ЦЕОЛИТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА Российский патент 2008 года по МПК B01J29/48 B01J23/30 B01J37/04 C07C2/76 C07C15/04 

Описание патента на изобретение RU2331476C2

Изобретение относится к нефтехимической и химической промышленности, в частности к способу получения катализаторов конверсии метана в ароматические углеводороды в неокислительных условиях.

Известен катализатор и способ получения для конверсии метана путем модификации высококремнеземного цеолита типа ZSM-5 ионами переходных металлов. Вольфрамсодержащие цеолитные катализаторы (W/ZSM-5) получают пропиткой водородной формы цеолита (H-ZSM-5) водными растворами вольфрамата аммония (NH4)2WO4 с добавлением H2SO4 для регулирования рН раствора до 2-3 с последующим высушиванием при температуре 110°С в течение 2 ч и прокаливании на воздухе при 500°С в течение 4 ч либо пропиткой цеолита HZSM-5 водным раствором аммония вольфрамовокислого метана (NH4)W12O40H2O с последующим высушиванием и прокаливанием при 550°С в течение 4 ч [Jin-Long Zeng, Zhi-Tao Xiong, Hong-Bin Zhang, Guo-Dong Lin and K.R.Tsai Nonoxidative dehydrogenation and aromatization of methane over W/HZSM-5-based catalysts // Catalysis Letters 53 (1998) 119-124. Nor Aishah Saidina Amin, Kusmiyati Improved Performance of W/HZSM-5 Catalysts for Dehydroaromatization of Methane// J. of Natural Gas Chemistry 13 (2004) 148-159].

Известен способ получения W/ZSM-5 катализаторов путем сублимации безводных кристаллов WCl6 при температуре 400°С, при этом мономеры WCl6 мигрируют в каналы HZSM-5 и взаимодействуют с ОН-группами с образованием HCl и W(VI) форм [W.Ding, G.D.Meitzner, David O.Marler, E.Iglesia Synthesis, Structural Characterization and Catalytic Properties of Tungsten - Exchanged H-ZSM-5 // J. Phys. Chem. В 2001, 105, 3928-3936].

Другим способом получения W/ZSM-5 катализаторов является механическое смешение цеолита с солью вольфрама (WCl3) или с оксидом вольфрама (WO3) с последующим прокаливанием при 500°С в течение 4-5 ч на воздухе [В.М.Weckhuysen, D.Wang, M.P.Rosynek and J.H.Lunsford Conversion of Methane to Benzene over Transition Metal Ion ZSM-5 Zeolies // J. of Catalysis 1988, 175, 338-346].

Наиболее близким к предлагаемому катализатору и способу его получения является W/ZSM-5 катализатор и способ его получения путем механического смешения цеолита с солью W [В.М.Weckhuysen, D.Wang, M.P.Rosynek and J.H.Lunsford Conversion of Methane to Benzene over Transition Metal Ion ZSM-5 Zeolies // J. of Catalysis 1988, 175, 338-346].

Недостатком этого катализатора и способа является низкая конверсия метана (0,3-2,3%) при температуре 700-750°С и объемной скорости подачи метана 800 ч-1.

Задачей предлагаемого изобретения является получение катализатора, обеспечивающего повышение степени превращения метана и увеличение срока стабильного действия W/ZSM-5 в процессе конверсии метана в ароматические углеводороды.

Технический результат достигается тем, что W/ZSM-5 катализатор получают путем механического смешения цеолита H-ZSM-5 с мольным отношением SiO2/Al2O3=40 (М=40) и наноразмерного порошка (НРП) W, полученного методом электрического взрыва проволоки металла в среде аргона, с последующим прокаливанием при Т=500°С в течение 4 ч. В результате получают W/ZSM-5 катализаторы с содержанием от 4,0 до 10,0 мас.% нанопорошка W. Каталитическая активность и стабильность полученных катализаторов выше, чем катализаторов, полученных методом пропитки и механическим смешением с WO3, при одинаковых условиях проведения процесса.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. К 2,0 г декатионированного цеолита ZSM-5 (М=40) добавляют 0,06 г НРП W (3,0 мас.%), полученного методом электрического взрыва проволоки металла в среде аргона. Полученную смесь перемешивают в вибромельнице в течение 0,5 ч и прокаливают при 500°С в течение 4 ч. Затем катализатор прессуют в таблетки, крошат и отбирают фракцию 0,5-1,0 мм.

Каталитические испытания образцов проводят в проточной установке при температуре реакции 750°С, объемных скоростях подачи метана 500-1500 ч-1 и небольшом избыточном давлении. Катализатор объемом 1 мл помещают на кварцевую решетку в кварцевом реакторе диаметром 12 мм. Перед началом реакции превращения метана катализатор нагревают в токе гелия до 750°С и выдерживают при этой температуре в течение 20 мин, затем в реактор подают метан, степень чистоты которого составляет 99,99%. Пройдя слой катализатора, продукты реакции и непревращенный метан поступают в кран для отбора проб на анализ. Для предотвращения конденсации или прочной адсорбции образующихся высших углеводородов трубка на выходе из реактора и шестиходовой кран находятся при температуре выше 200°С. Анализ продуктов конверсии метана проводится методом газовой хроматографии. Степень превращения метана при объемной скорости подачи сырья 500 ч-1 составляет 8,4%. Исследования времени стабильной работы катализатора показывают, что его активность сохраняется на уровне 7-8% в течение первых трех часов работы, после чего она начинает постепенно снижаться, и за время работы катализатора 6 ч уменьшается до 5%.

Пример 2. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 4,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч-1 составляет 13,7%.

Пример 3. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 6,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч-1 составляет 15,0%.

Пример 4. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 8,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч-1 составляет 15,6%.

Пример 5. Так же как в примере 1, но содержание НРП W составляет 10,0% от веса цеолита. Конверсия метана при 500 ч-1 составляет 15,3%.

Пример 6. Так же как в примере 4, но объемная скорость подачи метана равна 1000 ч-1. Конверсия метана при 1000 ч-1 составляет 11,3%.

Пример 7. Так же как в примере 4, но объемная скорость подачи метана равна 1500 ч-1. Конверсия метана при 1500 ч-1 составляет 5,6%.

В таблице представлены сравнительные характеристики каталитической активности образцов W/ZSM-5, полученных путем модифицирования цеолита нанопорошком W, и W/ZSM-5 катализатора, полученного путем модифицирования цеолита механическим смешением с солью вольфрама (по прототипу).

Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ позволяет получить катализатор, отличающийся от прототипа более высокой активностью в процессе конверсии метана в ароматические углеводороды.

ТаблицаСравнительная характеристика активности модифицированных цеолитных катализаторовПоказателиПо предлагаемому способуПо прототипу1234567Температура,°С750750750750750750750750Объемная скорость, ч-150050050050050010001500800Конверсия метана, %8,413,715,015,615,311,35,62,3Селективность по аренам, %75,078,179,379,579,177,066,140,6Выход аренов, %6,310,711,912,412,18,73,70,93

Похожие патенты RU2331476C2

название год авторы номер документа
ЦЕОЛИТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА 2005
  • Восмериков Александр Владимирович
  • Коробицына Людмила Леонидовна
  • Арбузова Нина Витальевна
  • Ечевский Геннадий Викторович
  • Коденев Евгений Геннадьевич
  • Козлов Владимир Валерьевич
  • Ануфриенко Владимир Феодосьевич
RU2296009C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЛИБДЕНСОДЕРЖАЩИХ ЦЕОЛИТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА 2004
  • Восмериков Александр Владимирович
  • Арбузова Нина Витальевна
  • Коробицына Людмила Леонидовна
  • Ечевский Геннадий Викторович
  • Коденев Евгений Геннадиевич
RU2271863C1
ЦЕОЛИТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА 2009
  • Восмериков Александр Владимирович
  • Коробицына Людмила Леонидовна
  • Арбузова Нина Витальевна
  • Козлов Владимир Валерьевич
  • Восмерикова Людмила Николаевна
RU2408425C1
КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ПРОЦЕСС НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА 2010
  • Исмагилов Зинфер Ришатович
  • Керженцев Михаил Анатольевич
  • Матус Екатерина Владимировна
  • Сухова Ольга Борисовна
  • Андриевская Ирина Петровна
RU2438779C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ, КАТАЛИЗАТОР, ПРИГОТОВЛЕННЫЙ ПО ЭТОМУ СПОСОБУ, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУЧЕННОГО КАТАЛИЗАТОРА 2012
  • Тарасов Андрей Леонидович
  • Кустов Леонид Модестович
RU2515511C1
ЦЕОЛИТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРЯМОГОННОЙ БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ НЕФТИ В ВЫСОКООКТАНОВЫЙ КОМПОНЕНТ БЕНЗИНА 2006
  • Величкина Людмила Михайловна
  • Восмериков Александр Владимирович
  • Иванов Геннадий Васильевич
RU2323778C1
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗОЛА ИЗ МЕТАНА, КАТАЛИЗАТОР, ПРИГОТОВЛЕННЫЙ ПО ЭТОМУ СПОСОБУ, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗОЛА ИЗ МЕТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУЧЕННОГО КАТАЛИЗАТОРА 2012
  • Кустов Леонид Модестович
  • Михайлов Михаил Николаевич
RU2508164C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ 2013
  • Тарасов Андрей Леонидович
  • Кустов Леонид Модестович
  • Финашина Елена Дмитриевна
RU2523801C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ НАФТАЛИНОВЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) 2003
  • Коденев Е.Г.
  • Ечевский Г.В.
  • Кихтянин О.В.
  • Дударев С.В.
  • Токтарев А.В.
RU2227793C1
Катализатор гидроизомеризации н-алканов и способ его приготовления 2016
  • Ечевский Геннадий Викторович
  • Токтарев Александр Викторович
  • Коденев Евгений Геннадьевич
RU2632911C1

Реферат патента 2008 года ЦЕОЛИТНЫЙ КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА

Изобретение может использоваться в нефтеперерабатывающей и химической промышленности для повышения эффективности процессов неокислительной конверсии метана за счет увеличения активности W-содержащих цеолитных катализаторов. Описан цеолитный катализатор ZSM-5 для процесса неокислительной конверсии метана, который включает в свой состав вольфрам в виде наноразмерного порошка, при этом содержание вольфрама в катализаторе составляет от 4,0 до 10,0 мас.%. Описан также способ приготовления цеолитного катализатора для процесса неокислительной конверсии метана, включающий модификацию цеолита вольфрамом в твердой фазе, при этом вольфрам вводят в цеолит в виде наноразмерного порошка металла, полученного методом электрического взрыва проводника в среде аргона, при этом содержание вольфрама в полученном катализаторе составляет от 4,0 до 10,0 мас.%. Описан способ неокислительной конверсии метана в присутствии описанного выше цеолитного катализатора. Технический эффект - получение катализатора с более высокой активностью в процессе конверсии метана в ароматические углеводороды. 3 н.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 331 476 C2

1. Цеолитный катализатор ZSM-5 для процесса неокислительной конверсии метана, включающий в свой состав вольфрам, отличающийся тем, что содержание вольфрама в катализаторе в виде наноразмерного порошка составляет от 4,0 до 10,0 мас.%.2. Способ приготовления цеолитного катализатора для процесса неокислительной конверсии метана, включающий модификацию цеолита вольфрамом в твердой фазе, отличающийся тем, что вольфрам вводят в цеолит в виде наноразмерного порошка металла, полученного методом электрического взрыва проводника в среде аргона, путем механического смешения с последующим прокаливанием, при этом содержание вольфрама в полученном катализаторе составляет от 4,0 до 10,0 мас.%.3. Способ неокислительной конверсии метана в присутствии цеолитного катализатора по п.1 или катализатора, полученного способом по п.2.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2331476C2

B.M.Weckhuysen, et al
Кипятильник для воды 1921
  • Богач Б.И.
SU5A1
of Catalysis, 1988, 175, 338-346
Способ получения ароматических углеводородов 1980
  • Ионе Казимира Гавриловна
  • Шепелев Сергей Сергеевич
SU950707A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЛИБДЕНСОДЕРЖАЩИХ ЦЕОЛИТНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ НЕОКИСЛИТЕЛЬНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА 2004
  • Восмериков Александр Владимирович
  • Арбузова Нина Витальевна
  • Коробицына Людмила Леонидовна
  • Ечевский Геннадий Викторович
  • Коденев Евгений Геннадиевич
RU2271863C1
US 5968342 А, 19.10.1999
Устройство для измерения магнитных характеристик материалов 1985
  • Калинин Евгений Владимирович
  • Любивый Владимир Иванович
  • Першин Виктор Викторович
  • Тильк Виктор Томасович
  • Хаит Яков Моисеевич
SU1307415A1

RU 2 331 476 C2

Авторы

Восмериков Александр Владимирович

Коробицына Людмила Леонидовна

Арбузова Нина Витальевна

Ечевский Геннадий Викторович

Коденев Евгений Геннадиевич

Даты

2008-08-20Публикация

2006-04-06Подача