×
07.06.2019
219.017.755e

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША В ЕГО ПРИСУТСТВИИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША В ЕГО ПРИСУТСТВИИ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША В ЕГО ПРИСУТСТВИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 141.
10.02.2013
№216.012.2309

Коллоидный раствор наночастиц серебра, металл-полимерный нанокомпозитный пленочный материал, способы их получения, бактерицидный состав на основе коллоидного раствора и бактерицидная пленка из металл-полимерного материала

Изобретение может найти применение в качестве стерилизующей среды или антибактериального компонента, в частности, при создании бактерицидных жидких пластырей, компонента при создании материалов для восстановления костных и других тканей организма в репаративной медицине, пленочный материал как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474471
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.04.2013
№216.012.3256

Катализатор, способ его получения и способ трансалкилирования бензола диэтилбензолами с его использованием

Изобретение относится к катализаторам трансалкилирования. Описан катализатор трансалкилирования бензола диэтилбензолами в виде цилиндрических гранул правильной формы, включающий цеолит типа Y в кислотной Н-форме, который содержит 100 мас.% цеолита со степенью замещения ионов Na на H не менее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478429
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.05.2013
№216.012.43bc

Способ получения гетерогенного катализатора для получения ценных и энергетически насыщенных компонентов бензинов

Изобретение относится к способам получения катализаторов. Описан способ получения гетерогенного катализатора для получения ценных и энергетически насыщенных компонентов бензинов путем алкилирования изобутана олефинами на основе цеолита типа NaNHY при остаточном содержании оксида натрия не более...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482917
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.49cf

Способ получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ

Настоящее изобретение относится к области медицины и описывает способ получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ путем радикальной полимеризации при комнатной температуре под действием окислительно-восстановительного катализатора полимеризации водного раствора,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484475
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4b74

Способ повышения времени стабильной работы катализатора в реакции гидроалкилирования бензола ацетоном с получением кумола и способ получения кумола гидроалкилированием бензола ацетоном

Изобретение относится к каталитическим процессам получения кумола. Описан способ повышения времени стабильной работы катализатора, содержащего гидрирующий и алкилирующий компоненты, в реакции получения кумола гидроалкилированием бензола ацетоном, включающим послойное размещение гидрирующего и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484898
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.5369

Способ получения модифицированного титан-магниевого нанокатализатора

Изобретение относится к производству полимеров, а именно: к металлокомплексным катализаторам полимеризации, и может быть использовано для получения транс-1,4-полиизопрена. Описан способ получения модифицированного титан-магниевого нанокатализатора для полимеризации изопренат путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486956
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.56ea

Способ трансалкилирования бензола полиалкилбензолами

Изобретение относится к способу трансалкилирования бензола полиалкилбензолами на цеолитсодержащем катализаторе с получением этилбензола или изопропилбензола. Способ характеризуется тем, что в качестве полиалкилбензолов используют диэтилбензолы или диизопропилбензолы, процесс проводят в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487858
Дата охранного документа: 20.07.2013
10.08.2013
№216.012.5c22

Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в его присутствии

Изобретение относится к катализаторам получения алифатических углеводородов. Описан катализатор для получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, содержащий наноразмерные частицы железа и сформированный in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489207
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.09.2013
№216.012.6b82

Способ получения полиакриламидного гидрогеля

Настоящее изобретение относится к способу получения полиакриламидного гидрогеля, который применяется в качестве разделяющей среды в жидкостной хроматографии, в качестве носителя иммобилизованных биологически активных веществ, а также для изготовления эндопротезов мягких тканей. Данный способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493173
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.11.2013
№216.012.7caa

Способ получения мембранного катализатора и способ дегидрирования углеводородов с использованием полученного катализатора

Изобретение относится к области создания и использования катализаторов дегидрирования углеводородов, представляющего собой пористую подложку из нержавеющей стали, никеля или меди, на одну сторону которой нанесен слой пиролизованного инфракрасным излучением полиакрилонитрила (ИК-ПАН), а на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497587
Дата охранного документа: 10.11.2013
Показаны записи 1-9 из 9.
10.08.2013
№216.012.5c22

Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в его присутствии

Изобретение относится к катализаторам получения алифатических углеводородов. Описан катализатор для получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, содержащий наноразмерные частицы железа и сформированный in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489207
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.09.2013
№216.012.6a88

Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в его присутствии

Изобретение относится к катализаторам получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода и их использованию. Описан катализатор для получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, содержащий наноразмерные каталитически активные частицы металлического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492923
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.01.2015
№216.013.1916

Катализатор и способ получения синтетических углеводородов алифатического ряда из оксида углерода и водорода в его присутствии

Изобретение относится к нефтехимической промышленности и может быть использовано в нефтепереработке, газохимии и нефтехимии для производства синтетических моторных топлив и смазочных масел. Способ получения катализатора для синтеза Фишера-Тропша, содержащего каталитически активные наночастицы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537850
Дата охранного документа: 10.01.2015
13.02.2018
№218.016.1fa7

Способ получения наноразмерного катализатора синтеза фишера-тропша и способ синтеза фишера-тропша с его применением

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии. Способ получения наноразмерного катализатора трехфазного синтеза Фишера-Тропша, содержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641299
Дата охранного документа: 17.01.2018
01.09.2018
№218.016.8248

Способ получения металлсодержащих наноразмерных дисперсий

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. Способ получения металлсодержащей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665575
Дата охранного документа: 31.08.2018
18.05.2019
№219.017.5b71

Способ получения алкан-ароматической фракции

Изобретение относится к способу получения алкан-ароматической фракции. Способ характеризуется тем, что этанол и/или диэтиловый эфир пропускают через слой предварительно восстановленного катализатора, представляющего собой цеолит ЦВМ, содержащий 0,4-1 мас.% Pd и 0,5-1 мас.% Zn при температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002466976
Дата охранного документа: 20.11.2012
29.05.2019
№219.017.6a10

Катализатор и способ получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в его присутствии

Использование: нефтехимия, газохимия, углехимия, производство синтетических моторных топлив и смазочных масел. Описан катализатор для получения алифатических углеводородов из оксида углерода СО и водорода, содержащий наноразмерные частицы железа, промотированные оксидами калия и алюминия,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002466790
Дата охранного документа: 20.11.2012
27.07.2019
№219.017.b9cf

Устройство для получения суспензии наноразмерного катализатора и способ ее получения

Изобретение относится к области суспензионного катализа и получения катализаторов и может быть использовано в реакции синтеза Фишера-Тропша в суспензионных реакторах (сларри-реакторах). Устройство для получения суспензии наноразмерного катализатора синтеза Фишера-Тропша включает реактор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002695667
Дата охранного документа: 25.07.2019
12.10.2019
№219.017.d4a4

Способ оценки стабильности железосодержащей дисперсии

Изобретение относится к области определения размера частиц методом динамического светорассеяния в пробах образцов (вещества) каталитических систем синтеза Фишера-Тропша на основе дисперсий металлсодержащих наноразмерных частиц, взвешенных в углеводородной среде, и может быть использовано для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702659
Дата охранного документа: 09.10.2019
+ добавить свой РИД