и температуре вводят эффективное количество компонентов катализатора, главным образом солей. Полученный прекурсор катализатора подвергают термообработке при температуре 40-450°С в токе водорода или оксида углерода. Затем катализатор подвергают активации в реакторе, восстанавливая его в токе водорода или оксида углерода при температуре 250-400°С (см., патент РФ №2443471 С2, кл. МПК B01J 23/745, опубл. 27.02.2012).

Недостатками известного катализатора являются необходимость в отдельной стадии восстановления катализатора, продолжительность которого может достигать 50 часов, невысокая производительность по жидким углеводородам.

Известно, что пиролизованные инфракрасным излучением (ИК-пиролизованные) полимерные материалы с иммобилизованными в них наноразмерными частицами металлов VIII группы проявляют высокую активность в синтезе Фишера-Тропша (М.V. Kulikova, М.I. Ivantsov, М.N. Efimov, L.М. Zemtsov, P.A. Chernavskii, G.P. Karpacheva, S.N. Khadzhiev//Formation features of composite materials containing cobalt nanoparticles active in Fischer-Tropsch synthesis//Eur. Chem. Bull., 2015, 4(4), p.181; Хаджиев C.H., Куликова M.B., Иванцов М.И., M Земцов Л., Карпачева Г.П., Муратов Д.Г., Бондаренко Г.Н., Окнина Н.В.// Синтез Фишера-Тропша в присутствии наноразмерных железополимерных катализаторов в реакторе с фиксированным слоем//Наногетерогенный Катализ. Т. 1, №1, 2016 с. 63).

Привлекательность катализаторов синтеза Фишера-Тропша, полученных данным методом, заключается также в том, что они не требуют предварительного восстановления и не проявляют пирофорных свойств, что делает их особенно перспективными для последующей промышленной реализации.

Наиболее близким к заявленному по совокупности признаков и техническому результату (прототипом) является способ получения катализатора синтеза Фишера-Тропша, содержащего наноразмерные каталитически активные частицы металлического кобальта или железа, включающий пиролиз макромолекул полиакрилонитрила (ПАН) в присутствии солей железа или кобальта в инертной атмосфере под действием ИК-излучения при температуре 300-700°С после предварительного отжига на воздухе. Катализатор применяют в способе синтеза Фишера-Тропша, пропуская смесь оксида углерода и водорода, взятых в мольном отношении 1:(0,5-3), при температуре 200-350°С и давлении 1-50 атм с нагрузкой на катализатор 3-6 нл/г Кат ч (патент РФ №2492923 С1, кл. МПК B01J 23/745, опубл. 20.09.2013).

Полученный катализатор не требует отдельной операции восстановления перед использованием.

Однако термообработку по прототипу осуществляют путем пиролиза при высоких температурах - от 300 до 700°С, что повышает энергозатраты.

Задача изобретения - снизить температуру термообработки и энергозатраты при сохранении высокого выхода жидких углеводородов и высокой конверсии СО, обеспечить получение широкого набора углеводородов в способе синтеза Фишера-Тропша, не требующем восстановления полученного катализатора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения катализатора синтеза Фишера-Тропша путем термообработки полимера в присутствии раствора соли железа в инертной атмосфере с получением катализатора, содержащего наноразмерные железосодержащие частицы, распределенные в полимере, в качестве полимера используют микрокристаллическую целлюлозу, до термообработки целлюлозу выдерживают в водном растворе нитрата железа до набухания, затем осуществляют сушку при 50-56°С до постоянной массы, а термообработку проводят при 230-250°С в течение 10-30 минут.

В качестве инертного газа используют азот, гелий или аргон.

Решение поставленной задачи также достигается тем, что в способе синтеза Фишера-Тропша, включающем конверсию синтез-газа при повышенной температуре и давлении в присутствии катализатора, используют катализатор, полученный описанным способом, а конверсию синтез-газа осуществляют при температуре 320-380°С.

Техническим результатом является снижение температуры термообработки и энергозатрат без снижения конверсии СО и выхода жидких углеводородов, а в некоторых случаях и с их повышением.

Катализаторы готовят по трехстадийной методике.

На первой стадии происходит выдерживание полимера микрокристаллической целлюлозы в водном растворе нитрата железа (III) в течение суток.

На второй стадии осуществляют сушку - удаление растворителя выпариванием на водяной бане при 50-56°С до постоянной массы (получение прекурсора).

На третьей стадии осуществляют термообработку (пиролиз) полученного прекурсора в токе инертного газа (например, азота, гелия и др.) в трубчатой печи при температуре 230-250°С в течение 10-30 мин с получением катализатора, содержащего Fe в виде наноразмерных частиц, иммобилизованных на поверхности целлюлозы (Fe/Целлюлоза).

На фигурах представлены:

Фиг. 1 - микрофотографии катализатора Fe/Целлюлоза;

Фиг. 2 - зависимость конверсии СО от температуры синтеза для катализатора Fe/Целлюлоза.

Полученные катализаторы испытывают в синтезе Фишера-Тропша.

Синтез Фишера-Тропша проводят в проточной каталитической установке с фиксированным слоем катализатора в условиях непрерывной работы при давлении 2-3 МПа и объемной скорости подачи синтез-газа 1000 ч-1 (используют синтез-газ с мольным отношением СО:Н2=1:1) в интервале температур 320-380°С. Каталитические испытания проводят без стадии предварительного восстановления.

Исходный синтез-газ и газообразные продукты синтеза анализируют методом ГАХ (газоадсорбционной хроматографии) на хроматографе «Кристаллюкс-4000». Детектор - катарометр, газ-носитель - гелий. При этом используют две хроматографические колонки. Для разделения СО и N2 применяют колонку, заполненную молекулярными ситами СаА (3 м × 3 мм). Температурный режим - изотермический, 80°С. Для разделения CO2 и углеводородов С14 применяют колонку, заполненную Науе Sep R (3 м × 3 мм). Температурный режим - программированный, 80-200°С, 8°С/мин.

Для оценки активности катализатора используют следующие показатели: конверсия СО (процентное отношение массы прореагировавшего оксида углерода к массе СО, вошедшего в реакционную зону), выход продуктов (количество граммов продукта, полученного при пропускании через катализатор 1 м3 синтез-газа, приведенного к нормальным условиям), селективность (процентное отношение углерода, пошедшего на образование продукта реакции, к общему количеству углерода, введенному в зону реакции).

Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое техническое решение.

Пример 1

Получают катализатор синтеза Фишера-Тропша, содержащий 17% масс. Fe в виде наноразмерных частиц, иммобилизованных на поверхности целлюлозы (17% масс. Fe/целлюлоза), по трехстадийной методике.

На первой стадии происходит выдерживание микрокристаллической целлюлозы в водном растворе нитрата железа (III) в течение суток до набухания. На второй стадии, осуществляют сушку - удаление растворителя выпариванием на водяной бане при 50°С до постоянной массы с получением прекурсора. На третьей стадии осуществляют термообработку полученного прекурсора в токе азота в трубчатой печи при температуре 230°С в течение 10 мин.

Пример 2

Получают катализатор аналогично примеру 1, но с содержанием 20% масс. Fe/целлюлоза, температуру на водяной бане поддерживают равной 53°С, а стадию термообработки осуществляют при температуре 240°С, в токе азот в течение 20 минут.

Пример 3

Получают катализатор аналогично примеру 1, но с содержанием 22% масс. Fe/целлюлоза, температуру на водяной бане поддерживают равной 56°С, а стадию термообработки осуществляют при температуре 250°С, в токе азота в течение 30 минут.

Примеры 4

Получают катализатор аналогично примеру 1, но с содержанием 19% масс. Fe/целлюлоза, температуру на водяной бане поддерживают равной 53°С, а стадию термообработки осуществляют при температуре 240°С, в токе азота в течение 15 минут.

Пример 5

Получают катализатор аналогично примеру 1, но с содержанием 20% масс. Fe/целлюлоза, температуру на водяной бане поддерживают равной 53°С, а стадию термообработки осуществляют при температуре 250°С, в токе аргона в течение 20 минут.

Пример 6

Получают катализатор аналогично примеру 1, но с содержанием 19% масс. Fe/целлюлоза, температуру на водяной бане поддерживают равной 53°С, а стадию термообработки осуществляют при температуре 240°С, в токе аргон в течение 15 минут.

Примеры 7-9

Полученные катализаторы проявляют высокую активность в синтезе Фишера-Тропша в образовании углеводородов С5+ при довольно высоких температурах, то есть позволяют осуществлять так называемый, «высокотемпературный синтез Фишера-Тропша».

Синтез Фишера-Тропша проводили на образце 20% масс. Fe/целлюлоза, полученного по примеру 2 при температурах синтеза 320, 340 и 380°С соответственно.

Результаты синтеза представлены в таблице.

* - селективность представлена без учета СО2

Конверсия СО не менее 79% (на уровне прототипа) наблюдается уже при температуре, равной 320°С. Повышение температуры до 380°С приводит к увеличению конверсии СО до 97% (Фиг. 2).

Полученный катализатор продемонстрировал высокий выход жидких углеводородов - 91-106 г/м3 (см., таблицу), что сопоставимо с выходом жидких углеводородов по прототипу - 97-100 г/м3.

Следует отметить, что одним из основных продуктов синтеза Фишера-Тропша являются углеводороды С24, которые представляют интерес для газоперерабатывающей промышленности и являются ценным сырьем для органического синтеза. Так, селективность образования С24 углеводородов в синтезе Фишера - Тропша на предлагаемом образце катализатора достигает 29%, причем при варьировании температуры каталитических испытаний в заявленном диапазоне (320-380°С) параметры селективности по жидким и газообразным углеводородам С24 остаются практически неизменными.

Надо также отметить, что при температуре, равной 320°С, селективность по образованию C5+ составляет 56%, а увеличение температуры на 60° приводит к уменьшению селективности только на 3%, что свидетельствует о стабильности полученного катализатора.

1. Способ получения катализатора синтеза Фишера-Тропша путем термообработки полимера в присутствии раствора соли железа в инертной атмосфере с получением катализатора, содержащего наноразмерные железосодержащие частицы, распределенные в полимере, отличающийся тем, что в качестве полимера используют микрокристаллическую целлюлозу, до термообработки целлюлозу выдерживают в водном растворе нитрата железа до набухания, затем осуществляют сушку при 50-56°С до постоянной массы, а термообработку проводят при 230-250°С в течение 10-30 минут.

2. Способ получения катализатора по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют азот, или гелий, или аргон.

3. Способ синтеза Фишера-Тропша, включающий конверсию синтез-газа при повышенной температуре и давлении в присутствии катализатора, отличающийся тем, что используют катализатор, полученный по п. 1, а конверсию синтез-газа осуществляют при температуре 320-380°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу превращения жидкостей и восков процесса Фишера-Тропша в базовый компонент смазочного масла и/или мотороное топливо. Способ превращения жидкостей и восков процесса Фишера-Тропша в базовый компонент смазочного масла и/или моторное топливо включает (a) подачу воска процесса Фишера-Тропша после гидроочистки в первую изомеризационную установку для получения изомеризованного воска процесса Фишера-Тропша; (b) объединение изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша с изомеризованным воском процесса Фишера-Тропша для того, чтобы получить смесь изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша и изомеризованного воска процесса Фишера-Тропша; и (c) подачу указанной смеси в колонну фракционирования с целью разделения смеси на фракцию базового компонента смазочного масла и по меньшей мере одну фракцию моторного топлива; причем стадия (b) включает подачу жидкости процесса Фишера-Тропша в установку гидроочистки до объединения изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша с изомеризованным воском процесса Фишера-Тропша и подачу гидроочищенной жидкости процесса Фишера-Тропша во вторую изомеризационную установку с получением изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша, причем изомеризованную жидкость процесса Фишера-Тропша объединяют с изомеризованным воском процесса Фишера-Тропша для того, чтобы получить смесь изомеризованной жидкости процесса Фишера-Тропша и изомеризованного воска процесса Фишера-Тропша.

Изобретение относится к нефтехимии. Изобретение касается способа получения синтетической нефти из природного/попутного нефтяного газа, пригодной для транспортировки по магистральным нефтепроводам совместно с природной нефтью.

Настоящее изобретение относится к способу получения одного или многих реакционных продуктов с помощью последующей сопутствующей реакции, в которой соединения с более высокой молекулярной массой образуются, по меньшей мере частично, из низкомолекулярных соединений синтез-газа (3), включающему следующие стадии:- образование синтез-газа (3), включающего СО и Н2,- введение по меньшей мере части синтез-газа (3) в реактор (104), и также проведение последующей сопутствующей реакции в реакторе (104), причем образуется продуктовый поток (5), содержащий соединения с более высокой молекулярной массой, СО2, СО и Н2,- разделение продуктового потока (5) в разделительном устройстве (105) на первый поток (8), имеющий соединения с более высокой молекулярной массой, и также на второй поток (6), включающий СО2, СО и Н2.

Изобретение относится к синтезу Фишера-Тропша. Способ проведения синтеза Фишера-Тропша включает хлорщелочной процесс, при этом в целом способ включает: 1) газификацию исходного материала с целью получения сырого синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша, содержащего Н2, СО и СО2; 2) электролиз насыщенного раствора NaCl с использованием промышленного хлорщелочного процесса с целью получения раствора NaOH, Cl2 и H2; 3) удаление СО2 из сырого синтез-газа с использованием раствора NaOH, полученного на стадии 2), с целью получения чистого синтез-газа или на стадии 3) СО2 сначала отделяют от сырого синтез-газа с получением чистого синтез-газа, а затем СО2 абсорбируют водным раствором NaOH, полученным на стадии 2); 4) вдувание Н2, полученного на стадии 2), в чистый синтез-газ с целью регулирования молярного отношения СО/Н2 в чистом синтез-газе так, чтобы оно удовлетворяло требованиям реакции синтеза Фишера-Тропша, и затем осуществляют производство соответствующих жидких углеводородов и парафиновых продуктов.

Изобретение относится к области нанокатализатора для синтеза Фишера-Тропша. Описан нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, включающий переходный металл и органический растворитель, где переходный металл устойчиво диспергирован в органическом растворителе в виде монодисперсных наночастиц; переходным металлом является марганец, железо, кобальт, рутений или смесь из них; переходный металл имеет размер зерна в пределах 1-100 нм; органическим растворителем является бензиловый эфир, ароматический спирт, пирролидон или жидкий парафин; и катализатор имеет удельную площадь поверхности в пределах 5-300 м2/г, причем указанный катализатор получен способом, включающим: (1) растворение органической соли указанного переходного металла в указанном органическом растворителе, содержащем многоатомный спирт, с получением смеси; и (2) нагревание и перемешивание смеси в присутствии воздуха или инертного газа, выдержку смеси при температуре в диапазоне 150-250°C в течение 30-240 мин с получением указанного нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша.

Изобретение относится к установке конверсии биомассы в жидкие углеводороды, используемые как компонент авиабензина. Установка для получения жидких углеводородов из биомассы включает в себя последовательно соединенные блоки: блок получения синтез-газа, блок очистки и осушки СГ(синтез-газа) и блок синтеза углеводородов, отличается тем, что в блоке получения СГ реализуется процесс двухстадийной термической конверсии биомассы в синтез-газ, сочетающий пиролиз с высокотемпературным крекингом летучих продуктов на коксовом остатке перерабатываемого сырья, а блок синтеза углеводородов включает в себя два последовательно соединенных реактора - реактор синтеза оксигенатов (метанола, ДМЭ) и легких углеводородов бензинового ряда (Р1) и реактор синтеза ароматических углеводородов (Р2) из оксигенатов, образующихся в первом реакторе, после их отделения от углеводородной части продукта, при этом ароматические углеводороды, образующиеся в Р2, в различных пропорциях смешивают с углеводородами бензинового ряда, образующимися в первом реакторе, с образованием углеводородной (у/в) смеси, используемой в дальнейшем как исходный компонент авиабензина.

Изобретение относится к способу синтеза углеводородов. Способ синтеза углеводорода осуществляют путем восстановления диоксида углерода в воде, в котором нанопузырьки кислорода образуются путем подачи кислорода в воду, содержащую диоксид углерода; вода, содержащая нанопузырьки кислорода, облучается ультрафиолетовым светом в присутствии фотокатализатора для производства активного кислорода; и диоксид углерода восстанавливается в присутствии активного кислорода.
Изобретение относится к способу производства жидкого топлива. Способ включает: а) конверсию твердого углеродсодержащего материала в блоке газификации с образованием сингаза газификатора; b) проведение сингаза газификатора в блок обработки газа и обработку в нем сингаза газификатора, при этом указанный блок обработки газа включает в себя блок удаления кислого газа, предназначенный для удаления менее 50% CО2, присутствующего в сингазе газификатора; c) образование по меньшей мере потока обработанного сингаза газификатора, содержащего по меньшей мере 50% CО2 сингаза газификатора, газового потока, обогащенного CО2, и потока, обогащенного серой; d) использование по меньшей мере 90% обогащенного CО2 газового потока при образовании сингаза газификатора; e) конверсию легкого ископаемого топлива в блоке конверсии легкого ископаемого топлива с образованием обогащенного H2 сингаза, содержащего H2 и CO в молярном отношении H2/CO по меньшей мере 2:1; f) объединение обработанного сингаза газификатора и обогащенного H2 сингаза с образованием смешанного сингаза, имеющего более высокое отношение Н2/СО, чем в потоке обработанного сингаза газификатора; g) конверсию смешанного сингаза с образованием жидкого топливного продукта и потока побочного продукта, содержащего одно или более веществ из водорода, CO, водяного пара, метана и углеводородов, содержащих 2-8 атомов углерода и 0-2 атомов кислорода; и h) реакцию до 100% потока побочного продукта в блоке конверсии легкого ископаемого топлива, чтобы способствовать образованию обогащенного H2 сингаза.

Изобретение относится к синтезу Фишера-Тропша. Способ синтеза Фишера-Тропша предусматривает подачу газообразных реагентов, содержащих по меньшей мере СО, Н2 и СО2, в реактор, содержащий катализатор на основе железа, причем Н2 и СО подают в мольном отношении H2 : СО по меньшей мере 2:1, а СО2 и СО подают в мольном отношении СО2 : СО по меньшей мере 0,5:1; регулирование рабочей температуры реактора в диапазоне от 260°С до 300°С, отвод жидкого продукта и газообразного продукта, содержащих углеводороды, СО, Н2, воду и СО2, из реактора; причем приближение к равновесию конверсии водяным паром в газообразном продукте, отводимом из реактора, согласно уравнению 5 составляет менее 0,9, где Т является рабочей температурой реактора в градусах Кельвина, а Р является парциальным давлением газов СО, СО2, H2 и водяного пара в газообразном продукте.

Изобретение относится к усовершенствованному способу обработки природного газа с применением способа Фишера-Тропша (FT) для синтеза не содержащих серы полностью сгорающих углеводородных топлив, примерами которых являются, в частности, дизельное топливо и авиационное топливо.

Изобретение относится к составу катализатора, используемого для синтеза углеводородов С5 и выше из СО и Н2 по реакции Фишера-Тропша, и способу получения такого катализатора.

Катализатор для получения легких олефинов С2-С4 по методу Фишера-Тропша содержит кобальт и железо на мезопористом носителе, представляющем собой мезопористый оксид алюминия со средним диаметром пор 6-12 нм, общим объемом пор 0,85-1,10 см3/г, долей мезопор не менее 90% и удельной площадью поверхности 250-315 м2.

Изобретение относится к области каталитического синтеза бензиновых фракций из синтез-газа и процессов превращения углеводородов в среде синтез-газа, в частности к способам приготовления универсального бифункционального катализатора (БФК) для упомянутых процессов, и может быть использовано в нефтехимической и газоперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к способам производства синтез-газа в системе риформинга на основе мембраны транспорта кислорода и жидкого углеводородного продукта с помощью процесса Фишера-Тропша.

Предложен катализатор синтеза углеводородов из СО и Н2, селективный в отношении образования углеводородов C5+, включающий кобальт и силикагелевый носитель. Содержит 20,6-22,2% масс.

Настоящее изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения низкоконцентрированных каталитических дисперсий для процесса получения алифатических углеводородов по методу Фишера-Тропша в трехфазном сларри-реакторе.

Структурированный катализатор на основе железа для производства α-олефина из синтез-газа на неподвижном слое или в суспензионном слое, способ его изготовления и применение.

Изобретение используется в способе синтеза углеводородов С5 и выше из природного газа через промежуточное превращение природного газа в синтез-газ и последующую конверсию СО и Н2 по реакции Фишера-Тропша.

Изобретение используется в способе синтеза углеводородов С5 и выше из природного газа через промежуточное превращение природного газа в синтез-газ и последующую конверсию СО и Н2 по реакции Фишера-Тропша.

Изобретение относится к способу получения защищенного восстановленного нанесенного металлического катализатора в форме гранулы или пасты, применяемого в широком спектре химических реакций, таких как гидрирование углеводородных соединений в нефтехимических процессах; гидрирование ненасыщенных жиров и масел, а также ненасыщенных углеводородных смол, и в процессе Фишера-Тропша.

Изобретение касается функциональных полимерных композиционных материалов, содержащих частицы металлов и/или оксидов металлов, и более конкретно, относится к способам получения гибридных композитных материалов, содержащих диоксид титана в полимерной матрице и обладающих выраженными фотокаталитическими свойствами.
Наверх