EA041593B1 - METHOD FOR DIRECT PRODUCTION OF DIMETHYL ETHER FROM SYNTHESIS GAS - Google Patents
METHOD FOR DIRECT PRODUCTION OF DIMETHYL ETHER FROM SYNTHESIS GAS Download PDFInfo
- Publication number
- EA041593B1 EA041593B1 EA202092622 EA041593B1 EA 041593 B1 EA041593 B1 EA 041593B1 EA 202092622 EA202092622 EA 202092622 EA 041593 B1 EA041593 B1 EA 041593B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- synthesis gas
- range
- reaction
- zinc
- spinel
- Prior art date
Links
Description
Область техники настоящего изобретенияTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к способу непосредственного получения диметилового эфира из синтез-газа.The present invention relates to a process for the direct production of dimethyl ether from synthesis gas.
Уровень техники настоящего изобретенияState of the art of the present invention
Диметиловый эфир (СН3ОСН3, DME) представляет собой нетоксичное, безвредное и не вызывающее коррозию химическое соединение. Благодаря своему высокому цетановому числу, отсутствию азота и серы в составе, хорошей совместимости с дизельным топливом и другим преимуществам диметиловый эфир представляет собой весьма перспективную и чистую добавку к дизельному топливу. По своим физическим и химическим свойствам диметиловый эфир очень близок к сжиженному нефтяному газу и широко используется в качестве бытового топлива. В последние годы в области углехимической промышленности всегда оставалась актуальной темой исследования технология превращения угля в этанол, такая как технология превращения угля в диметиловый эфир с последующим карбонилированием и гидрированием и получением безводного этанола. Таким образом, диметиловый эфир в будущем найдет широкое применение в технологии синтеза этанола в качестве топлива. В настоящее время диметиловый эфир получают в промышленности, главным образом, посредством реакции дегидратации метанола с твердыми кислотными катализаторами. Как известно, метанол синтезируют, используя, главным образом, синтез-газ и сложный оксид меди, цинка и алюминия (CuZnAlOx) в качестве катализатора синтеза метанола. Чтобы сэкономить на вложениях в основной капитал и снизить энергопотребление, предпринимаются попытки непосредственного превращения синтез-газа в диметиловый эфир. Согласно многочисленным сообщениям о непосредственном получении диметилового эфира из синтез-газа основу большинства исследований представляет собой твердый кислотный композиционный катализатор, содержащий CuZnAlOx/кислотное молекулярное сито или γ-Α12Ο3. Катализаторы синтеза метанола обычно используют при температуре ниже 250°С, но твердый кислотный катализатор для реакции дегидратации метанола необходимо использовать при температуре выше 250°С, чтобы проявлять хорошие эксплуатационные характеристики. Таким образом, обычная рабочая температура композиционных катализаторов находится в диапазоне от 250 до 300°С. В условиях высокотемпературной реакции устойчивость композиционного катализатора становится неудовлетворительной, оказывается невозможной регенерация CuZnAlOx, и в результате этого непосредственный синтез диметилового эфира из синтез-газа не был реализован в промышленном масштабе до настоящего времени.Dimethyl ether (CH 3 OCH 3 , DME) is a non-toxic, harmless and non-corrosive chemical compound. Due to its high cetane number, the absence of nitrogen and sulfur in the composition, good compatibility with diesel fuel and other advantages, dimethyl ether is a very promising and clean diesel fuel additive. In terms of its physical and chemical properties, dimethyl ether is very close to liquefied petroleum gas and is widely used as a domestic fuel. In recent years, coal-to-ethanol technology, such as coal-to-dimethyl ether conversion followed by carbonylation and hydrogenation to produce anhydrous ethanol, has always been a hot topic of research in the coal chemical industry. Thus, dimethyl ether will find wide application in the technology of ethanol synthesis as a fuel in the future. At present, dimethyl ether is produced commercially, mainly through the reaction of methanol dehydration with solid acid catalysts. As is known, methanol is synthesized using mainly synthesis gas and copper zinc aluminum complex oxide (CuZnAlOx) as the methanol synthesis catalyst. In order to save on capital investment and reduce energy consumption, attempts are being made to directly convert syngas to dimethyl ether. According to numerous reports on the direct production of dimethyl ether from synthesis gas, the basis of most research is a solid acid composite catalyst containing CuZnAlOx/acid molecular sieve or γ-Α12Ο 3 . Methanol synthesis catalysts are generally used at temperatures below 250°C, but the solid acid catalyst for the methanol dehydration reaction must be used at temperatures above 250°C in order to exhibit good performance. Thus, the usual operating temperature of composite catalysts is in the range from 250 to 300°C. Under high-temperature reaction conditions, the stability of the composite catalyst becomes unsatisfactory, it becomes impossible to regenerate CuZnAlOx, and as a result, the direct synthesis of dimethyl ether from synthesis gas has not been realized on an industrial scale so far.
Краткое раскрытие настоящего изобретенияBrief summary of the present invention
Чтобы решить проблемы предшествующего уровня техники, авторы настоящей заявки провели тщательное исследование. В результате этого было обнаружено, что двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели является весьма подходящим в качестве катализатора для непосредственного получения диметилового эфира из синтез-газа. Благодаря применению этого катализатора способом непосредственного получения диметилового эфира из синтез-газа можно превращать полученный синтез-газ в диметиловый эфир с высокой селективностью. Этот катализатор не только является устойчивым, но также может быть регенерирован, чтобы в результате этого уменьшить большое энергопотребление, возникающее при многостадийном получении. Авторы выполнили настоящее изобретение на основании вышеупомянутых обнаруженных фактов.In order to solve the problems of the prior art, the authors of the present application have conducted a thorough study. As a result, it has been found that spinel type zinc alumina double oxide is very suitable as a catalyst for the direct production of dimethyl ether from synthesis gas. By using this catalyst, the process for directly producing dimethyl ether from synthesis gas can convert the resulting synthesis gas into dimethyl ether with high selectivity. This catalyst is not only stable, but can also be regenerated to thereby reduce the high energy consumption resulting from multi-stage production. The inventors have completed the present invention based on the above findings.
Таким образом, одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ непосредственного получения диметилового эфира из синтез-газа, в котором синтез-газ пропускают через реакционную зону, содержащую катализатор, и вводят в реакцию в условиях, достаточных для превращения по меньшей мере части синтез-газа в качестве исходного материала и получения продукта реакции, содержащего диметиловый эфир; и диметиловый эфир выделяют из продукта реакции;Thus, one object of the present invention is to provide a process for the direct production of dimethyl ether from synthesis gas, wherein the synthesis gas is passed through a reaction zone containing a catalyst and reacted under conditions sufficient to convert at least a portion of synthesis gas as a starting material and obtaining a reaction product containing dimethyl ether; and dimethyl ether is isolated from the reaction product;
причем катализатор представляет собой двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели.moreover, the catalyst is a double oxide of zinc and aluminum type spinel.
Согласно одному варианту осуществления реакционная зона содержит один реактор с неподвижным слоем или множество реакторов с неподвижным слоем, соединенных последовательно и/или параллельно.According to one embodiment, the reaction zone comprises one fixed bed reactor or a plurality of fixed bed reactors connected in series and/or in parallel.
Согласно одному варианту осуществления реакцию проводят в следующих условиях: температура реакции в диапазоне от 300 до 450°С, давление реакции в диапазоне от 0,5 до 10,0 МПа, молярное соотношение водорода и монооксида углерода в синтез-газе в диапазоне от 1:9 до 9:1 и объемная часовая скорость подачи синтез-газа в стандартных условиях в диапазоне от 1000 до 20000 ч-1.According to one embodiment, the reaction is carried out under the following conditions: reaction temperature in the range of 300 to 450°C, reaction pressure in the range of 0.5 to 10.0 MPa, molar ratio of hydrogen and carbon monoxide in the synthesis gas in the range of 1: 9 to 9:1 and space hourly rate of supply of synthesis gas under standard conditions in the range from 1000 to 20000 h -1 .
Описание предпочтительных вариантов осуществленияDescription of Preferred Embodiments
Согласно настоящему изобретению предложен способ непосредственного получения диметилового эфира из синтез-газа, в котором синтез-газ пропускают через реакционную зону, содержащую катализатор, и вводят в реакцию в условиях, достаточных для превращения по меньшей мере части синтез-газа в качестве исходного материала и получения продукта реакции, содержащего диметиловый эфир; и диметиловый эфир выделяют из продукта реакции, причем катализатор представляет собой двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели.The present invention provides a process for the direct production of dimethyl ether from synthesis gas, wherein the synthesis gas is passed through a reaction zone containing a catalyst and reacted under conditions sufficient to convert at least a portion of the synthesis gas as a feedstock and obtain a reaction product containing dimethyl ether; and dimethyl ether is isolated from the reaction product, the catalyst being a double oxide of zinc and aluminum of the spinel type.
- 1 041593- 1 041593
Катализатор для получения диметилового эфираCatalyst for the production of dimethyl ether
Как упомянуто выше, катализатор, используемый в способе согласно настоящему изобретению, представляет собой двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели.As mentioned above, the catalyst used in the process of the present invention is a spinel-type zinc-aluminum double oxide.
Молярное соотношение Zn/Al в двойном оксиде цинка и алюминия типа шпинели согласно настоящему изобретению представляет собой любое соотношение, предпочтительно Zn/Al составляет от 1:9 до 1:1, например, Zn/Al составляет 1:1, 1:2, 1:4,5 или 1:9.The molar ratio of Zn/Al in the spinel zinc-alumina double oxide of the present invention is any ratio, preferably Zn/Al is 1:9 to 1:1, for example, Zn/Al is 1:1, 1:2, 1 :4.5 or 1:9.
Согласно некоторым вариантам осуществления размер кристалла цинк-алюминиевой шпинели в двойном оксиде цинка и алюминия типа шпинели составляет менее чем или равняется 30 нм.In some embodiments, the crystal size of the zinc-aluminum spinel in spinel-type zinc-aluminum double oxide is less than or equal to 30 nm.
Согласно некоторым вариантам осуществления двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный элемент, выбранный из хрома, циркония, меди, марганца, индия, галлия и кремния. По меньшей мере один дополнительный элемент добавляют в двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели посредством пропитывания и/или соосаждения, используя раствор соли по меньшей мере одного дополнительного элемента. Предпочтительно массовая доля по меньшей мере одного дополнительного элемента в двойном оксиде цинка и алюминия типа шпинели составляет менее чем или равняется 10%, например составляет 1, 3, 5, 7, 9 или 10%.In some embodiments, the spinel-type zinc-alumina double oxide further comprises at least one additional element selected from chromium, zirconium, copper, manganese, indium, gallium, and silicon. At least one additional element is added to the spinel-type zinc-alumina double oxide by impregnation and/or co-precipitation using a salt solution of at least one additional element. Preferably, the weight fraction of at least one additional element in the spinel-type zinc-alumina double oxide is less than or equal to 10%, for example 1, 3, 5, 7, 9 or 10%.
Согласно одному варианту осуществления двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели получают способом осаждения и прокаливания. Например, двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели получают, осуществляя стадии, на которых соль цинка и соль алюминия переводят в смешанный водный раствор солей металлов; смешанный водный раствор солей металлов вводят в контакт с водным раствором осаждающего вещества таким образом, чтобы осуществить соосаждение ионов металлов из смешанного водного раствора солей металлов с последующим выдерживанием; полученный осадок промывают с последующим высушиванием, а затем прокаливают с получением двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели. Примеры осаждающего вещества представляют собой, но без ограничения, карбонат натрия, карбонат калия, карбонат аммония, бикарбонат натрия, бикарбонат калия, бикарбонат аммония, водный раствор аммиака, гидроксид натрия, гидроксид калия и их смеси.In one embodiment, a spinel-type zinc/aluminum double oxide is produced by a precipitation and calcination process. For example, a spinel-type zinc-aluminum double oxide is obtained by carrying out the steps in which a zinc salt and an aluminum salt are brought into a mixed aqueous solution of metal salts; the mixed aqueous metal salt solution is brought into contact with the aqueous solution of the precipitating agent so as to co-precipitate the metal ions from the mixed aqueous metal salt solution, followed by aging; the resulting precipitate is washed, followed by drying, and then calcined to obtain spinel-type zinc-aluminum double oxide. Examples of the precipitating agent are, but are not limited to, sodium carbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, ammonium bicarbonate, aqueous ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and mixtures thereof.
Согласно одному варианту осуществления температура в течение соосаждения находится в диапазоне от 20 до 95°С, значение рН в течение соосаждения находится в диапазоне от 7,0 до 9,0, продолжительность выдерживания составляет не менее 1 ч, и температура прокаливания находится в диапазоне от 450 до 800°С.In one embodiment, the temperature during coprecipitation is in the range of 20 to 95°C, the pH during coprecipitation is in the range of 7.0 to 9.0, the holding time is at least 1 hour, and the calcination temperature is in the range of 450 to 800°C.
Согласно конкретному варианту осуществления двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели получают следующим образом: соль цинка и соль алюминия в любом соотношении растворяют в деионизированной воде с образованием смешанного водного раствора солей металлов, причем концентрация смешанного водного раствора солей металлов может представлять собой любую концентрацию, причем смесь солей металлов полностью растворяют в деионизированной воде при комнатной температуре; осаждающее вещество растворяют в деионизированной воде с получением водного раствора осаждающего вещества, и при этом концентрация водного раствора осаждающего вещества может представлять собой любую концентрацию, при которой осаждающее вещество полностью растворяется в деионизированной воде при комнатной температуре; смешанный водный раствор солей металлов вводят в контакт с водным раствором осаждающего вещества таким образом, чтобы осуществить соосаждение ионов металлов из смешанного водного раствора солей металлов при температуре в диапазоне от 20 до 95°С, причем значение рН регулируют в диапазоне от 7,0 до 9,0 посредством регулирования скорости потока смешанного водного раствора солей металлов и водного раствора осаждающего вещества в течение соосаждения; после завершения соосаждения осуществляют стадию выдерживания при температуре в диапазоне от 20 до 95°С в течение времени в диапазоне от 1 до 24 ч, после чего осуществляют разделение на центрифуге, промывание деионизированной водой, высушивание при 100°С в течение 24 ч и, наконец, прокаливание при температуре в диапазоне от 450 до 800°С в течение времени в диапазоне от 2 до 10 ч с получением двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели.According to a specific embodiment, a spinel-type zinc-aluminum double oxide is prepared as follows: a zinc salt and an aluminum salt in any ratio are dissolved in deionized water to form a mixed aqueous solution of metal salts, and the concentration of the mixed aqueous solution of metal salts can be any concentration, and the mixture metal salts are completely dissolved in deionized water at room temperature; the precipitant is dissolved in deionized water to form an aqueous solution of the precipitant, and the concentration of the aqueous solution of the precipitant may be any concentration at which the precipitant is completely dissolved in the deionized water at room temperature; the mixed aqueous solution of metal salts is brought into contact with the aqueous solution of the precipitating agent so as to co-precipitate metal ions from the mixed aqueous solution of metal salts at a temperature in the range from 20 to 95°C, the pH being adjusted in the range from 7.0 to 9 .0 by adjusting the flow rate of the mixed aqueous solution of metal salts and the aqueous solution of the precipitant during co-precipitation; after co-precipitation is complete, a holding step is carried out at a temperature in the range of 20 to 95°C for a time in the range of 1 to 24 hours, followed by centrifugal separation, washing with deionized water, drying at 100°C for 24 hours, and finally , calcining at a temperature in the range from 450 to 800°C for a time in the range from 2 to 10 hours to obtain double oxide of zinc and aluminum type spinel.
Согласно настоящему изобретению отсутствуют особые ограничения в отношении типов соли цинка, соли алюминия и соли по меньшей мере одного дополнительного элемента при том условии, что они растворяются в воде. Например, любая из них имеет растворимость в воде выше 1 г/л при 25°С. Примеры солей цинка, солей алюминия и солей по меньшей мере одного дополнительного элемента представляют собой, но без ограничения, хлорид, сульфат и нитрат.According to the present invention, there are no particular restrictions on the types of zinc salt, aluminum salt and salt of at least one additional element, provided that they are soluble in water. For example, any of them has a solubility in water above 1 g/l at 25°C. Examples of zinc salts, aluminum salts, and salts of at least one additional element are, but are not limited to, chloride, sulfate, and nitrate.
В способе согласно настоящему изобретению отсутствуют особые ограничения в отношении способов введения в контакт смешанного водного раствора солей металлов с водным раствором осаждающего вещества. Согласно конкретному варианту осуществления контакт может быть достигнут посредством параллельного введения, прямоточного введения или противоточного введения.In the method according to the present invention, there are no particular restrictions on methods for contacting a mixed aqueous solution of metal salts with an aqueous solution of a precipitant. According to a particular embodiment, contact can be achieved by parallel injection, direct injection, or countercurrent injection.
Способ получения диметилового эфира из синтез-газаMethod for producing dimethyl ether from synthesis gas
Как упомянуто выше, синтез-газ вступает в контакт с катализатором в реакционной зоне в условиях реакции, достаточных для превращения по меньшей мере части синтез-газа как исходного материала и получения продукта реакции, содержащего диметиловый эфир.As mentioned above, the synthesis gas is contacted with the catalyst in the reaction zone under reaction conditions sufficient to convert at least a portion of the synthesis gas feed and produce a reaction product containing dimethyl ether.
Без намерения ограничения какой-либо конкретной теорией авторы считают, что в непосредствен- 2 041593 ном синтезе диметилового эфира из синтез-газа осуществлен ряд реакционных процессов, таких какWithout intending to be bound by any particular theory, the authors believe that in the direct synthesis of dimethyl ether from synthesis gas, a number of reaction processes have been carried out, such as
1) реакция синтеза метанола: СО + 2Н2 = СН3ОН;1) methanol synthesis reaction: CO + 2H 2 = CH 3 OH;
2) реакция дегидратации метанола в диметиловый эфир: 2СН3ОН = DME +Н2О;2) the reaction of dehydration of methanol into dimethyl ether: 2CH 3 OH = DME +H 2 O;
3) реакция конверсии водяного газа: СО + Н2О = СО2 + Н2.3) water gas shift reaction: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 .
Термин синтез-газ, используемый в настоящем документе, означает смешанный газ, содержащий водород и монооксид углерода. В синтез-газе, представляющем собой исходный материал, молярное соотношение водорода и монооксида углерода может находиться в диапазоне от 1:9 до 9:1, предпочтительно в диапазоне от 1:9 до 1:1.The term synthesis gas as used herein means a mixed gas containing hydrogen and carbon monoxide. In the feed synthesis gas, the molar ratio of hydrogen and carbon monoxide may be in the range of 1:9 to 9:1, preferably in the range of 1:9 to 1:1.
Поскольку основная побочная реакция в непосредственном синтезе диметилового эфира из синтезгаза представляет собой реакцию конверсии водяного газа, которая является типичной равновесной реакцией, добавление диоксида углерода является благоприятным для ингибирования реакции конверсии водяного газа и улучшения коэффициента использования монооксида углерода. Таким образом, синтезгаз в способе согласно настоящему изобретению может также содержать диоксид углерода. Молярная концентрация диоксида углерода в синтез-газе находится в диапазоне от 1,0 до 20,0%. Например, молярная концентрация диоксида углерода в синтез-газе может составлять 1, 3, 5, 8, 10, 13, 15, 17 или 20%.Since the main side reaction in the direct synthesis of dimethyl ether from syngas is the water gas shift reaction, which is a typical equilibrium reaction, the addition of carbon dioxide is beneficial for inhibiting the water gas shift reaction and improving the carbon monoxide utilization rate. Thus, the synthesis gas in the process according to the present invention may also contain carbon dioxide. The molar concentration of carbon dioxide in the synthesis gas is in the range from 1.0 to 20.0%. For example, the molar concentration of carbon dioxide in the synthesis gas may be 1, 3, 5, 8, 10, 13, 15, 17, or 20%.
В способе согласно настоящему изобретению реакционная зона может содержать один или несколько реакторов с неподвижным слоем. Реактор (реакторы) с неподвижным слоем можно эксплуатировать в непрерывном режиме. Когда в эксплуатации находится множество реакторов с неподвижным слоем, эти реакторы могут быть соединены последовательно, параллельно или в комбинации последовательного и параллельного соединений.In the method according to the present invention, the reaction zone may contain one or more fixed bed reactors. The fixed bed reactor(s) can be operated continuously. When a plurality of fixed bed reactors are in operation, these reactors may be connected in series, in parallel, or in a combination of series and parallel connections.
Согласно одному варианту осуществления реакцию проводят в следующих условиях: температура реакции в диапазоне от 300 до 450°С, давление реакции в диапазоне от 0,5 до 10,0 МПа, молярное соотношение водорода и монооксида углерода в синтез-газе в диапазоне от 1:9 до 9:1, и объемная скорость подачи синтез-газа в стандартных условиях в диапазоне от 1000 до 20000 ч-1.According to one embodiment, the reaction is carried out under the following conditions: reaction temperature in the range of 300 to 450°C, reaction pressure in the range of 0.5 to 10.0 MPa, molar ratio of hydrogen and carbon monoxide in the synthesis gas in the range of 1: 9 to 9:1, and the volumetric flow rate of synthesis gas under standard conditions in the range from 1000 to 20000 h -1 .
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления условия реакцию проводят в следующих условиях: температура реакции в диапазоне от 310 до 360°С, давление реакции в диапазоне от 1,0 до 4,0 МПа, молярное соотношение водорода и монооксида углерода в синтез-газе в диапазоне от 3:1 до 6:1, и объемная скорость подачи синтез-газа в стандартных условиях в диапазоне от 3000 до 8000 ч-1.According to one preferred embodiment, the reaction conditions are carried out under the following conditions: reaction temperature in the range of 310 to 360° C., reaction pressure in the range of 1.0 to 4.0 MPa, molar ratio of hydrogen and carbon monoxide in the synthesis gas in the range of 3:1 to 6:1, and the volumetric flow rate of synthesis gas under standard conditions in the range from 3000 to 8000 h -1 .
Разделение продукта реакцииSeparation of the reaction product
В способе согласно настоящему изобретению выделение диметилового эфира из продукта реакции, содержащего диметиловый эфир, может быть осуществлено хорошо известным путем.In the method according to the present invention, the separation of dimethyl ether from the reaction product containing dimethyl ether can be carried out in a well-known manner.
Согласно настоящему изобретению достигнуты следующие полезные эффекты.According to the present invention, the following beneficial effects are achieved.
1) Согласно настоящему изобретению используют единственный катализатор, который представляет собой двойной оксид цинка и алюминия типа шпинели и посредством которого диметиловый эфир может быть получен из синтез-газа с высокой селективностью, причем этот катализатор обладает хорошей устойчивостью и может быть регенерирован.1) According to the present invention, a single catalyst is used, which is spinel-type zinc-alumina dioxide, by which dimethyl ether can be obtained from synthesis gas with high selectivity, and this catalyst has good stability and can be regenerated.
2) Посредством добавления диоксида углерода может быть эффективно ингибирована реакция конверсии водяного газа и обеспечен высокий коэффициент использования монооксида углерода.2) By adding carbon dioxide, the water gas shift reaction can be effectively inhibited and a high utilization rate of carbon monoxide can be ensured.
3) Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает одностадийное получение диметилового эфира из синтез-газа, в результате чего уменьшается большое энергопотребление, связанное с многостадийным получением.3) The method according to the present invention provides a single-stage production of dimethyl ether from synthesis gas, thereby reducing the large energy consumption associated with multi-stage production.
Краткое описание фигурBrief description of the figures
На фиг. 1 представлена рентгеновская дифрактограмма материала А согласно примеру 1 настоящей заявки, на фиг. 2 - полученное методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) изображение материала А согласно примеру 1 настоящей заявки.In FIG. 1 is an x-ray diffraction pattern of material A according to Example 1 of the present application, FIG. 2 is a transmission electron microscopy (TEM) image of material A according to example 1 of the present application.
Подробное раскрытие настоящего изобретенияDetailed disclosure of the present invention
Настоящее изобретение описано подробно в следующих примерах, но настоящее изобретение не ограничено данными примерами.The present invention is described in detail in the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
Если не указано иное условие, исходные материалы, использованные в примерах настоящей заявки, приобретены на коммерческой основе.Unless otherwise stated, the raw materials used in the examples of this application were purchased on a commercial basis.
В примерах автоматический анализ осуществлен с применением газового хроматографа Agilent 7890, содержащего газовый пробоотборник, термокаталитический детектор, присоединенный к наполненной колонке TDX-1, и пламенно-ионизационный детектор, присоединенный к капиллярной колонке PLOT-Q.In the examples, automatic analysis was performed using an Agilent 7890 gas chromatograph containing a gas sampler, a catalytic thermal detector attached to a packed TDX-1 column, and a flame ionization detector attached to a PLOT-Q capillary column.
В примерах коэффициент превращения и селективность вычислены на основании числа молей углерода ко эффициент превращения монооксида углерода = [(число молей монооксида углерода в исходном материале) - (число молей монооксида углерода в продукте)]/(число молей монооксида углерода в исходном материале) х 100%;In the examples, conversion ratio and selectivity are calculated based on the number of moles of carbon. Carbon monoxide conversion ratio = [(moles of carbon monoxide in the feed) - (moles of carbon monoxide in the product)]/(moles of carbon monoxide in the feed) x 100 %;
селективность по отношению к диметиловому эфиру = (число молей углерода диметилового эфираselectivity to dimethyl ether = (number of carbon moles of dimethyl ether
- 3 041593 в продукте)/(суммарное число молей углерода всех углеводородов, метанола и диметилового эфира в продукте) х 100%;- 3 041593 in the product) / (total number of moles of carbon of all hydrocarbons, methanol and dimethyl ether in the product) x 100%;
селективность по отношению к простым эфирам метанола = (число молей углерода метанола в продукте)/(суммарное число молей углерода всех углеводородов, метанола и диметилового эфира в продукте) х 100%;selectivity to methanol ethers = (number of carbon moles of methanol in the product)/(total moles of carbon of all hydrocarbons, methanol and dimethyl ether in the product) x 100%;
селективность по отношению к углеводородам = (число молей углерода углеводородов в продукте)/ (суммарное число молей углерода всех углеводородов, метанола и диметилового эфира в продукте) х 100%;selectivity to hydrocarbons = (number of carbon moles of hydrocarbons in the product)/(total moles of carbon of all hydrocarbons, methanol and dimethyl ether in the product) x 100%;
селективность по отношению к диоксиду углерода = (число молей диоксида углерода, полученного в реакции)/(число молей прореагировавшего монооксида углерода) х 100%.selectivity to carbon dioxide = (number of moles of carbon dioxide produced in the reaction)/(number of moles of carbon monoxide reacted) x 100%.
Получение двойного оксида цинка и алюминия типа шпинелиObtaining double oxide of zinc and aluminum of spinel type
Пример 1.Example 1
Растворяли 95 г Zn(NO3)2-6H2O и 80 г Al(NO3)y9H2O в 200 мл деионизированной воды с образованием раствора соли. Растворяли 25 г карбоната аммония в 200 мл деионизированной воды с образованием щелочного раствора. Раствор соли и щелочной раствор смешивали в прямоточном режиме, используя два перистальтических насоса, соответственно, и соосаждали, причем температуру реакции осаждения устанавливали на уровне 60°С, значение рН составляло 7,2. Затем осуществляли стадию выдерживания при 60°С в течение 4 ч, после этого фильтрование, промывание, высушивание при 100°С в течение 24 ч, а затем прокаливание при 500°С в течение 4 ч с получением двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели, который был обозначен буквой А. Рентгенофлуресцентная спектроскопия (РФС) показывает, что молярное соотношение Zn/Al в А составляет 1:1, рентгеновская дифрактограмма А представлена на фиг. 1, и соответствующее полученное методом ПЭМ изображение представлено на фиг. 2.95 g of Zn(NO 3 ) 2 -6H2O and 80 g of Al(NO 3 )y9H 2 O were dissolved in 200 ml of deionized water to form a salt solution. Dissolve 25 g of ammonium carbonate in 200 ml of deionized water to form an alkaline solution. The salt solution and the alkaline solution were mixed in co-current mode using two peristaltic pumps, respectively, and co-precipitated, the precipitation reaction temperature being set at 60° C., the pH value being 7.2. Then, a holding step at 60° C. for 4 hours was carried out, followed by filtration, washing, drying at 100° C. for 24 hours, and then calcination at 500° C. for 4 hours to obtain spinel-type zinc-aluminum double oxide, which was designated A. X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) shows that the Zn/Al molar ratio in A is 1:1, the X-ray diffraction pattern of A is shown in FIG. 1 and the corresponding TEM image is shown in FIG. 2.
Пример 2.Example 2
Растворяли 48 г Zn(NO3)2-6H2O и 80 г Α1(ΝΟ3)3·9Η2Ο в 200 мл деионизированной воды с образованием раствора соли. Растворяли 25 г водного раствора аммиака (содержащего 25% NH3) в 200 мл деионизированной воды с образованием щелочного раствора. Раствор соли и щелочной раствор смешивали в прямоточном режиме, используя два перистальтических насоса, соответственно, и соосаждали, причем температуру реакции осаждения устанавливали на уровне 70°С, значение рН составляло 7,5. Затем осуществляли стадию выдерживания при 70°С в течение 6 ч, после этого фильтрование, промывание, высушивание при 100°С в течение 24 ч, а затем прокаливание при 500°С в течение 4 ч с получением двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели, который был обозначен буквой В. Методом РФС показано, что молярное соотношение Zn/Al в В составляет 1:2.48 g of Zn(NO 3 )2-6H2O and 80 g of Α1(ΝΟ 3 ) 3 ·9Η 2 Ο were dissolved in 200 ml of deionized water to form a salt solution. Dissolve 25 g aqueous ammonia (containing 25% NH3) in 200 ml deionized water to form an alkaline solution. The salt solution and the alkaline solution were mixed in co-current mode using two peristaltic pumps, respectively, and co-precipitated, the precipitation reaction temperature being set at 70° C., the pH value being 7.5. Then, a holding step at 70° C. for 6 hours was carried out, followed by filtration, washing, drying at 100° C. for 24 hours, and then calcination at 500° C. for 4 hours to obtain spinel-type zinc-aluminum double oxide, which was denoted by the letter B. XPS showed that the molar ratio of Zn/Al in B is 1:2.
Пример 3.Example 3
Растворяли 10,6 г Zn(NO3)^6H2O и 80 г Α1(ΝΟ3)3·9Η2Ο в 200 мл деионизированной воды с образованием раствора соли. Растворяли 25 г карбоната в 200 мл деионизированной воды с образованием щелочного раствора. Раствор соли и щелочной раствор смешивали в прямоточном режиме, используя два перистальтических насоса, соответственно, и соосаждали, причем температуру реакции осаждения устанавливали на уровне 80°С, значение рН составляло 7,8. Затем осуществляли стадию выдерживания при 80°С в течение 6 ч, после этого фильтрование, промывание, высушивание при 100°С в течение 24 ч, а затем прокаливание при 500°С в течение 6 ч с получением двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели, который был обозначен буквой С. Методом РФС показано, что молярное соотношение Zn/Al в С составляет 1:9.10.6 g of Zn(NO 3 )^6H2O and 80 g of Α1(ΝΟ 3 ) 3 ·9Η 2 Ο were dissolved in 200 ml of deionized water to form a salt solution. Dissolved 25 g of carbonate in 200 ml of deionized water with the formation of an alkaline solution. The salt solution and the alkaline solution were mixed in co-current mode using two peristaltic pumps, respectively, and co-precipitated, the precipitation reaction temperature being set at 80° C., the pH value being 7.8. Then, a holding step at 80° C. for 6 hours was carried out, followed by filtration, washing, drying at 100° C. for 24 hours, and then calcination at 500° C. for 6 hours to obtain spinel-type zinc-aluminum double oxide, which was denoted by the letter C. XPS showed that the molar ratio of Zn/Al in C is 1:9.
Пример 4.Example 4
Растворяли 10,6 г Zn(NO3)2^6H2O и 80 г Α1(ΝΟ3)3·9Η2Ο в 200 мл деионизированной воды с образованием раствора соли. Растворяли 15 г карбоната в 200 мл деионизированной воды с образованием щелочного раствора. Раствор соли и щелочной раствор смешивали в прямоточном режиме, используя два перистальтических насоса, соответственно, и соосаждали, причем температуру реакции осаждения устанавливали на уровне 70°С, значение рН составляло 7,1. Затем осуществляли стадию выдерживания при 70°С в течение 6 ч, после этого фильтрование, промывание, высушивание при 100°С в течение 24 ч, а затем прокаливание при 500°С в течение 4 ч с получением двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели, который был обозначен буквой D. Методом РФС показано, что молярное соотношение Zn/Al в D составляет 1:4,5.10.6 g of Zn(NO 3 ) 2 ^6H 2 O and 80 g of Α1(ΝΟ 3 ) 3 ·9Η 2 Ο were dissolved in 200 ml of deionized water to form a salt solution. Dissolved 15 g of carbonate in 200 ml of deionized water with the formation of an alkaline solution. The salt solution and the alkaline solution were mixed in co-current mode using two peristaltic pumps, respectively, and co-precipitated, the precipitation reaction temperature being set at 70° C., the pH value was 7.1. Then, a holding step at 70° C. for 6 hours was carried out, followed by filtration, washing, drying at 100° C. for 24 hours, and then calcination at 500° C. for 4 hours to obtain spinel-type zinc-aluminum double oxide, which was denoted by the letter D. XPS showed that the molar ratio of Zn/Al in D is 1:4.5.
Пример 5.Example 5
Растворяли 7,7 г Cr(NO3)3·9Н2О в 15 мл деионизированной воды, а затем пропитывали этим раствором 20 г катализатора В при комнатной температуре в течение 24 ч, после чего осуществляли высушивание при 100°С в течение 24 ч и прокаливание при 500°С в течение 4 ч с получением содержащего 5 мас.% хрома двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели, который был обозначен буквой Е.7.7 g of Cr(NO 3 ) 3 9H 2 O was dissolved in 15 ml of deionized water, and then 20 g of catalyst B was impregnated with this solution at room temperature for 24 h, followed by drying at 100°C for 24 h and calcining at 500° C. for 4 hours to obtain a spinel-type zinc-aluminum double oxide containing 5 wt. % chromium, which was designated E.
Пример 6.Example 6
Растворяли 4,7 г Zr(NO3)4·5Н2О в 15 мл деионизированной воды, а затем пропитывали этим раствором 20 г катализатора В при комнатной температуре в течение 24 ч, после чего осуществляли высушива- 4 041593 ние при 100°С в течение 24 ч и прокаливание при 500°С в течение 4 ч с получением содержащего 5 мас.% циркония двойного оксида цинка и алюминия типа шпинели, который был обозначен буквой F.4.7 g of Zr(NO 3 )4 5H 2 O was dissolved in 15 ml of deionized water, and then 20 g of catalyst B was impregnated with this solution at room temperature for 24 h, after which drying was carried out at 100°C. for 24 hours and calcination at 500°C for 4 hours to obtain a 5 wt.% zirconium-containing double oxide of zinc and aluminum of the spinel type, which was designated by the letter F.
Оценка эксплуатационных характеристик катализатораCatalyst Performance Evaluation
Пример 7.Example 7
Катализатор А измельчали и просеивали, получая частицы с размерами в диапазоне от 0,4 до 0,8 мм. Загружали 2 г полученных частиц в реакционную трубку из нержавеющей стали, имеющую внутренний диаметр 8 мм, и активировали в токе 50 мл/мин водорода при 300°С в течение 1 ч. Реакцию осуществляли в следующих условиях: температура реакции (Т) составляла 320°С, давление реакции (Р) составляло 4,0 МПа, молярное соотношение водорода и монооксида углерода в синтез-газе (Н2:СО) составляло 3:1, объемная часовая скорость подачи синтез-газа в стандартных условиях (GHSV) составляла 6000 ч-1. После осуществления реакции в течение 500 ч продукт анализировали методом газовой хроматографии. Результаты реакции представлены в табл. 1.Catalyst A was crushed and sieved to give particles ranging in size from 0.4 to 0.8 mm. 2 g of the resulting particles were loaded into a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 8 mm and activated in a flow of 50 ml/min of hydrogen at 300° C. for 1 hour. The reaction was carried out under the following conditions: the reaction temperature (T) was 320° C, the reaction pressure (P) was 4.0 MPa, the molar ratio of hydrogen and carbon monoxide in the synthesis gas (H 2 :CO) was 3:1, the space hourly space velocity of the synthesis gas under standard conditions (GHSV) was 6000 h -1 . After 500 hours of reaction, the product was analyzed by gas chromatography. The results of the reaction are presented in table. 1.
Примеры 8-12.Examples 8-12.
Условия реакции и результаты реакции представлены в табл. 1. Другие процедуры являются такими же, как в примере 7.The reaction conditions and the reaction results are presented in table. 1. Other procedures are the same as in example 7.
Пример 13.Example 13
Катализатор А измельчали и просеивали, получая частицы с размерами в диапазоне от 0,4 до 0,8 мм. Загружали 2 г полученных частиц в реакционную трубку из нержавеющей стали, имеющую внутренний диаметр 8 мм, и активировали в токе 50 мл/мин водорода при 300°С в течение 1 ч. Реакцию осуществляли в следующих условиях: температура реакции (Т) составляла 320°С, давление реакции (Р) составляло 4,0 МПа, молярное соотношение водорода, монооксида углерода и диоксида углерода в синтезгазе (Н2:СО:СО2) составляло 3:1:0,04 (таким образом, содержание CO2 в синтез-газе составляло 1%), объемная часовая скорость подачи синтез-газа в стандартных условиях (GHSV) составляла 6000 ч-1. После осуществления реакции в течение 500 ч продукт анализировали методом газовой хроматографии. Результаты реакции представлены в табл. 1.Catalyst A was crushed and sieved to give particles ranging in size from 0.4 to 0.8 mm. 2 g of the resulting particles were loaded into a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 8 mm and activated in a flow of 50 ml/min of hydrogen at 300° C. for 1 hour. The reaction was carried out under the following conditions: the reaction temperature (T) was 320° C, the reaction pressure (P) was 4.0 MPa, the molar ratio of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide in the synthesis gas (H2:CO:CO2) was 3:1:0.04 (thus, the content of CO2 in the synthesis gas was 1%), the space hourly rate of supply of synthesis gas under standard conditions (GHSV) was 6000 h -1 . After reaction for 500 hours, the product was analyzed by gas chromatography. The results of the reaction are presented in table. 1.
Пример 14.Example 14
Катализатор А измельчали и просеивали, получая частицы с размерами в диапазоне от 0,4 до 0,8 мм. Загружали 2 г полученных частиц в реакционную трубку из нержавеющей стали, имеющую внутренний диаметр 8 мм, и активировали в токе 50 мл/мин водорода при 300°С в течение 1 ч. Реакцию осуществляли в следующих условиях: температура реакции (Т) составляла 320°С, давление реакции (Р) составляло 4,0 МПа, молярное соотношение водорода, монооксида углерода и диоксида углерода в синтезгазе (H2:CO:CO2) составляло 3:1:0,2 (таким образом, содержание СО2 в синтез-газе составляло 4,8%), объемная часовая скорость подачи синтез-газа в стандартных условиях (GHSV) составляла 6000 ч-1. После осуществления реакции в течение 500 ч продукт анализировали методом газовой хроматографии. Результаты реакции представлены в табл. 1.Catalyst A was crushed and sieved to give particles ranging in size from 0.4 to 0.8 mm. 2 g of the resulting particles were loaded into a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 8 mm and activated in a flow of 50 ml/min of hydrogen at 300° C. for 1 hour. The reaction was carried out under the following conditions: the reaction temperature (T) was 320° C, the reaction pressure (P) was 4.0 MPa, the molar ratio of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide in the synthesis gas (H2:CO:CO2) was 3:1:0.2 (thus, the content of CO2 in the synthesis gas was 4.8%), the space hourly velocity of the supply of synthesis gas under standard conditions (GHSV) was 6000 h -1 . After 500 hours of reaction, the product was analyzed by gas chromatography. The results of the reaction are presented in table. 1.
Пример 15.Example 15
Катализатор А измельчали и просеивали, получая частицы с размерами в диапазоне от 0,4 до 0,8 мм. Загружали 2 г полученных частиц в реакционную трубку из нержавеющей стали, имеющую внутренний диаметр 8 мм, и активировали в токе 50 мл/мин водорода при 300°С в течение 1 ч. Реакцию осуществляли в следующих условиях: температура реакции (Т) составляла 320°С, давление реакции (Р) составляло 4,0 МПа, молярное соотношение водорода, монооксида углерода и диоксида углерода в синтезгазе (Н2:СО:СО2) составляло 3:1:1 (таким образом, содержание СО2 в синтез-газе составляло 20%), объемная часовая скорость подачи синтез-газа в стандартных условиях (GHSV) составляла 6000 ч-1. После осуществления реакции в течение 500 ч продукт анализировали методом газовой хроматографии. Результаты реакции представлены в табл. 1.Catalyst A was crushed and sieved to give particles ranging in size from 0.4 to 0.8 mm. 2 g of the resulting particles were loaded into a stainless steel reaction tube having an inner diameter of 8 mm and activated in a flow of 50 ml/min of hydrogen at 300° C. for 1 hour. The reaction was carried out under the following conditions: the reaction temperature (T) was 320° C, the reaction pressure (P) was 4.0 MPa, the molar ratio of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide in the synthesis gas (H 2 :CO:CO 2 ) was 3:1:1 (thus, the content of CO2 in the synthesis gas was 20%), the space hourly rate of supply of synthesis gas under standard conditions (GHSV) was 6000 h -1 . After 500 hours of reaction, the product was analyzed by gas chromatography. The results of the reaction are presented in table. 1.
- 5 041593- 5 041593
Таблица 1Table 1
Результаты каталитической реакции в примерах 7-15The results of the catalytic reaction in examples 7-15
Оценка эксплуатационных характеристик регенерированного катализатораEvaluation of performance characteristics of the regenerated catalyst
Пример 16.Example 16
Дезактивированный катализатор в примере 7 обрабатывали смесью, содержащей 2 об.% кислорода и 98 об.% азота, при 550°С в течение 10 ч, чтобы получить катализатор после одного цикла регенерации и катализировать реакцию в условиях реакции примера 7. Пять циклов регенерации были осуществлены таким же образом, и в качестве сравнения выбирали данные каталитической активности после осуществления реакции в течение 500 ч в каждом цикле. Результаты представлены в табл. 2.The deactivated catalyst in example 7 was treated with a mixture containing 2 vol.% oxygen and 98 vol.% nitrogen at 550°C for 10 h to obtain a catalyst after one regeneration cycle and catalyze the reaction under the reaction conditions of example 7. Five regeneration cycles were carried out in the same way, and as a comparison, the catalytic activity data after the reaction for 500 hours in each cycle was chosen. The results are presented in table. 2.
Таблица 2table 2
Результаты каталитической реакции в примере 16The results of the catalytic reaction in example 16
Выше представлены лишь несколько примеров настоящего изобретения, но это не предназначеноThe above are just a few examples of the present invention, but it is not intended
--
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810473642.1 | 2018-05-17 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA041593B1 true EA041593B1 (en) | 2022-11-10 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jalama | Carbon dioxide hydrogenation over nickel-, ruthenium-, and copper-based catalysts: Review of kinetics and mechanism | |
EP2237882B1 (en) | Iron-based water gas shift catalyst | |
JP5592250B2 (en) | Catalytic hydrogenation of carbon dioxide to synthesis gas. | |
JP5411133B2 (en) | Catalytic hydrogenation of carbon dioxide to synthesis gas. | |
WO2018049735A1 (en) | A metal oxide catalyst for methanol synthesis from co2 hydrogenation and preparation method of the catalyst | |
US4039302A (en) | Process and catalyst for synthesizing low boiling (C1 to C3) aliphatic hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen | |
US8404156B2 (en) | Process for operating HTS reactor | |
NO158722B (en) | CATALYST SYSTEM FOR THE PREPARATION OF MIXTURES OF METHANOL AND HIGHER ALCOHOLS OF SYNTHESIC GAS. | |
EP2607302B1 (en) | A method for producing hydrogen from ethanol | |
CN104321293A (en) | Process for the preparation of methanol and methanol-derived products from carbon oxides | |
US4215998A (en) | Catalyst and process for production of methane-containing gases | |
CN101722001A (en) | Composite catalyst for dimethyl ether synthesis and preparation method and application thereof | |
US4077907A (en) | Catalyst for synthesizing low boiling aliphatic hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen | |
EA041593B1 (en) | METHOD FOR DIRECT PRODUCTION OF DIMETHYL ETHER FROM SYNTHESIS GAS | |
JP3837520B2 (en) | Catalyst for CO shift reaction | |
CN101733122B (en) | Catalyst for preparing low-carbon mixed alcohol from carbon dioxide-containing synthesis gas, preparation method and application | |
US11247959B2 (en) | Method for directly preparing dimethyl ether by synthesis gas | |
JPH03131501A (en) | Method for decomposing methanol | |
Phung et al. | Recent advances in the steam reforming of bioethanol for the production of biohydrogen fuels | |
JP2004329976A (en) | Catalyst for shift reaction of co at high temperature | |
CN112642440B (en) | Sulfur-tolerant carbon dioxide methanation catalyst and preparation method thereof | |
JP2023108468A (en) | Method for producing methanol | |
CN114602449A (en) | ZnZrO2Surface solid solution catalyst and preparation method and application thereof | |
JP2023167855A (en) | Acetone hydrogenation catalyst and method for producing isopropanol | |
RU2218988C2 (en) | Catalytic agent and method of production of dimethyl ether and methanol from synthetic gas |