Настоящее изобретение относится к области производства катализаторов, в частности катализатора для синтеза алифатических углеводородов C5-C25 из монооксида углерода и водорода (синтеза Фишера-Тропша). Полученные продукты служат компонентами моторных топлив (бензина и дизельного топлива), а также предназначены для дальнейшей переработки в процессах нефтехимии.
Известен катализатор для синтеза алифатических углеводородов C5-C25 из монооксида углерода и водорода Fe-K/Al2O3/Al. Конверсия CO при 260° С и давлении 8 МПа не превышает 23% [1].
Основным недостатком катализатора этого типа является низкая активность в синтезе углеводородов С5-С25 из CO и H2.
Известен также катализатор для синтеза углеводородов С5-С25 из CO и H2, представляющий собой Со на носителе Al2O3, приготовленный пропиткой, со следующим содержанием компонентов, мас.%: 10-30 Со и 70-90 Al2O3 [2]. Перед синтезом катализатор восстанавливают при 500° С в течение 15 ч. В его присутствии при конверсии CO 15% из смеси 2H2+CO жидкие углеводороды образовывались с селективностью 63%. Основными недостатками этого катализатора являются необходимость длительного восстановления и присутствие в качестве носителя оксида алюминия, обладающего плохой теплопроводностью, что приводит к быстрой потери селективности по целевым продуктам и стабильности.
Наиболее близким является катализатор для синтеза углеводородов C5-C25 из CO и Н2 состава, мас.%: 1-30 Со, 0,01-5 Ru или Mо или Та, 65-98,95 Al2O3 [3]. Катализатор готовят пропиткой носителя водными растворами соответствующих соединений Со и Ru или Мо или Та с последующим высушиванием при 100-120° С и прокаливанием в токе воздуха при 400° С. Восстановление проводят в течение 12 ч при 350° С смесью H2 и N2 и 12 ч чистым H2. Условия синтеза: 220° С, 2 МПа, H2/CO=2. В результате при конверсии CO 55-70% углеводороды C5-С25 образовывались с селективностью 64,5-74,8%. Основными недостатками этого катализатора является его низкая теплопроводность (28 Вт/(м· ° С)), связанная с входящим в состав катализатора оксидным носителем, и длительная восстановительная обработка.
Целью изобретения является создание катализатора для синтеза углеводородов С5-С25 из CO и H2, обладающего хорошей термической проводимостью и высокой селективностью.
Поставленную цель достигают предложенным катализатором для синтеза углеводородов С5-С25 из CO и H2, представляющим собой кобальт на носителе - порошке металлического алюминия, при следующем содержании компонентов, мас.%:
Co 10-50,
Al 50-90.
Предложенный катализатор может содержать добавки, выбранные из группы оксидов металлов (ZrO2 или La2O3 или K2O) в количестве 1-3 мас.% или металлов (Re, или Ru, или Pd, или Pt) в количестве 0,5 мас.%.
Отличительным признаком данного катализатора является использование в качестве носителя металлического алюминия. Теплопроводность алюминия составляет 238 Вт/(м· ° С), а оксида алюминия - 28 Вт/(м· ° С). В результате получается катализатор, более устойчивый к местным перегревам и, следовательно, более стабильный.
Улучшение теплообмена в присутствии катализатора Co/Al по сравнению с катализатором Co/Al2O3 подтверждено экспериментально величиной петли гистерезиса, наблюдаемой в координатах KCO-Т при последовательном повышении и снижении температуры синтеза. В первом случае при конверсии CO 60% ширина петли составляет 1° С, во втором - 8° С. Стационарный режим работы катализатора Co/Al устанавливается в течение 30 мин, а катализатора Co/Al2O3 - в течение 90 мин, что способствует увеличению стабильности катализатора.
Согласно изобретению образцы катализаторов готовят методом пропитки носителя водным раствором нитрата кобальта с последующим высушиванием на водяной бане и прокаливанием в токе воздуха при 450° С в течение 1 ч.
Пример 1.
Приготовление образца катализатора.
Катализатор состава, мас.%: 30 Co и 70 Al готовят в две стадии. На первой 12,7 г нитрата кобальта растворяют в 15 мл дистиллированой воды. Полученный раствор приливают при перемешивании к 12 г алюминиевой пудры ГОСТ 9849-74. Выдерживают 15 мин и сушат на водяной бане при постоянном перемешивании 1 ч. Затем полученный порошок смешивают с кварцем (диаметр частиц кварца - 3-4 мм) в объемном отношении 1:1 и прокаливают в токе воздуха (объемная скорость не менее 1000 ч-1) при 450° С в течение 1 ч. Образец охлаждают до комнатной температуры и отделяют от кварца.
На второй стадии 12,7 г нитрата кобальта Co(NO3)2·6Н2O растворяют в 15 мл дистиллированной воды и приливают к прокаленному образцу при перемешивании. Выдерживают 15 мин и сушат на водяной бане 1 ч.
Получают катализатор состава, мас.%:
Co 30
Al 70
Пример 2.
Приготовление катализатора состава, мас.%: 30 Со, 0,5 Pd и 69,5 Al, проводят в 3 стадии. На первой берут 12 г алюминиевой пудры, 0,1 г PdCl2, 15 мл дистиллированной воды. Хлорид палладия растворяют в горячей воде. Раствор приливают при помешивании к порошку алюминия. Оставляют на 15 мин. Высушивают на водяной бане при постоянном перемешивании в течение 1 ч. Затем полученный порошок смешивают с кварцем (диаметр частиц кварца - 3-4 мм) в объемном отношении 1:1 и прокаливают в токе воздуха (объемная скорость ~1000 ч-1) при 450° С в течение 1 ч. Образец охлаждают до комнатной температуры и отделяют от кварца.
На второй стадии берут 12,7 г Co(NO3)2·6H2O и 15 мл дистиллированной воды. Нитрат кобальта растворяют в воде. Раствор приливают при помешивании к прокаленному образцу. Оставляют на 15 мин. Высушивают на водяной бане при постоянном перемешивании в течение 1 ч. Затем полученный порошок смешивают с кварцем (диаметр частиц кварца - 3-4 мм) в объемном отношении 1:1 и прокаливают в токе воздуха (объемная скорость ~1000 ч-1) при 450° С в течение 1 ч. Образец охлаждают до комнатной температуры и отделяют от кварца.
На третьей стадии 12,7 г нитрата кобальта Co(NO3)2·6H2O растворяют в 15 мл дистиллированной воды и приливают к прокаленному образцу при перемешивании. Выдерживают 15 мин и сушат на водяной бане 1 ч.
Получают катализатор состава, мас.%:
Co 30
Pd 0,5
Al 69,5
Предпочтительными условиями при проведении синтеза являются следующие: температура - 190-220° С, давление - атмосферное, объемная скорость синтез-газа - 100 ч-1. Испытания катализатора проводят, загружая в реактор 16-24 г катализатора, смешанного с кварцем в объемном отношении 3:1. Затем образец обрабатывают водородом при температуре 400-600° С в течение 1-5 ч с объемной скоростью - 100-3000 ч-1. После восстановления порция катализатора обрабатывается синтез-газом при постепенном повышении температуры со 160 до 230° С на 10° С через каждые 5 ч обработки. Синтез-газ имеет состав, мол.%: 66-68 Н2 и 32-34 CO. Процесс ведут в стационарном слое катализатора.
Катализатор Co/Al прошел всестороннюю проверку в лабораторных условиях. Результаты испытаний приведены в табл.1 и 2.
Таблица 1
Результаты испытаний катализатора Co/Al
Результаты испытаний катализатора 30%Со/промотор/Al (Условия восстановления: объемная скорость водорода - 3000 ч-1, температура-450° С, длительность - 1 ч)
Как видно из приведенных примеров, предложенный катализатор позволяет:
- повысить активность и селективность в синтезе углеводородов C5-C25 из CO и Н2: при атмосферном давлении и невысоких температурах конверсия CO составляет 50-75%, выход углеводородов C5-C25 - 85-120 г/м3, а селективность их образования - 70-91%;
- за счет улучшения теплоотвода из зоны реакции повысить стабильность работы катализатора.
Источники информации
1. Tikhov S.F., Sadykov V.A., Potapova Yu.A. et al. // Studies in Surface Science and Catalysis (Preparation of Catalysts VII). 1998. V.118. P.797-806.
2. Панкина Г.В., Чернавский П.А., Лермонтов А.С., Лунин В.В. // Нефтехимия. 2001. Т. 41. №5. С.348-353.
3. Патент США 6235798, кл. B 017 J 023/40, С 07 С 027/00, опублик. 2001 (прототип).
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СО И H | 2004 |
|
RU2256502C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ СИНТЕЗА ВЫСШИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СО И Н И КАТАЛИЗАТОР, ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ | 2011 |
|
RU2455065C1 |
КАТАЛИЗАТОР СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ЭТОМ КАТАЛИЗАТОРЕ | 2009 |
|
RU2422202C2 |
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА АЛИФАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ | 1987 |
|
SU1160629A1 |
НОСИТЕЛЬ ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРА ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И КАТАЛИЗАТОР НА ЕГО ОСНОВЕ | 2009 |
|
RU2414300C1 |
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2006 |
|
RU2325226C1 |
КАТАЛИЗАТОР СИНТЕЗА УГЛЕВОДОРОДОВ C-C СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА | 2005 |
|
RU2279912C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ КОНВЕРСИИ СИНТЕЗ-ГАЗА, КОМПОЗИЦИЯ, КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ СИНТЕЗА ГАЗА | 1996 |
|
RU2161067C2 |
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛИФАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СО И H | 2008 |
|
RU2361666C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА И СКАНДИЯ | 1998 |
|
RU2201801C2 |
Использование: нефтехимия. Сущность: предложен катализатор, представляющий собой кобальт, нанесенный на металлический алюминий. Катализатор может дополнительно содержать добавки промоторов, выбранных из группы оксидов металлов — ZrO2 или La2O3 или K2O — или металлов — Re или Ru или Pd или Pt. Технический результат: получение катализатора для процесса Фишера-Тропша, обладающего повышенной термической проводимостью и высокой селективностью. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Co 10-50
Al Остальное
Со 10-50
Добавка промотора 0,5-3
Al Остальное
US 6235798 A, 22.05.2001 | |||
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СИНТЕЗА УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ CO И H | 1997 |
|
RU2139758C1 |
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ КОНВЕРСИИ ГАЗА В УГЛЕВОДОРОДЫ ПО СИНТЕЗУ ФИШЕРА - ТРОПША | 1990 |
|
RU2024297C1 |
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ КОНВЕРСИИ СИНТЕЗ-ГАЗА В УГЛЕВОДОРОДЫ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ | 1988 |
|
RU2017517C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ КОНВЕРСИИ СИНТЕЗ-ГАЗА, КОМПОЗИЦИЯ, КАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ СИНТЕЗА ГАЗА | 1996 |
|
RU2161067C2 |
Авторы
Даты
2005-07-20—Публикация
2004-03-01—Подача