RU2597269C1 - Method of heterogeneous catalyst producing for synthesis of hydrocarbons from methanol - Google Patents

Method of heterogeneous catalyst producing for synthesis of hydrocarbons from methanol Download PDF

Info

Publication number
RU2597269C1
RU2597269C1 RU2015134634/04A RU2015134634A RU2597269C1 RU 2597269 C1 RU2597269 C1 RU 2597269C1 RU 2015134634/04 A RU2015134634/04 A RU 2015134634/04A RU 2015134634 A RU2015134634 A RU 2015134634A RU 2597269 C1 RU2597269 C1 RU 2597269C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hours
catalyst
temperature
zsm
hydrocarbons
Prior art date
Application number
RU2015134634/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людмила Михайловна Бронштейн
Зинаида Борисовна Шифрина
Эсфирь Михайловна Сульман
Валентина Геннадьевна Матвеева
Михаил Геннадьевич Сульман
Валентин Юрьевич Долуда
Евгений Викторович Ребров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (ТвГТУ)
Priority to RU2015134634/04A priority Critical patent/RU2597269C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2597269C1 publication Critical patent/RU2597269C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/20Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/40Ethylene production

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to chemical industry, namely to production of heterogeneous catalysts for converting methanol into hydrocarbons, and can be successfully used in chemical industry including for obtaining of fuels. Method of heterogeneous catalyst producing includes application of active component in the form of metal oxide on a support - modified zeolite of pentasil-type (ZSM-5). Application of active component in the form Fe3O4 is performed by processing of solution Fe(NO3)3·9H2O in ethanol at ratio Si/Fe from 6 to 22 with subsequent recovery by ethylene glycol at the temperature of 248÷252 °C at heating rate of 1-3 °C per minute for 5÷7 hours in nitrogen atmosphere with further cooling to room temperature, after that hydrothermal treatment is carried out by adding to Fe3O4·SiO2 a mixture of NaOH, tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH, 50 wt%), NaAlO2 and deionized water in weight ratio of (0.75÷0.85):(0.015÷0.025):(0.81÷0.83):(0.015÷0.025):(3.75÷3.85) while stirring for 2÷2.5 hours with subsequent heating to 178÷182°C and holding for 22÷24 hours. Then nickel is applied to the surface of obtained catalyst Fe3O4·ZSM-5: 0.45÷0.55 g Fe3O4·ZSM-5 is introduced into the beaker containing 0.2182÷0.2186 g of nickel ethylacetonate and 1.98÷2.02 ml of acetone, solution is stirred, dried under vacuum and catalyst is placed in tubular furnace, where it is heated to temperature of 298÷302°C in argon flow for 0.99÷1.01 hours at heating rate 4.99÷5.01 °C/min and held at temperature of 298÷302 °C for 1.99÷2.01 hours.
EFFECT: technical result is improvement of efficiency and stability of heterogeneous catalyst production process, while maintaining its high activity during multiple use in synthesis of hydrocarbons from methanol.
1 cl, 5 dwg, 1 tbl, 11 ex

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к области производства гетерогенных катализаторов преобразования метанола в углеводороды, и может быть с успехом реализовано на предприятиях химической промышленности, в том числе для получения топлив.The invention relates to the chemical industry, and in particular to the field of production of heterogeneous catalysts for the conversion of methanol to hydrocarbons, and can be successfully implemented at enterprises of the chemical industry, including for the production of fuels.

Известен способ получения катализатора на основе цеолита обработкой цеолита водным раствором щелочи при температуре около 100°С (Плахотник В.А., Ермаков Р.В. Конверсия метанола на отечественном пентасиле типа ЦВМ: получение высокооктанового компонента бензина // Нефтегазовое дело. 2008). Декатионированный цеолит типа ЦВМ обрабатывали горячим 1М водным раствором гидроксида N-тетрапропиламмония, избирательно удаляя только рентгеноаморфные алюмосиликаты ленточной слоистой (глинистой) природы. Органическая щелочь действует только на поверхность кристаллов цеолита, поскольку эффективный диаметр молекул основания заметно превышает размер входных окон в каналы этого цеолита. После обработки авторы получили облагороженный (кондиционированный) образец цеолита ЦВМ, свободного от примеси посторонних алюмосиликатов.A known method of producing a catalyst based on zeolite by treating zeolite with an aqueous solution of alkali at a temperature of about 100 ° C (Plahotnik V.A., Ermakov R.V. A decationized CVM type zeolite was treated with a hot 1M aqueous solution of N-tetrapropylammonium hydroxide, selectively removing only X-ray amorphous aluminosilicates of a tape layered (clay) nature. Organic alkali acts only on the surface of zeolite crystals, since the effective diameter of the base molecules significantly exceeds the size of the entrance windows into the channels of this zeolite. After processing, the authors obtained a refined (conditioned) sample of a zeolite CVM, free from impurities of extraneous aluminosilicates.

Недостатком этого способа является сложность подбора условий синтеза оптимального катализатора из-за различий в начальном составе цеолитов, кроме того, обработка щелочью является дорогостоящей и экологически нецелесообразной операцией.The disadvantage of this method is the difficulty in selecting the conditions for the synthesis of the optimal catalyst due to differences in the initial composition of zeolites, in addition, alkali treatment is an expensive and environmentally inappropriate operation.

Известен также способ получения катализатора синтеза углеводородов из метанола, описанный в заявке №2009147473, опубл. 27.06.2011 г., включающий модификацию цеолитного катализатора с величиной R=25-60 раствором едкого натра, после чего катионы натрия замещают ионным обменом на ионы аммония таким образом, чтобы содержание катионов натрия в цеолите не превышало величины 0,2 мас. % в пересчете на оксид натрия, затем цеолит формуют с композитной смесью геля оксигидроксида алюминия с нитратом алюминия или с нитратом цирконила, затем смешивают с силиказолем и карбамидом, после термообработки получают гранулы катализатора, обладающего необходимой пористостью и устойчивостью к действию водяного пара.There is also a method of producing a catalyst for the synthesis of hydrocarbons from methanol, described in application No. 2009147473, publ. 06/27/2011, including the modification of a zeolite catalyst with a value of R = 25-60 sodium hydroxide solution, after which the sodium cations are replaced by ion exchange with ammonium ions so that the content of sodium cations in the zeolite does not exceed 0.2 wt. % in terms of sodium oxide, then the zeolite is molded with a composite mixture of aluminum oxyhydroxide gel with aluminum nitrate or zirconyl nitrate, then mixed with silica sol and urea, after heat treatment, granules of a catalyst possessing the necessary porosity and resistance to water vapor are obtained.

Недостатком этого способа является сложность подбора условий синтеза оптимального катализатора, а также использование дорогостоящих компонентов.The disadvantage of this method is the difficulty in selecting the conditions for the synthesis of the optimal catalyst, as well as the use of expensive components.

Наиболее близким к заявленному способу получения катализатора является способ получения гетерогенных катализаторов для получения ароматических углеводородов ряда бензола из метанола (RU 2477656, кл. B01J 29/40, C10G 35/095, С07С 1/20, 07.02.2012), включающий модификацию смесью пирофосфата циркония, оксида цинка и диоксида циркония декатионированного цеолита типа пентасил (например ZSM-5, ZSM-8 или ZSM-11) с величиной мольного отношения SiO2/Al2O3=120-200, содержащий катионы натрия в количестве, эквивалентном 0,059-0,010 мас. % оксида натрия, сформованный со связующим из гамма-модификации оксида алюминия и диоксида циркония, при следующем содержании компонентов, мас. %: 65 (цеолита - 96,5-97,8 с содержанием модификатора (59 мас. % ZrP2O7; 31 мас. % ZnO и 10 мас. % ZrO2), составляющем 3,5-2,2) и 35 - связующее, от суммы безводных оксидов (оксида алюминия - 80% и диоксида циркония - 20%).Closest to the claimed method for producing a catalyst is a method for producing heterogeneous catalysts for producing aromatic hydrocarbons of a series of benzene from methanol (RU 2477656, CL B01J 29/40, C10G 35/095, С07С 1/20, 02/07/2012), including modification with a pyrophosphate mixture zirconium, zinc oxide and zirconia decated pentasil type zeolite (e.g. ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11) with a molar ratio SiO 2 / Al 2 O 3 = 120-200, containing sodium cations in an amount equivalent to 0.059- 0.010 wt. % sodium oxide, molded with a binder of gamma modification of alumina and zirconia, with the following components, wt. %: 65 (zeolite - 96.5-97.8 with a modifier content (59 wt.% ZrP 2 O 7 ; 31 wt.% ZnO and 10 wt.% ZrO 2 ), comprising 3.5-2.2) and 35 - binder, from the sum of anhydrous oxides (aluminum oxide - 80% and zirconium dioxide - 20%).

Основными недостатками описанного способа являются использование большого количества компонентов катализатора, а также непрочное связывание компонентов катализатора.The main disadvantages of the described method are the use of a large number of catalyst components, as well as weak binding of the catalyst components.

Задачей изобретения является разработка способа получения гетерогенного катализатора синтеза углеводородов из метанола, обеспечивающего увеличение структурной стабильности и снижение потерь активного компонента катализатора при синтезе, хранении и применении за счет его надежного закрепления в порах носителя.The objective of the invention is to develop a method for producing a heterogeneous catalyst for the synthesis of hydrocarbons from methanol, which provides increased structural stability and reduced losses of the active component of the catalyst during synthesis, storage and use due to its reliable fixation in the pores of the carrier.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и стабильности процесса получения гетерогенного катализатора с сохранением его высокой активности при многократном использовании в реакции синтеза углеводородов из метанола.The technical result of the invention is to increase the efficiency and stability of the process of obtaining a heterogeneous catalyst while maintaining its high activity during repeated use in the synthesis of hydrocarbons from methanol.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения гетерогенного катализатора синтеза углеводородов из метанола, включающем нанесение активного компонента в виде оксида металла на носитель - модифицированный цеолит типа пентасил (ZSM-5), согласно изобретению нанесение активного компонента в виде Fe3O4 осуществляют путем обработки носителя раствором Fe(NO3)3·9H2O в этаноле при соотношении Si/Fe от 6 до 22 с последующим перемешиванием при комнатной температуре до полного испарения этанола и высушиванием при температуре 38÷42°С в течение 22÷24 ч и восстановлением этиленгликолем при температуре 248÷252°С со скоростью нагрева от 1 до 3°С в минуту в течение 5÷7 часов в атмосфере азота с последующим охлаждением до комнатной температуры, после чего проводят гидротермическую обработку путем введения в Fe3O4·SiO2 смеси NaOH, гидроксида тетрапропиламмония (ТРАОН, 50% масс.), NaAlO2 и деионизированной воды в массовом отношении (0,75÷0,85):(0,015÷0,025):(0,81÷0,83):(0,015÷0,025):(3,75÷3,85) при перемешивании в течение 2÷2,5 часов с последующим нагреванием 178÷182°С и выдерживанием в течение 22÷24 часов, после чего проводят нанесение никеля на поверхность полученного катализатора Fe3O4·ZSM-5: 0,45÷0,55 г Fe3O4·ZSM-5 вносят в лабораторный стакан, содержащий 0,2182÷0,2186 г этилацетоната никеля и 1,98÷2,02 мл ацетона, раствор перемешивают, высушивают под вакуумом и катализатор помещают в трубчатую печь, где нагревают до температуры 298÷302°С в потоке аргона в течение 0,99÷1,01 часа со скоростью нагрева 4,99÷5,01°С/мин и выдерживают при температуре 298÷302°С в течение 1,99÷2,01 часов.The problem and the technical result are achieved in that in the method for producing a heterogeneous catalyst for the synthesis of hydrocarbons from methanol, comprising applying the active component in the form of metal oxide on a carrier - a modified pentasil type zeolite (ZSM-5), according to the invention, applying the active component in the form of Fe 3 O 4 is carried out by treating the carrier with a solution of Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O in ethanol at a Si / Fe ratio of from 6 to 22, followed by stirring at room temperature until complete evaporation of the ethanol, and dried I eat at a temperature of 38 ÷ 42 ° C for 22 ÷ 24 hours and restore ethylene glycol at a temperature of 248 ÷ 252 ° C with a heating rate of 1 to 3 ° C per minute for 5 ÷ 7 hours in a nitrogen atmosphere, followed by cooling to room temperature after which a hydrothermal treatment is carried out by introducing a mixture of NaOH, tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH, 50% wt.), NaAlO 2 and deionized water in a mass ratio (0.75 ÷ 0.85) in Fe 3 O 4 · SiO 2 :( 0.015 ÷ 0.025) :( 0.81 ÷ 0.83) :( 0.015 ÷ 0.025) :( 3.75 ÷ 3.85) with stirring for 2 ÷ 2.5 hours, followed by heating 178 ÷ 182 ° С and keeping at current 22 ÷ 24 hours, after which nickel is applied to the surface of the obtained catalyst Fe 3 O 4 · ZSM-5: 0.45 ÷ 0.55 g of Fe 3 O 4 · ZSM-5 is introduced into a beaker containing 0.2182 ÷ 0 , 2186 g of nickel ethyl acetate and 1.98 ÷ 2.02 ml of acetone, the solution is stirred, dried under vacuum and the catalyst is placed in a tube furnace, where it is heated to a temperature of 298 ÷ 302 ° C in an argon stream for 0.99 ÷ 1.01 hours with a heating rate of 4.99 ÷ 5.01 ° C / min and maintained at a temperature of 298 ÷ 302 ° C for 1.99 ÷ 2.01 hours.

Использование в качестве носителя декатионированного цеолита типа пентасил (ZSM-5) обеспечивает увеличение прочности соединения носителя с активным компонентом. Применение наночастиц Fe3O4 позволяет использовать в качестве носителя ZSM-5 с размером пор менее 0,7 нм. Кроме того, получаемые частицы проявляют магнитные свойства. Если использовать тот же силикагель без наночастиц Fe3O4 при тех же условиях, также может быть сформирована фаза ZSM-5, однако при тех же размерах (6-9 мкм) не наблюдается сферических кристаллов. Предполагается, что наличие наночастиц Fe3O4 оказывает значительное влияние на кристаллизацию ZSM-5, формируя магнитные микросферы, что обеспечивает возможность его беспрепятственного отделения от реакционной среды после проведения процесса.The use of decated pentasil zeolite (ZSM-5) as a carrier provides an increase in the bond strength of the carrier with the active component. The use of Fe 3 O 4 nanoparticles allows the use of ZSM-5 as a carrier with a pore size of less than 0.7 nm. In addition, the resulting particles exhibit magnetic properties. If you use the same silica gel without Fe 3 O 4 nanoparticles under the same conditions, the ZSM-5 phase can also be formed, however, at the same sizes (6–9 μm), spherical crystals are not observed. It is assumed that the presence of Fe 3 O 4 nanoparticles has a significant effect on the crystallization of ZSM-5, forming magnetic microspheres, which makes it possible to freely separate it from the reaction medium after the process.

При соотношении Si/Fe от 6 до 22 у катализаторов наблюдается сферическая морфология, что позволяет добиться более высокой стабильности и воспроизводимости их каталитических свойств. Увеличение этого соотношения выше 22 приводит к образованию нестабильных частиц несферической конфигурации, при значении Si/Fe менее 6, по результатам экспериментов, существенно снижается активность синтезируемого гетерогенного катализатора.At a Si / Fe ratio of 6 to 22, spherical morphology is observed in the catalysts, which allows for higher stability and reproducibility of their catalytic properties. An increase in this ratio above 22 leads to the formation of unstable particles of a non-spherical configuration, with a Si / Fe value of less than 6, according to the results of experiments, the activity of the synthesized heterogeneous catalyst significantly decreases.

За счет восстановления этиленгликолем наночастицы Fe3O4 надежно закрепляются в порах силикагеля. Последующая гидротермическая обработка полученного порошка в слабощелочной среде предотвращает выход наночастиц Fe3O4 из пор силикагеля.Due to the reduction of ethylene glycol, Fe 3 O 4 nanoparticles are firmly fixed in the pores of silica gel. Subsequent hydrothermal treatment of the obtained powder in a slightly alkaline medium prevents the exit of Fe 3 O 4 nanoparticles from the pores of silica gel.

Высокая температура гидротермической обработки приводит к быстрому формированию кристаллов (наностержней) ZSM-5. Таким образом, однородные наночастицы Fe3O4 равномерно рассеиваются в пустотах между кристаллами ZSM-5, при этом скоплением кристаллов цеолита также можно управлять. Гидротермическая обработка катализатора способствует формированию сферических частиц ZSM-5 с прочно связанными наночастицами Fe3O4, что существенно увеличивает его стабильность при многократном использовании.The high temperature of the hydrothermal treatment leads to the rapid formation of crystals (nanorods) ZSM-5. Thus, homogeneous Fe 3 O 4 nanoparticles are uniformly scattered in the voids between ZSM-5 crystals, while the accumulation of zeolite crystals can also be controlled. The hydrothermal treatment of the catalyst promotes the formation of spherical ZSM-5 particles with strongly bonded Fe 3 O 4 nanoparticles, which significantly increases its stability upon repeated use.

Обработка носителя раствором Fe(NO3)3·9H2O в этаноле с дальнейшим перемешиванием и высушиванием обеспечивает равномерное распределение ионов Fe в порах носителя.Treatment of the support with a solution of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O in ethanol with further stirring and drying ensures uniform distribution of Fe ions in the pores of the support.

Присутствие никеля на поверхности катализатора обеспечивает его высокую активность в реакции синтеза углеводородов из метанола.The presence of nickel on the surface of the catalyst ensures its high activity in the reaction of the synthesis of hydrocarbons from methanol.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено СЭМ изображение катализатора с соотношением Si/Fe=6, на фиг. 2 - СЭМ изображение катализатора с соотношением Si/Fe=11, на фиг. 3 - СЭМ изображение катализатора с соотношением Si/Fe=22, на фиг. 4 - зависимость конверсии метанола в углеводороды от времени реакции при использовании оптимального катализатора в 4 последовательных экспериментах.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows an SEM image of a catalyst with a ratio of Si / Fe = 6, FIG. 2 is an SEM image of a catalyst with a ratio of Si / Fe = 11, in FIG. 3 is an SEM image of a catalyst with a ratio of Si / Fe = 22, in FIG. 4 - dependence of the conversion of methanol to hydrocarbons on the reaction time when using the optimal catalyst in 4 consecutive experiments.

Получение гетерогенного катализатора синтеза углеводородов осуществляли следующим образом.Obtaining a heterogeneous catalyst for the synthesis of hydrocarbons was carried out as follows.

Навеску Fe(NO3)3·9H2O (в зависимости от объемов пор силикагеля и плотности Fe(NO3)3·9H2O) от 0,38 до 1,41 г растворяли в 10 мл этанола, затем к раствору добавляли 2,5 г мезопористого SiO2. Смесь перемешивали при комнатной температуре до полного испарения этанола. Оставшийся порошок высушивали при 40°С в течение 24 часов. К этому порошку добавляли несколько капель этиленгликоля в качестве восстановителя и помещали в трубчатую печь, где нагревали до 250°С со скоростью нагрева 2°С в минуту в течение 6 часов в атмосфере азота, после чего порошок охлаждали до комнатной температуры. Полученное в результате соединение Fe3O4·SiO2 преобразовали в Fe3O4·ZSM-5 в процессе гидротермической обработки. Для этого 0,8 г Fe3O4·SiO2 добавляли к смеси 0,02 г NaOH, 0,82 г гидроксида тетрапропиламмония (ТРАОН, 50% масс.), 0,02 г NaAlO2 и 3,8 г деионизированной воды, получающуюся смесь размешивали в течение 2 часов, затем смесь переносили в автоклав, нагретый до 180°С, и выдерживали при данной температуре в течение 24 часов. После остывания до комнатной температуры порошок промывали деионизированной водой и высушивали при 100°С в течение 12 часов. Далее проводили нанесение никеля на поверхность катализатора. Для этого 0,5 г Fe3O4·ZSM-5 вносили в лабораторный стакан на 50 мл, содержащий 0,2184 г этилацетоната никеля и 2 мл ацетона, раствор перемешивали, высушивали под вакуумом и помещали в трубчатую печь, где нагревали до температуры 300°С в потоке аргона в течение 1 часа со скоростью нагрева 5°С/мин и выдерживали при температуре 300°С в течение 2 часов.A portion of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (depending on the pore volumes of silica gel and the density of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O) from 0.38 to 1.41 g was dissolved in 10 ml of ethanol, then was added to the solution 2.5 g of mesoporous SiO 2. The mixture was stirred at room temperature until ethanol was completely evaporated. The remaining powder was dried at 40 ° C for 24 hours. To this powder, a few drops of ethylene glycol were added as a reducing agent and placed in a tube furnace, where they were heated to 250 ° C at a heating rate of 2 ° C per minute for 6 hours under nitrogen atmosphere, after which the powder was cooled to room temperature. The resulting compound Fe 3 O 4 · SiO 2 was converted to Fe 3 O 4 · ZSM-5 during hydrothermal treatment. For this, 0.8 g of Fe 3 O 4 · SiO 2 was added to the mixture of 0.02 g of NaOH, 0.82 g of tetrapropylammonium hydroxide (TPAON, 50 wt%), 0.02 g of NaAlO 2 and 3.8 g of deionized water , the resulting mixture was stirred for 2 hours, then the mixture was transferred to an autoclave heated to 180 ° C, and kept at this temperature for 24 hours. After cooling to room temperature, the powder was washed with deionized water and dried at 100 ° C for 12 hours. Next, nickel was applied to the surface of the catalyst. For this, 0.5 g of Fe 3 O 4 · ZSM-5 was added to a 50 ml beaker containing 0.2184 g of nickel ethyl acetate and 2 ml of acetone, the solution was stirred, dried under vacuum, and placed in a tube furnace, where it was heated to a temperature 300 ° C in a stream of argon for 1 hour with a heating rate of 5 ° C / min and kept at a temperature of 300 ° C for 2 hours.

Получаемые магнитные микросферы катализатора обладают относительно однородными размерами (6-9 мкм), большой площадью поверхности (340 м2/г), хорошими магнитными свойствами (~8,6 электромагнитных единиц/г) и хорошей распыляемостью.Magnetic microspheres obtained catalyst have relatively uniform size (6-9 microns), high surface area (340 m2 / g), good magnetic properties (~ 8.6 emu / g) and good dispersibility.

Относительное массовое содержание активного компонента и носителя выбрано исходя из результатов проведенных экспериментов (примеры 1-3). Катализатор готовили по описанной выше методике, варьируя массу навески Fe(NO3)3·9H2O.The relative mass content of the active component and the carrier is selected based on the results of the experiments (examples 1-3). The catalyst was prepared according to the method described above, varying the weight of a sample of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O.

Пример 1Example 1

Пример осуществляли аналогично приведенной выше методике, но в 10 мл этанола растворяли 2,82 г Fe(NO3)3·9H2O, что соответствовало соотношению Si/Fe=3.An example was carried out similarly to the above procedure, but 2.82 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O was dissolved in 10 ml of ethanol, which corresponded to the ratio Si / Fe = 3.

В результате были сформированы частицы в основном несферической конфигурации, практически не проявляющие активность в реакции преобразования метанола в углеводороды.As a result, particles of a generally non-spherical configuration were formed, practically not showing activity in the reaction of the conversion of methanol to hydrocarbons.

Пример 2Example 2

Пример осуществляли аналогично приведенной выше методике, но в 10 мл этанола растворяли 1,41 г Fe(NO3)3·9H2O, что соответствовало соотношению Si/Fe=6.An example was carried out similarly to the above procedure, but 1.41 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O was dissolved in 10 ml of ethanol, which corresponded to the ratio Si / Fe = 6.

В результате сформированы частицы сферической конфигурации изображение которых было получено методом сканирующей электронной микроскопии (фиг. 1).As a result, particles of a spherical configuration were formed, the image of which was obtained by scanning electron microscopy (Fig. 1).

Пример 3Example 3

Пример осуществляли аналогично приведенной выше методике, но в 10 мл этанола растворяли 0,77 г Fe(NO3)3·9H2O (соотношение Si/Fe=11).An example was carried out similarly to the above procedure, but 0.77 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (Si / Fe ratio = 11) was dissolved in 10 ml of ethanol.

В результате сформированы частицы сферической конфигурации, изображение которых было получено методом сканирующей электронной микроскопии (фиг. 2).As a result, particles of a spherical configuration were formed, the image of which was obtained by scanning electron microscopy (Fig. 2).

Пример 4Example 4

Пример осуществляли аналогично приведенной выше методике, но в 10 мл этанола растворяли 0,38 г Fe(NO3)3·9H2O (соотношение Si/Fe=22).An example was carried out similarly to the above procedure, but 0.38 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (Si / Fe ratio = 22) was dissolved in 10 ml of ethanol.

В результате сформированы частицы сферической конфигурации, изображение которых было получено методом сканирующей электронной микроскопии (фиг. 3).As a result, particles of a spherical configuration were formed, the image of which was obtained by scanning electron microscopy (Fig. 3).

Пример 5Example 5

Пример осуществляли аналогично приведенной выше методике, но в 10 мл этанола растворяли 0,28 г Fe(NO3)3·9H2O (соотношение Si/Fe=30).An example was carried out similarly to the above procedure, but 0.28 g of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O (Si / Fe ratio = 30) was dissolved in 10 ml of ethanol.

В результате были сформированы нестабильные частицы несферической конфигурации, практически не проявляющие активность в реакции преобразования метанола в углеводороды.As a result, unstable particles of a non-spherical configuration were formed, practically not showing activity in the reaction of the conversion of methanol to hydrocarbons.

Сравнение СЭМ-изображений, полученных в примерах 2-4, показало, что наиболее оптимальные (сферические и стабильные) частицы были получены в примере 3 (соотношение Si/Fe=11). При содержании Si/Fe от 6 до 22 у катализаторов наблюдается сферическая морфология приблизительно того же самого размера, как при оптимальном соотношении Si/Fe=11. Увеличение этого соотношения выше 22 приводит к образованию нестабильных частиц несферической конфигурации, при уменьшении соотношения менее 6, по результатам экспериментов, существенно снижается активность катализатора.Comparison of SEM images obtained in examples 2-4 showed that the most optimal (spherical and stable) particles were obtained in example 3 (Si / Fe ratio = 11). With a Si / Fe content of 6 to 22, the catalysts exhibit a spherical morphology of approximately the same size as the optimum Si / Fe ratio = 11. An increase in this ratio above 22 leads to the formation of unstable particles of a non-spherical configuration, with a decrease in the ratio of less than 6, according to the results of experiments, the activity of the catalyst significantly decreases.

Пример 6Example 6

Пример осуществляли аналогично примеру 3, но гидротермическую обработку проводили в течение 3 часов.The example was carried out analogously to example 3, but the hydrothermal treatment was carried out for 3 hours.

Пример 7Example 7

Пример осуществляли аналогично примеру 3, но гидротермическую обработку проводили в течение 6 часов.The example was carried out analogously to example 3, but the hydrothermal treatment was carried out for 6 hours.

Пример 8Example 8

Пример осуществляли аналогично примеру 3, но гидротермическую обработку проводили в течение 12 часов.The example was carried out analogously to example 3, but the hydrothermal treatment was carried out for 12 hours.

На фиг. 4 представлены результаты анализа степени кристалличности образцов из примеров 3, 6, 7, и 8 с помощью порошковой рентгенограммы. Как видно из рисунка, наибольшая степень кристалличности наблюдается при гидротермической обработке в течение 24 часов (~95%). При этом дальнейшее увеличение времени обработки нецелесообразно, так как оно не приводит к увеличению степени кристалличности.In FIG. 4 presents the results of the analysis of the degree of crystallinity of the samples from examples 3, 6, 7, and 8 using a powder x-ray. As can be seen from the figure, the greatest degree of crystallinity is observed during hydrothermal treatment for 24 hours (~ 95%). Moreover, a further increase in processing time is impractical, since it does not lead to an increase in the degree of crystallinity.

Пример 9Example 9

Пример осуществляли аналогично примеру 3, но гидротермическую обработку проводили при температуре 160°С. В результате были сформированы нестабильные частицы несферической конфигурации, практически не проявляющие активность в реакции преобразования метанола в углеводороды.The example was carried out analogously to example 3, but the hydrothermal treatment was carried out at a temperature of 160 ° C. As a result, unstable particles of a non-spherical configuration were formed, practically not showing activity in the reaction of the conversion of methanol to hydrocarbons.

Пример 10Example 10

Пример осуществляли аналогично примеру 3, но гидротермическую обработку проводили при температуре 200°С. В результате были сформированы нестабильные частицы несферической конфигурации, практически не проявляющие активность в реакции преобразования метанола в углеводороды.The example was carried out analogously to example 3, but the hydrothermal treatment was carried out at a temperature of 200 ° C. As a result, unstable particles of a non-spherical configuration were formed, practically not showing activity in the reaction of the conversion of methanol to hydrocarbons.

В приведенном ниже примере были исследованы каталитические свойства полученных катализаторов (с соотношением Si/Fe=11) в реакции синтеза углеводородов из метанола (пример 11).In the example below, the catalytic properties of the obtained catalysts (with a Si / Fe ratio of 11) in the synthesis of hydrocarbons from methanol (Example 11) were investigated.

Пример 11Example 11

7,3 г катализатора фракции до 0,125 мм помещали в проточный трубчатый реактор с внешним электрическим обогревом. Синтез углеводородов проводили путем продувки смеси азота и паров метанола через неподвижный слой катализатора. Условия проведения реакции: скорость подачи азота - 10 мл/мин, скорость подачи метанола - 0,1 мл/мин, температура - 350°С, давление - 1,5 бар. В результате эксперимента зафиксирована 75%-ная конверсия метанола в углеводороды. Кроме того, исследовали активность катализатора при многократном использовании (после регенерации смесью кислорода и азота (2% об.) при скорости подачи газа 50 мл/мин).7.3 g of catalyst fractions up to 0.125 mm were placed in a flow-through tubular reactor with external electric heating. Hydrocarbons were synthesized by purging a mixture of nitrogen and methanol vapor through a fixed catalyst bed. Reaction conditions: nitrogen feed rate - 10 ml / min, methanol feed rate - 0.1 ml / min, temperature - 350 ° C, pressure - 1.5 bar. As a result of the experiment, a 75% conversion of methanol to hydrocarbons was recorded. In addition, we studied the activity of the catalyst with repeated use (after regeneration with a mixture of oxygen and nitrogen (2% vol.) At a gas flow rate of 50 ml / min).

Результаты экспериментов приведены в таблице 1 и на фиг. 5.The experimental results are shown in table 1 and in FIG. 5.

Figure 00000001
Figure 00000001

Таким образом, как показали эксперименты, при повторном использовании регенерированного катализатора сохраняется 80-85% его начальной активности. Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение катализатора с оптимальным соотношением Si/Fe=11 позволяет достичь высокой степени конверсии метанола в углеводороды. Кроме того, доказана возможность многократного использования катализатора с сохранением большей части его начальной активности.Thus, experiments have shown that with repeated use of the regenerated catalyst, 80-85% of its initial activity is retained. The results obtained indicate that the use of a catalyst with an optimal Si / Fe ratio of 11 allows a high degree of conversion of methanol to hydrocarbons to be achieved. In addition, the possibility of reuse of the catalyst with the preservation of most of its initial activity has been proved.

Данный способ получения гетерогенного катализатора синтеза углеводородов из метанола может быть успешно применен на предприятиях химической технологии для синтеза эффективных катализаторов получения углеводородов из метанола.This method of producing a heterogeneous catalyst for the synthesis of hydrocarbons from methanol can be successfully applied at chemical plants for the synthesis of effective catalysts for the production of hydrocarbons from methanol.

Claims (2)

1. Способ получения гетерогенного катализатора синтеза углеводородов из метанола, включающий нанесение активного компонента в виде оксида металла на носитель - модифицированный цеолит типа пентасил (ZSM-5), отличающийся тем, что нанесение активного компонента в виде Fe3O4 осуществляют путем обработки носителя раствором Fe(NO3)3·9H2O в этаноле при соотношении Si/Fe от 6 до 22 с последующим восстановлением этиленгликолем при температуре 248÷252°С со скоростью нагрева от 1 до 3°С в минуту в течение 5-7 часов в атмосфере азота с последующим охлаждением до комнатной температуры, после чего проводят гидротермическую обработку путем введения в Fe3O4·SiO2 смеси NaOH, гидроксида тетрапропиламмония, NaAlO2 и деионизированной воды в массовом отношении (0,75÷0,85):(0,015÷0,025):(0,81÷0,83):(0,015÷0,025):(3,75÷3,85) при перемешивании в течение 2÷2,5 часов с последующим нагреванием 178÷182°С и выдерживанием в течение 22÷24 часов, затем проводят нанесение никеля на поверхность полученного катализатора Fe3O4·ZSM-5: 0,45÷0,55 г Fe3O4·ZSM-5 вносят в лабораторный стакан, содержащий 0,2182÷0,2186 г этилацетоната никеля и 1,98÷2,02 мл ацетона, раствор перемешивают, высушивают под вакуумом и катализатор помещают в трубчатую печь, где нагревают до температуры 298÷302°С в потоке аргона в течение 0,99÷1,01 часа со скоростью нагрева 4,99÷5,01°С/мин и выдерживают при температуре 298÷302°С в течение 1,99÷2,01 часов.1. A method of producing a heterogeneous catalyst for the synthesis of hydrocarbons from methanol, comprising applying the active component in the form of metal oxide on a carrier - a modified pentasil type zeolite (ZSM-5), characterized in that the application of the active component in the form of Fe 3 O 4 is carried out by treating the carrier with a solution Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O in ethanol at a Si / Fe ratio of 6 to 22, followed by reduction with ethylene glycol at a temperature of 248 ÷ 252 ° C with a heating rate of 1 to 3 ° C per minute for 5-7 hours in nitrogen atmosphere, followed by cooling to room temperature, after which the hydrothermal treatment is carried out by introducing into Fe 3 O 4 · SiO 2 a mixture of NaOH, tetrapropylammonium hydroxide, NaAlO 2 and deionized water in a mass ratio (0.75 ÷ 0.85) :( 0.015 ÷ 0.025) :( 0 , 81 ÷ 0.83) :( 0.015 ÷ 0.025) :( 3.75 ÷ 3.85) with stirring for 2 ÷ 2.5 hours, followed by heating 178 ÷ 182 ° С and keeping for 22 ÷ 24 hours, then nickel is applied to the surface of the obtained catalyst Fe 3 O 4 · ZSM-5: 0.45 ÷ 0.55 g of Fe 3 O 4 · ZSM-5 is introduced into a beaker containing 0.2182 ÷ 0.2186 g of nickel ethyl acetate and 1.98 ÷ 2.02 ml of acetone, the solution is mixed melt, dry under vacuum and the catalyst is placed in a tube furnace, where it is heated to a temperature of 298 ÷ 302 ° C in an argon stream for 0.99 ÷ 1.01 hours with a heating rate of 4.99 ÷ 5.01 ° C / min and incubated at a temperature of 298 ÷ 302 ° C for 1.99 ÷ 2.01 hours. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после обработки носителя раствором Fe(NO3)3·9H2O в этаноле полученную смесь перемешивают при комнатной температуре до полного испарения этанола, а затем высушивают при температуре 38÷42°С в течение 22÷24 ч. 2. The method according to p. 1, characterized in that after processing the carrier with a solution of Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2 O in ethanol, the resulting mixture is stirred at room temperature until the ethanol is completely evaporated, and then dried at a temperature of 38 ÷ 42 ° C 22 ÷ 24 hours
RU2015134634/04A 2015-08-18 2015-08-18 Method of heterogeneous catalyst producing for synthesis of hydrocarbons from methanol RU2597269C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015134634/04A RU2597269C1 (en) 2015-08-18 2015-08-18 Method of heterogeneous catalyst producing for synthesis of hydrocarbons from methanol

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015134634/04A RU2597269C1 (en) 2015-08-18 2015-08-18 Method of heterogeneous catalyst producing for synthesis of hydrocarbons from methanol

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2597269C1 true RU2597269C1 (en) 2016-09-10

Family

ID=56892593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015134634/04A RU2597269C1 (en) 2015-08-18 2015-08-18 Method of heterogeneous catalyst producing for synthesis of hydrocarbons from methanol

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2597269C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843183A (en) * 1984-08-15 1989-06-27 Showa Shell Sekiyu Kabushiki Kaisha Process for producing lower olefinic hydrocarbons from methanol
WO1993024431A1 (en) * 1992-05-27 1993-12-09 Exxon Chemical Patents Inc. Production of high purity olefins
RU2163624C2 (en) * 1998-11-25 2001-02-27 Научно-инженерный центр "Цеосит" Объединенного института катализа СО РАН Method for production of high-octane gasoline fractions and aromatic hydrocarbons
RU2276656C2 (en) * 2004-05-13 2006-05-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Method of production of zeolite
RU2330719C1 (en) * 2007-01-09 2008-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Томскнефтехим" (ООО "Томскнефтехим") Catalyst for low-molecular alcohol conversion to high-octane gasoline and propane-butane fraction, method of its obtaining and method of molecular alcohol conversion to high-octane gasoline and propane-butane fraction
WO2012174205A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 Ut-Battelle, Llc Zeolitic catalytic conversion of alcohols to hydrocarbons

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843183A (en) * 1984-08-15 1989-06-27 Showa Shell Sekiyu Kabushiki Kaisha Process for producing lower olefinic hydrocarbons from methanol
WO1993024431A1 (en) * 1992-05-27 1993-12-09 Exxon Chemical Patents Inc. Production of high purity olefins
RU2163624C2 (en) * 1998-11-25 2001-02-27 Научно-инженерный центр "Цеосит" Объединенного института катализа СО РАН Method for production of high-octane gasoline fractions and aromatic hydrocarbons
RU2276656C2 (en) * 2004-05-13 2006-05-20 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук Method of production of zeolite
RU2330719C1 (en) * 2007-01-09 2008-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Томскнефтехим" (ООО "Томскнефтехим") Catalyst for low-molecular alcohol conversion to high-octane gasoline and propane-butane fraction, method of its obtaining and method of molecular alcohol conversion to high-octane gasoline and propane-butane fraction
WO2012174205A1 (en) * 2011-06-15 2012-12-20 Ut-Battelle, Llc Zeolitic catalytic conversion of alcohols to hydrocarbons

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6392860B2 (en) Molecular sieve, its manufacture and its use
US6930217B2 (en) Catalyst containing microporous zeolite in mesoporous support and method for making same
KR20120039663A (en) β ZEOLITE AND METHOD FOR PRODUCING SAME
JP4803494B2 (en) A catalyst in granular form containing an acidic porous core surrounded by a uniform outer layer
WO2007088745A1 (en) Catalyst for production of aromatic hydrocarbon compound
CA2981736C (en) Zsm-5 catalyst
JP2014525389A (en) Process for forming zeolite from homogeneous amorphous silica alumina
RU2333033C1 (en) Catalyst, method of preparation same and method for obtaining aromatic hydrocarbons
RU2422418C2 (en) Use of zeolite-based catalyst for converting oxygen-containing compounds to lower olefins, as well as method of producing lower olefins
KR20100075923A (en) Catalyst for producing light olefins and process for producing light olefins
JP4630537B2 (en) Use of catalysts based on crystalline aluminosilicates
RU2741547C2 (en) Obtaining a zsm-5 based catalyst; use in process of ethylbenzene dealkylation
US20120157735A1 (en) Supported mesoporous and microporous material, and process for producing the same
JP7406203B2 (en) Hydroisomerization catalyst for long-chain linear paraffins, method for producing hydroisomerization catalyst for long-chain linear paraffins, and method for producing branched paraffins by hydroisomerization reaction for long-chain linear paraffins
RU2597269C1 (en) Method of heterogeneous catalyst producing for synthesis of hydrocarbons from methanol
CN109746028B (en) Propane dehydrogenation catalyst, preparation method thereof and method for preparing propylene by propane dehydrogenation
JPS6197231A (en) Production of lower olefin
Vosmerikova et al. Deactivation features of gallium-containing zeolites in the propane aromatization process
JP2010227925A (en) Alcohol dehydrogenation catalyst and method for manufacturing aldehyde using the same
JPH06346063A (en) Catalytic conversion of light hydrocarbon
RU2302291C1 (en) Light hydrocarbon aromatization process catalyst, method for preparation thereof, and aromatic hydrocarbon production process
KR101554265B1 (en) Amorphous silica alumina-zeolite composites and preparation method thereof
RU2585289C1 (en) Methane aromatisation catalyst, method for production thereof and method of converting methane to produce aromatic hydrocarbons
JP7547902B2 (en) Novel silver-containing zeolite and catalyst containing same for producing aromatic hydrocarbons
RU2827337C1 (en) Method of producing nanosized zinc-containing zeolite of structural type zsm-5 in proton form for heterogeneous catalysis