Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия широкое распространение получили исследования, связанные с заменой нефтяного сырья на альтернативное – природный газ или уголь. Одним из наиболее перспективных способов превращения этих веществ в продукты нефтехимии, в частности, углеводороды, является синтез Фишера-Тропша. Основной задачей развития этого процесса является разработка высокоактивных и высокоселективных катализаторов, позволяющих повысить его эффективность.
В настоящее время из СО и Н2 для получения смеси алифатических углеводородов в промышленности используются Fe- и Co-катализаторы. Со-системы синтеза Фишера-Тропша позволяют селективно получать алканы линейного строения, выход и фракционные характеристики которых зависят от состава катализатора и условий проведения синтеза. Однако, непромотированные кобальтовые контакты имеют относительно низкую активность и селективность в отношении образования жидких парафинов. Повышение содержания высокомолекулярных углеводородов в катализате и снижение концентрации газообразных продуктов является одной из важных задач развития синтеза Фишера-Тропша. Для этого в их состав обычно вводят модифицирующие добавки. Щелочные металлы являются традиционными промоторами железных катализаторов синтеза Фишера-Тропша. В их присутствии возрастает средняя молекулярная масса образующихся углеводородов, снижается выход метана. Известно, что Со-катализаторы также изменяют свою активность и селективность в синтезе углеводородов из СО и Н2 при введении в их состав щелочного металла, однако это влияние мало изучено.
Целью данной работы являлось изучение особенностей синтеза углеводородов из СО и Н2 в присутствии кобальтовых систем, промотированных щелочными металлами.
Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые установлено, что промотирование Со-катализатора добавками металлов I группы (Li, Na, K, Rb, Cs) приводит к повышению выхода жидких углеводородов и увеличению их средней молекулярной массы в синтезе Фишера-Тропша. Установлена связь между природой щелочного металла и активностью и селективностью каталитической системы. Показано, что метод приготовления катализатора 20Со-М/Al2O3(SiO2) – последовательность введения активных металлов – оказывает значительное влияние на основные показатели синтеза углеводородов из СО и Н2 (конверсию СО, выход продуктов С5+, селективность в отношении их образования и показатель вероятности роста углеводородной цепи ).
Для синтеза Фишера-Тропша предложен Co-К-катализатор, позволяющий селективно получать жидкие углеводороды с выходом до 138 г/нм3 синтез-газа. При этом получаемые углеводороды обогащены тяжелыми фракциями: показатель вероятности роста углеводородной цепи равен 0,91.
Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались на IV Молодежной конференции ИОХ РАН (Москва, 11-12 ноября 2010 г.); конференции DGMK/SCI “Catalysis – Innovative Applications in Petrochemistry and Refining” (Дрезден, Германия, 4-6 октября 2011 г.); IX Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (Москва, 4-7 октября 2011 г.); конференции молодых ученых ИОХ РАН (Москва, 2011 г.).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 121 стр. машинописного текста, содержит 11 табл. и 23 рис. Список цитируемой литературы включает 143 наименования. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы.
