RU2641299C1 - Method for obtaining nanosized fisher-tropsh synthesis catalyst and method of fisher-tropsh synthesis with its application - Google Patents

Method for obtaining nanosized fisher-tropsh synthesis catalyst and method of fisher-tropsh synthesis with its application Download PDF

Info

Publication number
RU2641299C1
RU2641299C1 RU2016140101A RU2016140101A RU2641299C1 RU 2641299 C1 RU2641299 C1 RU 2641299C1 RU 2016140101 A RU2016140101 A RU 2016140101A RU 2016140101 A RU2016140101 A RU 2016140101A RU 2641299 C1 RU2641299 C1 RU 2641299C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
heat treatment
temperature
paraffin
iron
Prior art date
Application number
RU2016140101A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Саламбек Наибович Хаджиев
Майя Валерьевна Куликова
Оксана Сергеевна Дементьева
Мария Владимировна Чудакова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС 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 учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН)
Priority to RU2016140101A priority Critical patent/RU2641299C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641299C1 publication Critical patent/RU2641299C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: method for obtaining a nanosized catalyst of the three-phase Fischer-Tropsch synthesis comprising catalytically active iron nanoparticles involves dissolving the precursors - iron and potassium salts, in water, introducing the resulting solution into molten paraffin at a rate of 20-60 ml/h, forming the catalyst in situ directly in the reaction zone during the heat treatment of the catalyst components in an inert gas stream at a temperature higher than the decomposition temperature of the catalyst precursors and cooling for 1-6 hours in an inert current gas. The heat treatment time is not more than 15 minutes. The ratio of the catalyst components is, wt %: Fe - 0.5-1.0, K - 0.01-0.02, paraffin - the rest. Three-phase Fischer-Tropsch synthesis method includes obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in the three-phase flowing slurry-reactor at an elevated temperature and a pressure in the presence of nanosized catalyst with a particle size of 0.7 to 4 nm, obtained in this way, when the molar ratio of carbon monoxide and hydrogen of 1:(0.5-3), a temperature of 240-400°C, a pressure of 20-30 ATM with the load on gas from 2 to 20 nl/hCatc⋅.EFFECT: when using the proposed composition and method of preparing a Fe-containing catalyst, a sharp increase in its activity is observed, as a result of which high process values can be achieved in smaller reactors, lower iron and potassium content in the catalyst, and a reduction in the heat treatment time, preventing of coarsening and agglomeration of the catalyst particles, higher catalyst productivity, higher selectivity for the formation of hydrocarbons.2 cl, 4 dwg, 1 tbl, 4 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии.The invention relates to the petrochemical industry, and in particular to methods for producing aliphatic hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen, and can be used in oil refining and petrochemicals.

Уровень техникиState of the art

Нефть является основным сырьем для получения моторных топлив и огромного числа химических соединений. Но запасы нефти сильно ограничены, добыча становится все более трудоемкой, а цены на нефть колеблются на мировом рынке с каждым годом все с большей амплитудой. Между тем запасы природного газа, угля и других горючих ископаемых более значительны. На этом основании, перспективным и актуальным является создание новых альтернативных методов получения топлива и ценных химические соединений на базе не нефтяного сырья.Oil is the main raw material for the production of motor fuels and a huge number of chemical compounds. But oil reserves are very limited, oil production is becoming more and more laborious, and oil prices fluctuate on the world market every year with a larger amplitude. Meanwhile, the reserves of natural gas, coal and other combustible minerals are more significant. On this basis, promising and relevant is the creation of new alternative methods for producing fuel and valuable chemical compounds based on non-petroleum feedstocks.

Поскольку из любого углеродсодержащего сырья можно достаточно просто получить смесь оксида углерода и водорода (синтез-газ), а из нее синтезировать углеводороды или другие органические соединения, то широкое использование синтезов на основе оксидов углерода и других одноуглеродных молекул считается одним из наиболее реальных путей замены нефтегазового сырья в энергетике и химии [Peter М. Maitlis, Arno de Klerk. Greener Fischer-Tropsch Processes for Fuels and Feedstocks 2013 Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA 372 pages]. Синтез Фишера-Тропша (синтез углеводородов из оксида углерода и водорода) - вторая стадия большинства процессов переработки альтернативного сырья (угля, природного или попутного газа, торфа и т.д.) в компоненты моторных топлив [Arno de Klerk. Fischer-Tropsch Refining, 2011, Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Boschstr. 622 pages] Традиционные катализаторы синтеза Фишера-Тропша представляют собой массивный металл VIII группы (в основном железо) или металл, распределенный по поверхности высокопористого носителя (железо или кобальт) [Е.В. Сливинский, Г.А. Клигер, А.Е. Кузьмин, А.В. Абрамова, Е.А. Куликова // Росс. хим. журн. 2003. Т. 17. №6. С. 12.]. Их каталитическая активность, стабильность и селективность во многом определяется формой и размером частиц использованного активного компонента [G.L. Bezemer, J.Н. Bitter, Н. Kuipers, Н. Oosterbeek, J.Е. Holewijn, X.D. Xu, F. Kapteijn, A.J. van Dillen, K.P. de Jong // Am. Chem. Soc. 2006, V. 128. P. 3956.].Since a mixture of carbon monoxide and hydrogen (synthesis gas) can be obtained from any carbon-containing raw material, and hydrocarbons or other organic compounds can be synthesized from it, the widespread use of syntheses based on carbon oxides and other single-carbon molecules is considered one of the most realistic ways to replace oil and gas raw materials in energy and chemistry [Peter M. Maitlis, Arno de Klerk. Greener Fischer-Tropsch Processes for Fuels and Feedstocks 2013 Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA 372 pages]. Fischer-Tropsch synthesis (synthesis of hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen) is the second stage of most processes of processing alternative raw materials (coal, natural or associated gas, peat, etc.) into components of motor fuels [Arno de Klerk. Fischer-Tropsch Refining, 2011, Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, Boschstr. 622 pages] Traditional Fischer-Tropsch synthesis catalysts are a Group VIII bulk metal (mainly iron) or a metal distributed over the surface of a highly porous support (iron or cobalt) [E.V. Slivinsky, G.A. Kliger, A.E. Kuzmin, A.V. Abramova, E.A. Kulikova // Ross. Chem. journal 2003. V. 17. No. 6. S. 12.]. Their catalytic activity, stability and selectivity are largely determined by the shape and particle size of the used active component [G.L. Bezemer, J.N. Bitter, N. Kuipers, N. Oosterbeek, J.E. Holewijn, X.D. Xu, F. Kapteijn, A.J. van Dillen, K.P. de Jong // Am. Chem. Soc. 2006, V. 128. P. 3956.].

Синтез Фишера-Тропша (синтез углеводородов из СО и Н2) - процесс, протекающий с большим выделением тепла. Проведение реакции в условия трехфазной системы газ-жидкость-твердое тело (т.е. системы, в которой катализатор суспендирован в жидкости), позволяет сбалансировать тепловые эффекты и уменьшить диффузные ограничения. В традиционном варианте процесса в жидкой фазе распределяют микрометрические гранулы уже готового, активированного катализатора, который удерживают в зоне реакции в токе реакционного газа. Поддержание стабильности такой системы затруднительно, учитывая ее сложные гидродинамические характеристики и склонность к расслоению. Известно [Guettel R., Kunz U., Turek T.//Chem. Eng. Technol. 2008. 31. №5. P.746., Dragomir Dr., Bukur B. // First Annual Technical Progress Report. Period: 09/01/00-08/31/01 // http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/807156-C0WUS6/native/807156.PDF. Davis B.// Catalysis Today. 2002. V. 71.№3-4. P. 249.], что оптимальное содержание металлического компонента в классических трехфазных системах, применяемых в синтезе Фишера-Тропша, не превышает 20%. Ультрадисперсные суспензии с такой концентрацией твердых частиц легко агломерируют. Вследствие этого актуален поиск активных и селективных каталитических систем с пониженным содержанием металлического компонента.Fischer-Tropsch synthesis (the synthesis of hydrocarbons from CO and H 2 ) is a process that proceeds with a large release of heat. Carrying out the reaction under the conditions of a three-phase gas-liquid-solid system (i.e., a system in which the catalyst is suspended in a liquid) allows one to balance thermal effects and reduce diffuse restrictions. In the traditional version of the process, micrometer granules of a ready-made activated catalyst are distributed in the liquid phase, which are kept in the reaction zone in the flow of the reaction gas. Maintaining the stability of such a system is difficult, given its complex hydrodynamic characteristics and tendency to stratification. It is known [Guettel R., Kunz U., Turek T. // Chem. Eng. Technol. 2008. 31. No. 5. P.746., Dragomir Dr., Bukur B. // First Annual Technical Progress Report. Period: 09/01 / 00-08 / 31/01 // http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/807156-C0WUS6/native/807156.PDF. Davis B. // Catalysis Today. 2002. V. 71. No. 3-4. P. 249.] that the optimal content of the metal component in the classical three-phase systems used in the Fischer-Tropsch synthesis does not exceed 20%. Ultrafine suspensions with such a concentration of solid particles easily agglomerate. As a result, the search for active and selective catalytic systems with a reduced content of the metal component is relevant.

Известно [Хаджиев С.Н., Крылова А.Ю.//Нефтехимия. 2011. Т. 51. №2. С. 84 Petrol. Chemistry. 2011. V. 51. №2. Р. 74., Хаджиев С.Н., Сагитов С.А., Лядов А.С., Куликова М.В., Крылова А.Ю.// Нефтехимия. 2014. Т. 54. №2. С. 88 // Petrol. Chemistry. 2014. V. 54. №2. P. 88.], что уменьшение размера частиц твердой фазы суспензии заметно снижает склонность системы к расслоению и приводит к существенному увеличению удельной активности катализатора синтеза Фишера-Тропша. Ультрадисперсные катализаторы могут быть сформированы и активированы непосредственно в дисперсионной среде. При этом их свойства отличаются от свойств традиционных катализаторов более крупного размера, поскольку по своей сути они представляют собой коллоидные растворы - промежуточное состояние между суспензией и истинным раствором. Вопросы формирования ультрадисперсных катализаторов синтеза Фишера-Тропша в условиях жидкой фазы остаются в настоящее время мало изученными.It is known [Khadzhiev S.N., Krylova A.YU.// Petrochemistry. 2011.Vol. 51. No. 2. S. 84 Petrol. Chemistry. 2011. V. 51. No. 2. R. 74., Khadzhiev S.N., Sagitov S.A., Lyadov A.S., Kulikova M.V., Krylova A.Yu.// Petrochemistry. 2014.V. 54. No. 2. S. 88 // Petrol. Chemistry. 2014. V. 54. No. 2. P. 88.] that a decrease in the particle size of the solid phase of the suspension noticeably reduces the tendency of the system to stratify and leads to a significant increase in the specific activity of the Fischer-Tropsch synthesis catalyst. Ultrafine catalysts can be formed and activated directly in a dispersion medium. Moreover, their properties differ from those of traditional larger catalysts, since in essence they are colloidal solutions - an intermediate state between the suspension and the true solution. The formation of ultrafine Fischer-Tropsch synthesis catalysts in the liquid phase remains little studied at present.

В качестве наиболее близкого аналога изобретения (прототипа) был использован способ получения наноразмерного катализатора синтеза Фишера-Тропша состава, мас. %: 87-95 Fe, 2-9, К2O, 1-8 Аl2O3 (в расчете на активную часть), который получают и активируют непосредственно в реакторе (см., патент РФ №2443471, МПК B01J 23/745, В82В 1/00, B01J 23/78, B01J 21/04, С07С 1/04, опубл. 27.02.2012). Катализатор был сформирован in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки компонентов катализатора в токе водорода или оксида углерода в расплавленном парафине. Компоненты катализатора вводят в расплавленный нефтяной парафин или в виде механической смеси солей, или в виде их раствора в растворителе, не смешивающемся с жидкой фазой, например, спирте, воде, эфире. Полученный коллоидный раствор содержит частицы твердой фазы размером 10-30 нм, ассоциированные в агрегаты размером 500-700 нм. При этом конверсия СО достигает 90%, а выход углеводородов С5+ около 100 г/м3 при производительности по указанным продуктам более 430 г/гк/ч. В том же патенте описан способ синтеза Фишера-Тропша с применением этого катализатора, водорода в трехфазном сларри-реакторе при температуре 200-350°С и давлении 20-30 атм, являющийся наиболее близким аналогом заявленного способа синтеза. Селективность катализатора в отношении образования углеводородов С5+ достаточно высока и достигает 45%. Синтез осуществляют в сларри-реакторе автоклавного типа при температуре 200-350°С и давлении 20-30 атм.As the closest analogue of the invention (prototype), a method was used to obtain a nanoscale Fischer-Tropsch synthesis catalyst composition, wt. %: 87-95 Fe, 2-9, K 2 O, 1-8 Al 2 O 3 (calculated on the active part), which is obtained and activated directly in the reactor (see, RF patent No. 2443471, IPC B01J 23 / 745, B82B 1/00, B01J 23/78, B01J 21/04, C07C 1/04, publ. 02.27.2012). The catalyst was formed in situ directly in the reaction zone during the heat treatment of the catalyst components in a stream of hydrogen or carbon monoxide in molten paraffin. The components of the catalyst are introduced into molten petroleum paraffin either in the form of a mechanical mixture of salts, or in the form of their solution in a solvent that is not miscible with the liquid phase, for example, alcohol, water, ether. The resulting colloidal solution contains particles of a solid phase with a size of 10-30 nm, associated in aggregates with a size of 500-700 nm. In this case, the conversion of CO reaches 90%, and the yield of C 5+ hydrocarbons is about 100 g / m 3 with a productivity of more than 430 g / g Fe / h for these products. The same patent describes a Fischer-Tropsch synthesis method using this catalyst, hydrogen in a three-phase slarry reactor at a temperature of 200-350 ° C and a pressure of 20-30 atm, which is the closest analogue of the claimed synthesis method. The selectivity of the catalyst in relation to the formation of C 5+ hydrocarbons is quite high and reaches 45%. The synthesis is carried out in an autoclave type slarry reactor at a temperature of 200-350 ° C and a pressure of 20-30 atm.

Однако использованный прототип имеет ряд недостатков:However, the prototype used has several disadvantages:

- высокое содержание металлов в катализаторе (на 100 мл парафина по примеру 1 приходится 45,32 г указанной активной части);- high metal content in the catalyst (per 100 ml of paraffin in example 1 accounts for 45.32 g of the specified active part);

- невысокая производительность по целевому продукту;- low productivity of the target product;

- невысокая частота оборотов реакции;- low reaction speed;

- агломерирование наночастиц катализатора.- agglomeration of catalyst nanoparticles.

Описание изобретенияDescription of the invention

В задачу предлагаемого изобретения входит устранение перечисленных недостатков созданием эффективного катализатора с пониженным содержанием активного компонента, отличающегося наличием в его составе только высокодисперсных частиц железа.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages by creating an effective catalyst with a reduced content of the active component, characterized by the presence in its composition of only finely dispersed iron particles.

Использование в качестве компонента разработанного авторами катализатора наноразмерных частиц железа дает возможность резко повысить активность и, как следствие, производительность катализатора за счет повышения активности активного компонента вследствие возникновения наноразмерных эффектов при снижении содержания в нем каталитически активных металлов.The use of nanosized iron particles as a component of the catalyst developed by the authors of the catalyst makes it possible to sharply increase the activity and, as a result, the productivity of the catalyst by increasing the activity of the active component due to the occurrence of nanoscale effects with a decrease in the content of catalytically active metals in it.

Также в число задач изобретения включена разработка способа получения алифатических углеводородов, преимущественно С5+, из СО и Н2 в присутствии вышеописанного катализатора.The invention also includes the development of a method for producing aliphatic hydrocarbons, mainly C 5+ , from CO and H 2 in the presence of the above-described catalyst.

Технический результат, который может быть достигнут при использовании предлагаемого изобретения, заключается вThe technical result that can be achieved using the proposed invention is

- снижении капитальных затрат производства, так как при использовании предлагаемого состава и метода приготовления Fe-содержащего катализатора наблюдается резкое возрастание его активности, вследствие чего высокие показатели процесса могут быть достигнуты в реакторах меньшего размера. Кроме того, высокая активность предложенного катализатора позволит сократить капитальные затраты производства за счет первой загрузки катализатора, так как высокие показатели процесса могут быть достигнуты меньшим объемом катализатора;- reducing capital costs of production, since when using the proposed composition and method of preparation of the Fe-containing catalyst, a sharp increase in its activity is observed, as a result of which high process performance can be achieved in smaller reactors. In addition, the high activity of the proposed catalyst will reduce production capital costs due to the first catalyst loading, since high process performance can be achieved with a smaller catalyst volume;

- снижении эксплуатационных затрат производства за счет низкого содержания железа и калия в катализаторе и времени термообработки;- reduction of operating costs of production due to the low content of iron and potassium in the catalyst and the time of heat treatment;

- предотвращении укрупнения и агломерирования частиц катализатора за счет минимизации времени термообработки;- prevention of aggregation and agglomeration of catalyst particles by minimizing the heat treatment time;

- более высокой производительности катализатора;- higher catalyst productivity;

- более высокой селективности в отношении образования углеводородов С5+.- higher selectivity for the formation of C 5+ hydrocarbons.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения наноразмерного катализатора трехфазного синтеза Фишера-Тропша, содержащего каталитически активные наночастицы железа, включающем растворение прекурсоров - солей железа и калия в воде, введение полученного раствора в расплавленный парафин и образование катализатора in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки компонентов катализатора в токе инертного газа при температуре, превышающей температуру разложения прекурсоров катализатора скорость введения указанного раствора солей в расплавленный парафин составляет 20-60 мл/час, время указанной термообработки не более 15 мин, а после указанной термообработки осуществляют охлаждение в течение 1-6 часов в токе инертного газа, а соотношение компонентов катализатора составляет, % мас:The problem is solved in that in the method for producing a nanoscale three-phase Fischer-Tropsch synthesis catalyst containing catalytically active iron nanoparticles, including dissolving precursors of iron and potassium salts in water, introducing the resulting solution into molten paraffin and forming the catalyst in situ directly in the reaction zone in the process of heat treatment of the catalyst components in an inert gas stream at a temperature higher than the decomposition temperature of the catalyst precursors salt solution in molten paraffin is 20-60 ml / hour, the specified heat treatment time is not more than 15 minutes, and after the specified heat treatment, cooling is carried out for 1-6 hours in an inert gas stream, and the ratio of catalyst components is, wt%:

Fe - 0.5-1,Fe - 0.5-1,

К - 0.01-0.02,K - 0.01-0.02,

парафин - остальное.paraffin - the rest.

Также поставленная задача решается тем, что в способе трехфазного синтеза Фишера-Тропша, включающем получение алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в проточном трехфазном сларри-реакторе при повышенной температуре и давлении в присутствии наноразмерного катализатора, содержащего наноразмерные частицы железа, синтез ведут при мольном соотношении оксида углерода и водорода 1: (0,5-3) при температуре 240-400°С и давлении 20-30 атм в присутствии полученного заявленным способом катализатора, размер частиц которого составляет 0.7-4 нм, с нагрузкой по газу 2-20 нл/гКат⋅ч.The problem is also solved by the fact that in the three-phase Fischer-Tropsch synthesis method, which includes the production of aliphatic hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen in a three-phase flow through slarry reactor at elevated temperature and pressure in the presence of a nanoscale catalyst containing nanosized iron particles, the synthesis is carried out at a molar ratio carbon monoxide and hydrogen 1: (0.5-3) at a temperature of 240-400 ° C and a pressure of 20-30 atm in the presence of a catalyst obtained by the claimed method, the particle size of which is 0 .7-4 nm, with a gas load of 2-20 nl / gKat⋅ch.

Компоненты катализатора вводят в расплавленный нефтяной парафин в виде водного раствора при температурах, превышающих температуру разложения солей прекурсоров. На начальном этапе формируется низкоконцентрированная каталитическая ультрадисперсная система с содержанием активного компонента, не превышающим 0,5-1% мас.The components of the catalyst are introduced into molten petroleum paraffin in the form of an aqueous solution at temperatures above the decomposition temperature of the salts of the precursors. At the initial stage, a low-concentration catalytic ultrafine system is formed with the content of the active component not exceeding 0.5-1% wt.

Минимизация времени обработки синтезируемой ультрадисперсной системы до 3-15 мин предотвращает укрупнение дисперсной фазы. Согласно данным просвечивающей электронной микроскопии и динамического рассеяния света размер частиц полученной каталитической системы составляет 0,7-4,0 нм.Minimizing the processing time of the synthesized ultrafine system to 3-15 minutes prevents the enlargement of the dispersed phase. According to transmission electron microscopy and dynamic light scattering data, the particle size of the obtained catalyst system is 0.7-4.0 nm.

Наноразмерный катализатор с пониженным содержанием активного компонента готовят методом капельного термолиза раствора прекурсоров - соли железа и промотора (соли калия) в парафине марки П-2.A nanosized catalyst with a low content of the active component is prepared by the method of drop thermolysis of a solution of precursors - iron salts and promoter (potassium salts) in P-2 brand paraffin.

Растворы прекурсоров вводят в четырехгорлую колбу при нагревании с заданной скоростью в токе инертного газа при перемешивании. После добавления всего объема раствора солей образец выдерживают в токе инертного газа, а затем охлаждают.Precursor solutions are introduced into a four-necked flask when heated at a given speed in an inert gas stream with stirring. After adding the entire volume of the salt solution, the sample is kept in a stream of inert gas, and then cooled.

Размер частиц Fe-содержащего катализатора в полученном растворе определяли методом динамического рассеивания света на приборе NanoZetasizer ZS. В качестве солей железа и калия могут использовать нитраты, ацетаты, ацетилацетонаты.The particle size of the Fe-containing catalyst in the resulting solution was determined by dynamic light scattering on a NanoZetasizer ZS instrument. As salts of iron and potassium can use nitrates, acetates, acetylacetonates.

В результате описанного метода приготовления наноразмерного катализатора с пониженным содержанием активного компонента формируется ультрадисперсная система, в которой наноразмерные каталитически активные частицы железа тонкодисперсно и однородно распределены в дисперсионной среде сларри-реактора - парафине П-2.As a result of the described method for preparing a nanosized catalyst with a low content of the active component, an ultrafine system is formed in which nanosized catalytically active iron particles are finely dispersed and uniformly distributed in the dispersion medium of the slarry reactor - P-2 paraffin.

Предлагаемый способ получения наноразмерных железных катализаторов с пониженным содержанием активного компонента катализаторов, включает следующие стадии:The proposed method for producing nanoscale iron catalysts with a reduced content of the active component of the catalysts includes the following stages:

- приготовление раствора соли железа и соли калия в воде из расчета 0,5-1% мас. Fe на массу навески парафина П-2;- the preparation of a solution of iron salts and potassium salts in water at the rate of 0.5-1% wt. Fe on the weight of a portion of P-2 paraffin;

- нагрев дисперсионной среды (парафина П-2) до температуры, превышающей температуру разложения солей прекурсоров, в токе инертного газа- heating the dispersion medium (P-2 paraffin) to a temperature exceeding the decomposition temperature of the salts of the precursors in an inert gas stream

- введение раствора солей железа и калия в парафин - дисперсионную среду с заданной скоростью (20-60 мл/ч) при перемешивании в токе инертного газа - термообработка в течение 3-15 мин;- the introduction of a solution of salts of iron and potassium in paraffin - a dispersion medium with a given speed (20-60 ml / h) with stirring in a stream of inert gas - heat treatment for 3-15 minutes;

- Охлаждение полученной ультрадисперсной системы в токе инертного газа в течение 1-6 часов.- Cooling the resulting ultrafine system in an inert gas stream for 1-6 hours.

Синтезированные наноразмерный железный катализатор с пониженным содержанием активного компонента помещают в реактор проточной каталитической установки автоклавного типа. Установка работает в режиме, проточном по газу. Эффективное диспергирование пузырьков газа достигается за счет барботажа синтез-газа через слой жидкой фазы, а также за счет принудительного перемешивания суспензии механической вращающейся мешалкой. Проводят синтез Фишера-Тропша, пропуская смесь оксида углерода и водорода, взятых в мольном отношении 1:(0,5-2), при температуре 200-360°С и давлении 20-30 атм с объемной скоростью 1000 ч-1.The synthesized nanosized iron catalyst with a low content of the active component is placed in an autoclave-type flow catalytic reactor. The installation operates in gas flow mode. Effective dispersion of gas bubbles is achieved by sparging the synthesis gas through a layer of the liquid phase, as well as by forced mixing of the suspension with a mechanical rotating mixer. Fischer-Tropsch synthesis is carried out, passing a mixture of carbon monoxide and hydrogen taken in a molar ratio of 1: (0.5-2), at a temperature of 200-360 ° C and a pressure of 20-30 atm with a bulk velocity of 1000 h -1 .

Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение, но никоим образом не ограничивают область его применения.The following examples illustrate the invention, but in no way limit its scope.

Пример 1 (сравнительный)Example 1 (comparative)

43,3 г девятиводного нитрата железа растворяют в 20 мл дистиллированной воды. Полученный раствор вводят в 100 мл расплавленного парафина П-2 со скоростью 22 мл/час при температуре 280°С и постоянном перемешивании в токе инертного газа. После введения всего объема раствора прекурсора систему охлаждают до 80°С в токе инертного газа.43.3 g of dehydrated iron nitrate are dissolved in 20 ml of distilled water. The resulting solution was injected into 100 ml of molten P-2 paraffin at a rate of 22 ml / hour at a temperature of 280 ° C with constant stirring in a stream of inert gas. After the introduction of the entire volume of the precursor solution, the system is cooled to 80 ° C in an inert gas stream.

Полученный таким образом катализатор имеет состав, % мас.: 8%Fe:92% парафин П-2. Размер частиц полученного катализатора определен методом динамического светорассеяния и составляет 7-9 нм.The catalyst thus obtained has a composition,% wt .: 8% Fe: 92% P-2 paraffin. The particle size of the obtained catalyst was determined by dynamic light scattering and is 7-9 nm.

Катализатор с помещают в реактор проточной каталитической установки автоклавного типа и проводят синтез Фишера-Тропша, пропуская смесь оксида углерода и водорода, взятых в мольном отношении 1:1, при температуре Тсин 360°С и давлении 20 атм с нагрузкой на катализатор 2 нл/гКат⋅ч.The catalyst c is placed in an autoclave type flow catalytic reactor and Fischer-Tropsch synthesis is carried out by passing a mixture of carbon monoxide and hydrogen taken in a molar ratio of 1: 1 at a temperature of T syn 360 ° C and a pressure of 20 atm with a catalyst load of 2 nl / gKat⋅ch.

Результаты эксперимента приведены в таблице.The experimental results are shown in the table.

Пример 2Example 2

7,2 г девятиводного нитрата железа и 0,05 г нитрата калия растворяют в 3,3 мл дистиллированной воды. Полученный раствор вводят в 100 мл расплавленного парафина П-2 со скоростью 22 мл/ч при температуре 280°С и постоянном перемешивании в токе инертного газа. Время термообработки составляет 10 мин. После введения всего объема раствора прекурсора систему охлаждают до 80°С в токе инертного газа в течение 2,5 ч.7.2 g of dehydrated iron nitrate and 0.05 g of potassium nitrate are dissolved in 3.3 ml of distilled water. The resulting solution was introduced into 100 ml of molten P-2 paraffin at a rate of 22 ml / h at a temperature of 280 ° C with constant stirring in a stream of inert gas. The heat treatment time is 10 minutes. After the introduction of the entire volume of the precursor solution, the system is cooled to 80 ° C in an inert gas stream for 2.5 hours.

Полученный таким образом катализатор имеет состав, % масс.: 1%Fe:0,02%K:98,98% парафин П-2. Размер частиц полученного катализатора определен методом динамического светорассеяния и составляет 1-1,5 нм.Thus obtained catalyst has a composition,% mass .: 1% Fe: 0.02% K: 98.98% P-2 paraffin. The particle size of the obtained catalyst was determined by dynamic light scattering and is 1-1.5 nm.

Катализатор с помещают в реактор проточной каталитической установки автоклавного типа и проводят синтез Фишера-Тропша, пропуская смесь оксида углерода и водорода, взятых в мольном отношении 1:1, при температуре 335°С и давлении 20 атм с нагрузкой на катализатор 10 нл/гКат⋅ч.The catalyst c is placed in an autoclave-type flow catalytic reactor and Fischer-Tropsch synthesis is carried out by passing a mixture of carbon monoxide and hydrogen taken in a 1: 1 molar ratio at a temperature of 335 ° C and a pressure of 20 atm with a catalyst load of 10 nl / gKat⋅ hours

Результаты эксперимента приведены в таблице.The experimental results are shown in the table.

Пример 3Example 3

3,6 г девятиводного нитрата железа и 0,03 г нитрата калия растворяют в 1,7 мл дистиллированной воды. Полученный раствор вводят в 100 мл расплавленного парафина П-2 со скоростью 22 мл/ч при температуре 280°С и постоянном перемешивании в токе инертного газа. Время термообработки составляет 5 мин. После введения всего объема раствора прекурсора систему охлаждают до 80°С в токе инертного газа в течение 1,5 ч.3.6 g of dehydrated iron nitrate and 0.03 g of potassium nitrate are dissolved in 1.7 ml of distilled water. The resulting solution was introduced into 100 ml of molten P-2 paraffin at a rate of 22 ml / h at a temperature of 280 ° C with constant stirring in a stream of inert gas. The heat treatment time is 5 minutes. After the introduction of the entire volume of the precursor solution, the system is cooled to 80 ° C in an inert gas stream for 1.5 hours.

Полученный таким образом катализатор имеет состав, % мас.: 0,5%Fe:0,01%K:99,49% парафин П-2. Размер частиц полученного катализатора определен методом динамического светорассеяния и составляет 1-1,5 нм.The catalyst thus obtained has a composition,% wt .: 0.5% Fe: 0.01% K: 99.49% P-2 paraffin. The particle size of the obtained catalyst was determined by dynamic light scattering and is 1-1.5 nm.

Катализатор с помещают в реактор проточной каталитической установки автоклавного типа и проводят синтез Фишера-Тропша, пропуская смесь оксида углерода и водорода, взятых в мольном отношении 1:1, при температуре 335°С и давлении 20 атм с нагрузкой на катализатор 20 нл/гКат⋅ч.The catalyst c is placed in the reactor of an autoclave-type flow catalytic unit and Fischer-Tropsch synthesis is carried out by passing a mixture of carbon monoxide and hydrogen taken in a molar ratio of 1: 1 at a temperature of 335 ° C and a pressure of 20 atm with a catalyst load of 20 nl / gKat⋅ hours

Результаты эксперимента приведены в таблице.The experimental results are shown in the table.

Пример 4 (сравнительный)Example 4 (comparative)

43,3 г девятиводного нитрата железа и 0,3 г нитрата калия растворяют в 20,0 мл дистиллированной воды. Полученный раствор вводят в 100 мл расплавленного парафина П-2 со скоростью 30 мл/час при температуре 280°С и постоянном перемешивании в токе инертного газа. Время термообработки составляет 210 мин. После введения всего объема раствора прекурсора систему охлаждают до 80°С в токе инертного газа в течение 1 ч.43.3 g of dehydrated iron nitrate and 0.3 g of potassium nitrate are dissolved in 20.0 ml of distilled water. The resulting solution is injected into 100 ml of molten P-2 paraffin at a rate of 30 ml / hour at a temperature of 280 ° C with constant stirring in a stream of inert gas. The heat treatment time is 210 min. After the introduction of the entire volume of the precursor solution, the system is cooled to 80 ° C in an inert gas stream for 1 hour.

Полученный таким образом катализатор имеет состав, % мас.: 8,0%Fe:0,3%K:91,70% парафин П-2. Размер частиц полученного катализатора определен методом динамического светорассеяния и составляет 7-9 нм.The catalyst thus obtained has a composition,% wt .: 8.0% Fe: 0.3% K: 91.70% P-2 paraffin. The particle size of the obtained catalyst was determined by dynamic light scattering and is 7-9 nm.

Катализатор с помещают в реактор проточной каталитической установки автоклавного типа и проводят синтез Фишера-Тропша, пропуская смесь оксида углерода и водорода, взятых в мольном отношении 1:1, при температуре 320°С и давлении 20 атм с нагрузкой на катализатор 4 нл/гКат⋅ч.The catalyst c is placed in the reactor of an autoclave-type flow catalytic unit and Fischer-Tropsch synthesis is carried out by passing a mixture of carbon monoxide and hydrogen taken in a molar ratio of 1: 1 at a temperature of 320 ° C and a pressure of 20 atm with a catalyst load of 4 nl / gKat⋅ hours

Результаты эксперимента приведены в таблице.The experimental results are shown in the table.

Figure 00000001
Figure 00000001

Описание чертежейDescription of drawings

На фиг. 1, 2 представлены типичные фотографии просвечивающей электронной микроскопии наноразмерных катализаторов с различным содержанием активного компонента. Видно, что контакты представляют собой агломераты наноразмерных частиц активной фазы. Распределение частиц по размерам строили на основе анализа не менее чем трех полей зрения, суммарное количество измеренных частиц составляло при этом от 80 до 100. Данные представлены на фиг. 3-4. Было показано, что понижение концентрации активного компонента приводит к сужению распределения частиц по размерам, однако для систем с различным содержанием активной фазы средний размер частиц составляет 4 нм.In FIG. Figures 1 and 2 show typical photographs of transmission electron microscopy of nanoscale catalysts with different contents of the active component. It can be seen that the contacts are agglomerates of nanosized particles of the active phase. The particle size distribution was built based on an analysis of at least three fields of view, and the total number of measured particles was from 80 to 100. The data are presented in FIG. 3-4. It was shown that a decrease in the concentration of the active component leads to a narrowing of the particle size distribution, however, for systems with different active phase contents, the average particle size is 4 nm.

Claims (3)

1. Способ получения наноразмерного катализатора трехфазного синтеза Фишера-Тропша, содержащего каталитически активные наночастицы железа, включающий растворение прекурсоров - солей железа и калия в воде, введение полученного раствора в расплавленный парафин и образование катализатора in situ непосредственно в зоне реакции в процессе термообработки компонентов катализатора в токе инертного газа при температуре, превышающей температуру разложения прекурсоров катализатора, отличающийся тем, что скорость введения указанного раствора солей в расплавленный парафин составляет 20-60 мл/ч, время указанной термообработки - не более 15 мин, а после указанной термообработки осуществляют охлаждение в течение 1-6 ч в токе инертного газа, а соотношение компонентов катализатора составляет, % масс.:1. A method of producing a nanoscale three-phase Fischer-Tropsch synthesis catalyst containing catalytically active iron nanoparticles, including dissolving precursors of iron and potassium salts in water, introducing the resulting solution into molten paraffin and forming the catalyst in situ directly in the reaction zone during the heat treatment of the catalyst components in inert gas flow at a temperature exceeding the decomposition temperature of the catalyst precursors, characterized in that the rate of introduction of the specified salt solution minutes in molten paraffin is 20-60 ml / hr, while said heat treatment - no more than 15 minutes, and after cooling said heat treatment is carried out for 1-6 hours under an inert gas stream, and the ratio of the catalyst components,% wt .: FeFe 0, 5-1,00.5-1.0 КTO 0,01-0,020.01-0.02 парафинparaffin остальноеrest
2. Способ трехфазного синтеза Фишера-Тропша, включающий получение алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода в проточном трехфазном сларри-реакторе при повышенной температуре и давлении в присутствии наноразмерного катализатора, содержащего наноразмерные частицы железа, отличающийся тем, что синтез ведут при мольном соотношении оксида углерода и водорода 1:(0,5-3) при температуре 240-400°C и давлении 20-30 атм в присутствии катализатора, полученного способом по п. 1, размер частиц которого составляет 0.7-4 нм, с нагрузкой по газу 2-20 нл/гКат·ч.2. A method of three-phase Fischer-Tropsch synthesis, including the production of aliphatic hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen in a flow-through three-phase slurry reactor at elevated temperature and pressure in the presence of a nanoscale catalyst containing nanoscale iron particles, characterized in that the synthesis is carried out at a molar ratio of carbon monoxide and hydrogen 1: (0.5-3) at a temperature of 240-400 ° C and a pressure of 20-30 atm in the presence of a catalyst obtained by the method according to claim 1, the particle size of which is 0.7-4 nm, with a gas load of 2- 20 n l / gKat · h.
RU2016140101A 2016-10-12 2016-10-12 Method for obtaining nanosized fisher-tropsh synthesis catalyst and method of fisher-tropsh synthesis with its application RU2641299C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140101A RU2641299C1 (en) 2016-10-12 2016-10-12 Method for obtaining nanosized fisher-tropsh synthesis catalyst and method of fisher-tropsh synthesis with its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016140101A RU2641299C1 (en) 2016-10-12 2016-10-12 Method for obtaining nanosized fisher-tropsh synthesis catalyst and method of fisher-tropsh synthesis with its application

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2641299C1 true RU2641299C1 (en) 2018-01-17

Family

ID=68235480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016140101A RU2641299C1 (en) 2016-10-12 2016-10-12 Method for obtaining nanosized fisher-tropsh synthesis catalyst and method of fisher-tropsh synthesis with its application

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641299C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695667C1 (en) * 2018-11-26 2019-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Device for producing nanosized catalyst suspension and method of its production

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5763716A (en) * 1986-05-08 1998-06-09 Rentech, Inc. Process for the production of hydrocarbons
RU2442815C2 (en) * 2007-08-10 2012-02-20 САСОЛ ТЕКНОЛОДЖИ (ПиТиУай) ЛТД Method for hydrocarbon synthesis
RU2443471C2 (en) * 2010-06-02 2012-02-27 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Catalyst and method of producing aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence
RU2466790C1 (en) * 2011-05-19 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Catalyst and method of obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence
RU2489207C1 (en) * 2012-05-04 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Catalyst and method of producing aliphatic hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen in presence thereof
US9114378B2 (en) * 2012-03-26 2015-08-25 Brigham Young University Iron and cobalt based fischer-tropsch pre-catalysts and catalysts

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5763716A (en) * 1986-05-08 1998-06-09 Rentech, Inc. Process for the production of hydrocarbons
RU2442815C2 (en) * 2007-08-10 2012-02-20 САСОЛ ТЕКНОЛОДЖИ (ПиТиУай) ЛТД Method for hydrocarbon synthesis
RU2443471C2 (en) * 2010-06-02 2012-02-27 Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) Catalyst and method of producing aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence
RU2466790C1 (en) * 2011-05-19 2012-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Catalyst and method of obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence
US9114378B2 (en) * 2012-03-26 2015-08-25 Brigham Young University Iron and cobalt based fischer-tropsch pre-catalysts and catalysts
RU2489207C1 (en) * 2012-05-04 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Catalyst and method of producing aliphatic hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen in presence thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695667C1 (en) * 2018-11-26 2019-07-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Device for producing nanosized catalyst suspension and method of its production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Eschemann et al. Deactivation behavior of Co/TiO2 catalysts during Fischer–Tropsch synthesis
Xiao et al. Aqueous-phase Fischer-Tropsch synthesis with a ruthenium nanocluster catalyst
Khadzhiev Nanoheterogeneous catalysis: A new sector of nanotechnologies in chemistry and petroleum chemistry (A review)
Alaei et al. Heavy crude oil upgrading using homogenous nanocatalyst
CN107051461B (en) Graphene modified iron-based catalyst, preparation thereof and application thereof in Fischer-Tropsch reaction
Yang et al. A highly active and stable Fe-Mn catalyst for slurry Fischer–Tropsch synthesis
Nakhaei Pour et al. Fischer–Tropsch synthesis over CNT-supported cobalt catalyst: effect of magnetic field
Park et al. Deactivation behaviors of Pt or Ru promoted Co/P-Al2O3 catalysts during slurry-phase Fischer–Tropsch synthesis
Khadzhiev et al. Fischer-Tropsch synthesis in a three-phase system with iron catalyst nanoparticles
RU2443471C2 (en) Catalyst and method of producing aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence
Thompson et al. The synthesis and evaluation of up-scalable molybdenum based ultra dispersed catalysts: effect of temperature on particle size
Badoga et al. Performance of promoted iron/CNT catalyst for fischer–tropsch synthesis: influence of pellet shapes and binder loading
Comazzi et al. Fe-based heterogeneous catalysts for the Fischer-Tropsch reaction: Sonochemical synthesis and bench-scale experimental tests
CN102974350B (en) Graphene-supported metallic oxide nanometer material as well as preparation method and application thereof
RU2641299C1 (en) Method for obtaining nanosized fisher-tropsh synthesis catalyst and method of fisher-tropsh synthesis with its application
Bao et al. Sol–gel preparation of K–Co–Mo catalyst and its application in mixed alcohol synthesis from CO hydrogenation
Zhang et al. Carbon modified Fe–Mn–K catalyst for the synthesis of light olefins from CO hydrogenation
Kulikova et al. Metal-Containing Nanodispersions as Fischer–Tropsch Catalysts in Three-Phase Slurry Reactors
Sizova et al. Nickel–molybdenum sulfide naphthalene hydrogenation catalysts synthesized by the in situ decomposition of oil-soluble precursors
Roe et al. Influence of a carbon nanotube support and supercritical fluid reaction medium on Fe-catalyzed Fischer-Tropsch synthesis
Potgieter et al. Development of promoted cobalt/alumina Fischer-Tropsch catalysts for increased activity and selectivity: Micro-reactor to piloting scale
Jiang et al. Toward a Full One-Pass Conversion for the Fischer–Tropsch Synthesis over a Highly Selective Cobalt Catalyst
Maximov et al. Cobalt-Containing Dispersion Catalysts for Three-Phase Fischer–Tropsch Synthesis
CN106513049B (en) A kind of heavy-oil hydrogenation nanocatalyst and its preparation method and application pressing down burnt performance with superelevation
RU2466790C1 (en) Catalyst and method of obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence