Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время процессы получения топлив, масел и продуктов основного органического синтеза базируются в основном на нефти. Однако прогноз показывает, что при расходовании её существующими темпами, запасов хватит примерно на 50 лет. В то же время, извлекаемые запасы газа в энергетическом эквиваленте превышают нефти 1,5 раза, запас угля - более чем в 20 раз.
Синтез углеводородов из СО и Н2 (синтез Фишера-Тропша) — один из перспективных методов получения компонентов моторных топлив и ценных химических соединений на базе ненефтяного сырья — угля, природного газа, торфа, сельскохозяйственных и городских отходов.
Актуальность переориентирования производства моторных топлив, базовых масел и продуктов основного органического синтеза с нефти на альтернативное сырье определяется следующими причинами:
Ограниченность запасов нефти и высокая политическая составляющая в цене нефти на мировом рынке.
Постепенный переход к освоению удаленных и труднодоступных месторождений, что сказывается на себестоимости нефтепродуктов.
Необходимость освоения значительных запасов попутного газа, малых и удаленных газовых месторождений.
Повышения экологических требований к моторным топливам — в первую очередь по содержанию азот- и серусодержащих соединений, бензола и его гомологов, полиароматических соединений.
Существующие сегодня каталитические системы синтеза Фишера-Тропша имеют относительно невысокую производительность, поэтому создание новых активных, селективных и стабильных катализаторов является актуальной как в научном, так и в практическом отношении задачей.
Носитель является важным компонентом катализатора, оказывая значительное влияние на состояние нанесенного металла и каталитические
свойства образца. В качестве носителей катализаторов синтеза Фишера-Тропша наиболее подробно исследованы силикагель и глинозем. Смешанные оксиды ранее мало исследовались в качестве носителей. Поэтому исследование закономерностей влияния природы свойств этого носителя на синтез углеводородов очень актуально. Так, алюмосиликаты семейства SIRAL1 производства компании Sasol, содержащие различное количество Si02, значительно отличаются по составу поверхностных фаз, величине удельной поверхности и кислотности. Также представляет интерес выяснить влияние условий восстановления на каталитические свойства кобальтовых катализаторов на этих носителях.
Целью данной работы явилось комплексное исследование кобальтовых катализаторов синтеза углеводородов из СО и Н2 на основе новых алюмосиликатных носителей. Изучено влияние природы носителей на физико-химические и каталитические свойства нанесенных Со систем. Изучено промотирование контактов оксидами Zr02, Се02 и Ьа20з. Также проведены сравнительные исследования восстановления катализаторов в водороде и азот-водородных смесях с целью разработки оптимальной методики активации катализаторов.
Научная новизна и практическая ценность работы. Изучено влияние алюмосиликатных носителей SIRAL на свойства катализаторов 10%Co/SIRAL синтеза Фишера-Тропша, приготовленные методом пропитки. Показано, что поверхность металлического Со в активированных при 450С катализаторах и их активность линейно возрастают с ростом удельной поверхности носителя, которая в свою очередь, пропорциональна содержанию Si02 в носителе.
Изучено влияние природы и концентрации промотора на свойства катализаторов 20%Co-M/SIRAL30 (где М= Zr02, La203, Се02). Разработан
Предоставлены компанией «Sasol»
активный Co-Ce/SIRAL катализатор, позволяющий получать углеводороды С5+ с выходом 121 г/м3 при конверсии СО 74% и селективности по СО 80%.
Исследовано влияние основных параметров восстановления — температуры, длительности, объёмной скорости и состава восстанавливающего газа — на каталитические характеристики контакта 20%Co-3%CeO2/SIRAU0.
Практический результат проведенных исследований состоит в установлении закономерностей влияния смешанных оксидных носителей SIRAL на физико-химические и каталитические свойства Со-катализаторов синтеза Фишера-Тропша, разработке эффективного 20%Co-3%CeO2/SIRAL30 катализатора, обеспечивающего высокий выход целевых углеводородов Cs+.
Апробация работы. Отдельные результаты работы доложены на 5-ой конференция молодых ученых «Химия нефти и газа-2009» в рамках VII международной конференции «Химии нефти и газа» (РАН Сибирское отделение, Институт химии нефти, Томск, 21-26 сентября 2009); Студенческой научной конференции «Нефть и газ - 2009» (РГУ нефти и газа, Москва, 14-15 апреля 2009 г.).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 111 стр. машинописного текста, содержит 13 табл. и 20 рис. Список цитируемой литературы включает 193 наименований. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы.
В главе 1 (литературный обзор) приведены литературные сведения об основных закономерностях синтеза углеводородов из СО и Щ его механизме и свойствах Co-катализаторов. Особое внимание уделено рассмотрению влияния природы носителей на физико-химические и каталитические свойства Со-катализаторов.
В главе 2 изложены методики приготовления катализаторов, проведения каталитических опытов, физико-химических исследований контактов, анализа исходных веществ и продуктов синтеза.
В главе 3 приведены экспериментальные данные и обсуждение полученных результатов.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 1 статье и трудах 2 научных конференций.
Похожие диссертации на Синтез углеводородов из CO и H2 в присутствии кобальтовых катализаторов на основе новых модификаций алюмосиликатных носителей
