RU2691451C1 - Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof - Google Patents

Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2691451C1
RU2691451C1 RU2018133733A RU2018133733A RU2691451C1 RU 2691451 C1 RU2691451 C1 RU 2691451C1 RU 2018133733 A RU2018133733 A RU 2018133733A RU 2018133733 A RU2018133733 A RU 2018133733A RU 2691451 C1 RU2691451 C1 RU 2691451C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
methanol
zinc
hours
minutes
Prior art date
Application number
RU2018133733A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Юрьевич Долуда
Юрий Юрьевич Косивцов
Валентина Геннадьевна Матвеева
Степан Петрович Михайлов
Александр Иванович Сидоров
Эсфирь Михайловна Сульман
Борис Борисович Тихонов
Original Assignee
Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет"
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 Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" filed Critical Российская Федерация в лице Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет"
Priority to RU2018133733A priority Critical patent/RU2691451C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2691451C1 publication Critical patent/RU2691451C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/06Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of zinc, cadmium or mercury
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/06Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing polymers
    • B01J32/00
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16Reducing
    • B01J37/18Reducing with gases containing free hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/04Methanol
    • 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

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to production of heterogeneous catalysts for liquid-phase synthesis of methanol. Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol contains a carrier and zinc as an active component. According to the invention, the support used is a super-cross-linked polystyrene with a cross-linking degree of 195–205 %, wherein content of zinc in catalyst is from 2 to 4 wt%, and content of super-cross-linked polystyrene is 96–98 wt%. Super-cross-linked polystyrene with functional tertiary amine groups, particle size 5–7 mcm, exchange capacity 0.5 mole/l, moisture content 55÷62 %, degree of swelling of ±5 %, relative density of 1.04 g/ml, inner surface area of 900÷1,100 m/g and granule size of 5–7 mcm. Method of producing a catalyst for liquid phase synthesis of methanol involves treatment of the support with a zinc salt solution, drying for 1 hour, washing with distilled water, drying and reduction with hydrogen for 2 hours. According to the invention, as zinc salt solution a zinc acetate solution with concentration of 2.8–2.9 wt% is used in tetrahydrofuran, distilled water and methanol, prepared under nitrogen flow, treatment of support with zinc acetate solution is carried out for 10±0.5 minutes, after which catalyst is dried at 75±5 °C for 1±0.05 hours, washed with distilled water with pH=6.4–7.0, dried again at 75±5 °C for 1±0.05 hours, placed in a tubular furnace, purged with nitrogen at rate of 30±5 ml/min for 30±5 minutes, is purged with hydrogen at rate of 30±5 ml/min for 30±5 minutes, reduced with hydrogen at 300±10 °C at rate of 30±5 ml/min for 2±0.1 hours, cooled to room temperature and purged with nitrogen at rate of 30±5 ml/min for 30±5 minutes. Super-cross-linked polystyrene is pre-treated with acetone, washed with distilled water and dried under vacuum for 24 hours.EFFECT: high activity, selectivity and operational stability of the heterogeneous catalyst in the reaction of liquid phase synthesis of methanol owing to use of an inert polymer support with a large surface area and high availability of the active metal (zinc).4 cl, 23 ex

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно, к области производства гетерогенных катализаторов для процессов жидкофазного синтеза метанола, и может быть применено на предприятиях химической промышленности для получения метанола, который используется для синтеза формальдегида, сложных эфиров органических и неорганических кислот, добавок к топливу, а также в качестве растворителя и экстрагента.The invention relates to the chemical industry, namely, to the production of heterogeneous catalysts for the processes of liquid-phase methanol synthesis, and can be applied in the chemical industry to produce methanol, which is used for the synthesis of formaldehyde, esters of organic and inorganic acids, fuel additives, and also as a solvent and extractant.

Жидкофазный каталитический синтез метанола проводится фактически в трехфазной системе «газ - катализатор - растворитель» на измельченном катализаторе, псевдоожиженном в циркулирующем потоке жидкого инертного высококипящего углеводорода, что позволяет наиболее полно использовать каталитические свойства катализатора (снижение температуры процесса, равномерное распределение тепла, жидкости и газа, невысокие потери катализатора, высокая конверсия метанола).The liquid-phase catalytic synthesis of methanol is actually carried out in a three-phase “gas-catalyst-solvent” system on a pulverized catalyst that is fluidized in a circulating stream of a liquid inert high-boiling hydrocarbon, which makes it possible to make the most of the catalytic properties of the catalyst (lowering the process temperature, uniform distribution of heat, liquid and gas, low catalyst losses, high methanol conversion).

Известны несколько поколений катализаторов жидкофазного синтеза метанола. Первоначально для синтеза метанола использовались цинк-хромовые высокотемпературные каталитические системы, преимущество которых заключалось в сравнительно низкой чувствительности к каталитическим ядам [Розовский А.Я., Лин Г.Е. Теоретические основы процесса синтеза метанола. М.: Химия. 1990. 272 с.]. Основной недостаток данного типа катализаторов - высокое содержание примесей при использовании катализатора в процессе синтеза метанола.There are several generations of catalysts for liquid-phase methanol synthesis. Initially, zinc-chromium high-temperature catalytic systems were used for methanol synthesis, the advantage of which was a relatively low sensitivity to catalytic poisons [Rozovsky A.Ya., Lin G.Ye. The theoretical basis of the process of methanol synthesis. M .: Chemistry. 1990. 272 p.]. The main disadvantage of this type of catalysts is the high content of impurities when using the catalyst in the process of methanol synthesis.

Второе поколение катализаторов синтеза метанола - цинк-медь-алюминиевые (30-70% масс. CuO, 15-50% масс. ZnO, 1-16% масс. Al2O3) и цинк-медь-хромовые (10-90% масс. CuO, 8-80% масс. ZnO, 2-30% масс. Cr2O3) системы [Розовский А.Я., Лин Г.Е. Теоретические основы процесса синтеза метанола. М.: Химия. 1990. 272 с.]. Преимущества медьсодержащих катализаторов - возможность проведения процесса синтеза метанола при относительно низких температурах и давлениях, что позволяет значительно снизить содержание примесей по сравнению с цинк-хромовыми композициями. Основные недостатки данного типа катализаторов - относительно низкая стабильность, сильное влияние на скорость образования метанола состава исходной газовой смеси, катализатора и способа его восстановления.The second generation of methanol synthesis catalysts is zinc-copper-aluminum (30-70% mass. CuO, 15-50% mass. ZnO, 1-16% mass. Al 2 O 3 ) and zinc-copper-chromium (10-90% mass of CuO, 8-80% of mass. of ZnO, 2-30% of mass. of Cr 2 O 3 ) system [Rozovsky A.Ya., Lin G.E. The theoretical basis of the process of methanol synthesis. M .: Chemistry. 1990. 272 p.]. The advantages of copper-containing catalysts - the possibility of carrying out the process of methanol synthesis at relatively low temperatures and pressures, which can significantly reduce the content of impurities compared with zinc-chromium compositions. The main disadvantages of this type of catalysts are relatively low stability, a strong influence on the rate of methanol formation of the composition of the initial gas mixture, the catalyst and the method of its reduction.

Также известны биметаллические катализаторы синтеза метанола на основе меди с использованием цинка, лантана, ванадия, иттрия, хрома и марганца в качестве второго металла [Matsuda Т., Shizuta М, Yoshizawa J., Kikushi Е. Liquid-phase methanol synthesis on Cu-based ultrafine particles prepared by chemical deposition in liquid phase // Appl. Catal. A - Gen. 1995. Vol. 125. pp. 293-302]. Наиболее эффективные из этих катализаторов - Cu-Zn (70/30) и Cu-V (98,5/1,5) - при температуре 250°С, давлении 3,0 МПа и составе газовой смеси Н2:СО (2:1) позволяют получить 195 и 486 г метанола на кг катализатора в час, соответственно. Также известны катализаторы жидкофазного синтеза метанола на основе палладия на неорганических носителях [Barrandeguy J., Chiavassa D.L., Collins S.E., Bonivardi A.L., Baltanas M.A. Gallium-hydrogen bond formation on gallium and gallium-palladium silica-supported catalysts // J. Catal. 2002. Vol. 211. pp. 252-264; Collins S.E., Delgado J.J., Mira C, Calvino J.J., Bernal S., Chiavassa D.L., Baltanas M.A., Bonivardi A.L. The role of Pd-Ga bimetallic particles in the bifunctional mechanism of selective methanol synthesis via CO2 hydrogenation on a Pd/Ga2O3 catalyst // J. Catal. 2012. Vol. 292. pp. 90-98; Collins S.E., Baltanas M.A., Bonivard A.L. An infrared study of the intermediates of methanol synthesis from carbon dioxide over Pd/β-Ga2O3 // J. Catal. 2004. Vol. 226. pp. 410-421; Ali S.H., Goodwin J.G. Impact of Readsorption Effects and Their Removal from Surface Reaction Parameters Obtained by Isotopic Transient Kinetic Analysis: Methanol Synthesis on Pd/SiO2 // J. Catal. 1997. Vol. 171. pp. 339-344]. Общим недостатком этих типов катализаторов является низкая активность (не более 600 г метанола на кг катализатора в час) и низкая селективность по метанолу.Also known are bimetallic catalysts for the synthesis of methanol based on copper using zinc, lanthanum, vanadium, yttrium, chromium and manganese as the second metal [Matsuda T., Shizuta M, Yoshizawa J., Kikushi E. Liquid-phase methanol synthesis by Cu-based ultrafine particles prepared by chemical deposition in liquid phase // Appl. Catal. A - Gen. 1995. Vol. 125. pp. 293-302]. The most effective of these catalysts are Cu-Zn (70/30) and Cu-V (98.5 / 1.5) - at a temperature of 250 ° C, a pressure of 3.0 MPa and the composition of the gas mixture H 2 : CO (2: 1) allow to obtain 195 and 486 g of methanol per kg of catalyst per hour, respectively. Catalysts for liquid-phase methanol synthesis based on palladium on inorganic carriers are also known [Barrandeguy J., Chiavassa DL, Collins SE, Bonivardi AL, Baltanas MA and J. Gallium-palladium-supported catalysts // J. Catal. 2002. Vol. 211. pp. 252-264; Collins SE, Delgado JJ, Mira C , Calvino JJ, Bernal S., Chiavassa DL, Baltanas MA, Bonivardi AL The role of Pd-Ga bimetallic particles in the bifunctional mechanism of selective methanol synthesis via CO 2 hydrogenation on a Pd / Ga 2 O 3 catalyst // J. Catal. 2012. Vol. 292. pp. 90-98; Collins SE, Baltanas MA, Bonivard AL Pd / β-Ga 2 O 3 , an infrared study of intermediates // J. Catal. 2004. Vol. 226. pp. 410-421; Ali SH, JG Impact of Resorption of Corrosive Effects and Synthesis on Pd / SiO 2 / J. Catal. 1997. Vol. 171. pp. 339-344]. A common disadvantage of these types of catalysts is low activity (not more than 600 g of methanol per kg of catalyst per hour) and low selectivity for methanol.

Наиболее близким к предлагаемому катализатору является катализатор синтеза метанола, полученный методом смешения-осаждения, включающий оксиды меди, цинка, хрома, марганца, магния, алюминия и бария, отличающийся тем, что катализатор имеет следующее мольное соотношение: CuO:ZnO:Cr2O3:MnO:MgO:Al2O3:ВаО=1:0,3:(0,15-0,2):(0,05-0,1):(0,05-0,1):(0,25-0,3):0,05 (Патент RU 2175886, B01J 23/72 (2000.01), B01J 23/80 (2000.01), B01J 23/86 (2000.01), B01J 23/887 (2000.01), B01J 21/04 (2000.01), B01J 21/10 (2000.01), С07С 31/04 (2000.01), Заявка: 2000103275/04, 14.02.2000, Опубликовано: 20.11.2001 Бюл. №32).Closest to the proposed catalyst is a catalyst for methanol synthesis obtained by the method of mixing-precipitation, including oxides of copper, zinc, chromium, manganese, magnesium, aluminum and barium, characterized in that the catalyst has the following molar ratio: CuO: ZnO: Cr 2 O 3 : MnO: MgO: Al 2 O 3 : BaO = 1: 0.3: (0.15-0.2) :( 0.05-0.1) :( 0.05-0.1) :( 0 , 25-0.3): 0.05 (Patent RU 2175886, B01J 23/72 (2000.01), B01J 23/80 (2000.01), B01J 23/86 (2000.01), B01J 23/887 (2000.01), B01J 21 / 04 (2000.01), B01J 21/10 (2000.01), C07C 31/04 (2000.01), Application: 2000103275/04, February 14, 2000, Published: November 20, 2001, Bulletin No. 32).

Недостатками катализатора являются сложность состава катализатора, недостаточная активность по метанолу, а также большое количество образующихся в процессе синтеза метанола побочных продуктов, что существенно снижает эффективность применения катализатора.The disadvantages of the catalyst are the complexity of the composition of the catalyst, insufficient activity on methanol, as well as a large number of by-products formed during the synthesis of methanol, which significantly reduces the efficiency of the use of the catalyst.

Известен способ получения цинк-медь-алюминиевого катализатора синтеза метанола с использованием жидкофазного восстановления [Schimpf S., Rittermeier A., Zhang X., Li Z.-A., Spasova M., van den Berg M.W.E., Farle M., Wang Y., Fischer R.A., Muhler M. Stearate-Based Cu Colloids in Methanol Synthesis: Structural Changes Driven by Strong Metal-Support Interactions // Chem. Cat. Chem. 2010. Vol. 2. pp. 214-222]. Сначала катализатор нагревали до 110°С в среде азота для удаления остаточной воды, затем продолжали нагрев до 180°С со скоростью нагрева 1°С/мин в среде с 5% Н2 и выдерживали 14 часов. Далее температуру поднимали до 190°С и выдерживали 3 часа. На последней стадии температура и содержание водорода увеличивали в 3 этапа: 200°С и 10% Н2, 210°С и 15% Н2, 220°С и 20% Н2 при скорости нагрева 1°С/мин и времени выдерживания 3 часа на каждом этапе. Восстановленный катализатор был испытан в жидкофазном синтезе метанола на смеси состава Н2 : СО : CO2 : N2 (72:103:4:14) при температуре 220°С и давлении 2,6 Мпа. Полученная скорость образования метанола - 199 г метанола на кг катализатора в час.A method of obtaining a zinc-copper-aluminum catalyst for methanol synthesis using liquid-phase reduction [Schimpf S., Rittermeier A., Zhang X., Li Z.-A., Spasova M., van den Berg MWE, Farle M., Wang Y ., Fischer RA, Muhler M. Stearate-Based Cu Colloids in Methanol Synthesis: Structural Changes Driven by Strong Metal-Support Interactions // Chem. Cat. Chem. 2010. Vol. 2. pp. 214-222]. First, the catalyst was heated to 110 ° C under nitrogen to remove residual water, then heating continued to 180 ° C at a heating rate of 1 ° C / min in 5% H 2 and kept for 14 hours. Next, the temperature was raised to 190 ° C and kept for 3 hours. At the last stage, the temperature and hydrogen content were increased in 3 stages: 200 ° C and 10% H 2 , 210 ° C and 15% H 2 , 220 ° C and 20% H 2 at a heating rate of 1 ° C / min and a holding time of 3 hours at each stage. The reduced catalyst was tested in liquid-phase methanol synthesis on a mixture of the composition H 2 : CO: CO 2 : N 2 (72: 103: 4: 14) at a temperature of 220 ° C and a pressure of 2.6 MPa. The resulting rate of formation of methanol - 199 g of methanol per kg of catalyst per hour.

Известен способ получения цинк-медь-алюминиевого катализатора синтеза метанола с использованием жидкофазного восстановления в смеси Н2 (10%) и N2 (90%) при давлении 0,3 МПа, при этом в ходе восстановления температура поднималась до 270°С со скоростью 2°С/мин, катализатор выдерживали при этой температуре 7 часов, после чего охлаждали до 240°С [Zhang X., Zhong L. Guo Q., Fan H., Zheng H., Xie K. Influence of the calcination on the activity and stability of the Cu/ZnO/Al2O3 catalyst in liquid phase methanol synthesis // Fuel. 2010. Vol. 89. pp. 1348-1352]. Восстановленный катализатор был испытан в жидкофазном синтезе метанола на смеси состава Н2 : СО : CO2 (68:24:5) при температуре 240°С и давлении 4,0 Мпа. Полученная скорость образования метанола - 173 г метанола на кг катализатора в час.A method of obtaining a zinc-copper-aluminum catalyst for methanol synthesis using liquid-phase reduction in a mixture of H 2 (10%) and N 2 (90%) at a pressure of 0.3 MPa, while during the recovery, the temperature rose to 270 ° C with a speed 2 ° C / min, the catalyst was kept at this temperature for 7 hours, then cooled to 240 ° C [Zhang X., Zhong L. Guo Q., Fan H., Zheng H., Xie K. Influence of the calcination on the activity and stability of the Cu / ZnO / Al 2 O 3 catalyst in liquid phase methanol synthesis // Fuel . 2010. Vol. 89. pp. 1348-1352]. The reduced catalyst was tested in liquid-phase methanol synthesis using a mixture of the composition H 2 : CO: CO 2 (68: 24: 5) at a temperature of 240 ° C and a pressure of 4.0 MPa. The resulting rate of formation of methanol - 173 g of methanol per kg of catalyst per hour.

Общим недостатком этих способов является недостаточная глубина восстановления активных металлов, что снижает активность катализатора в реакции синтеза метанола.A common drawback of these methods is the insufficient recovery depth of the active metals, which reduces the activity of the catalyst in the methanol synthesis reaction.

Также известен способ приготовления катализатора для синтеза метанола, включающий осаждение на предварительно осажденный стабилизатор азотнокислых солей меди, цинка и алюминия из растворов нитратов меди, цинка и алюминия раствором карбоната натрия при заданных температуре и рН с последующим выделением осадка, отмывку, сушку, прокаливание и таблетирование, причем осаждение проводят на предварительно осажденный медь-алюминиевый (Cu-Al), или медь-цинк-алюминиевый (Cu-Zn-Al), или цинк-алюминиевый стабилизатор, а после стадий сушки и/или прокалки в катализаторную массу вводят укрепляющие добавки - талюм (смесь моно- и диалюмината кальция) или оксид кальция, и/или промотирующие добавки щелочных металлов (Патент RU 2500470, B01J 37/03 (2006.01), Заявка: 2012149492/04, 20.11.2012, Опубликовано: 10.12.2013 Бюл.№34).Also known is a method of preparing a catalyst for methanol synthesis, which includes precipitating on a pre-precipitated stabilizer copper, zinc and aluminum nitrate salts from solutions of copper, zinc and aluminum nitrates with sodium carbonate solution at a given temperature and pH, followed by precipitation, washing, drying, calcining and tableting , moreover, the deposition is carried out on pre-precipitated copper-aluminum (Cu-Al), or copper-zinc-aluminum (Cu-Zn-Al), or zinc-aluminum stabilizer, and after the stages of drying and / or calcining reinforcing additives are introduced into the catalyst mass — talum (a mixture of calcium mono- and dialuminate) or calcium oxide, and / or promoting alkali metal additives (RU Patent 2500470, B01J 37/03 (2006.01), Application: 2012149492/04, 20.11.2012, Published: 10/12/2013 Bul.№34).

Недостатком способа является невозможность обеспечения стабилизации активных металлов на поверхности катализатора, а также отсутствие стадии их восстановления, что существенно ухудшает каталитическую активность катализатора по метанолу и операционную стабильность.The disadvantage of this method is the impossibility of ensuring the stabilization of the active metals on the surface of the catalyst, as well as the absence of a stage for their reduction, which significantly impairs the catalytic activity of the catalyst for methanol and operational stability.

Наиболее близком к предлагаемому способу является способ получения цинк-медь-алюминиевого катализатора синтеза метанола с использованием газофазного восстановления смесью N2 (95%) и Н2 (5%) с подъемом температуры от 122 до 207°С [Lee S., Sardesai A. Liquid phase methanol and dimethyl ether synthesis from syngas // Topics in Catalysis. 2005. Vol. 32, Iss. 3-4, pp. 197-207]. Восстановленный катализатор был испытан в жидкофазном синтезе метанола на смеси состава Н2 : СО : CO2 : СН4 (37,4:46,3:7,7:8,6) при температуре 237°С и давлении 6,3 Мпа. Полученная скорость образования метанола - 979 г метанола на кг катализатора в час.Closest to the proposed method is a method of obtaining a zinc-copper-aluminum catalyst for methanol synthesis using gas-phase reduction with a mixture of N 2 (95%) and H 2 (5%) with a temperature rise from 122 to 207 ° С [Lee S., Sardesai A Liquid phase methanol and dimethyl ether synthesis from syngas // Topics in Catalysis. 2005. Vol. 32, Iss. 3-4, pp. 197-207]. The reduced catalyst was tested in liquid-phase methanol synthesis in a mixture of composition H 2 : CO: CO 2 : CH 4 (37.4: 46.3: 7.7: 8.6) at a temperature of 237 ° C and a pressure of 6.3 MPa. The resulting rate of formation of methanol - 979 g of methanol per kg of catalyst per hour.

Недостатком способа является недостаточная глубина восстановления активных металлов, что снижает активность катализатора в реакции синтеза метанола.The disadvantage of this method is the lack of recovery of active metals, which reduces the activity of the catalyst in the reaction of methanol synthesis.

Технической проблемой, решаемой при создании настоящего изобретения, является разработка высокоактивного, стабильного и селективного гетерогенного катализатора реакции жидкофазного синтеза метанола для многократного использования и способа получения катализатора реакции синтеза метанола с оптимальными каталитическими свойствами.The technical problem solved by the creation of the present invention is the development of a highly active, stable and selective heterogeneous catalyst for the reaction of liquid-phase methanol synthesis for multiple uses and a method for preparing a catalyst for the reaction of methanol synthesis with optimal catalytic properties.

Данная задача достигается за счет того, что в катализаторе жидкофазного синтеза метанола, содержащем носитель и цинк в качестве активного компонента, в качестве носителя используют сверхсшитый полистирол со степенью сшивки 195÷205%, при этом содержание цинка в катализаторе составляет от 2 до 4 масс. %, а содержание сверхсшитого полистирола - 96÷98 масс. %. При этом используют сверхсшитый полистирол с функциональными третичными аминогруппами, размером частиц 5-7 мкм, обменной емкостью 0,5 моль/л, влажностью 55÷62%, степенью набухания ±5%, относительной плотностью 1,04 г/мл площадью внутренней поверхности 900÷1100 м2/г и размером гранул 5÷7 мкм. В способе получения катализатора жидкофазного синтеза метанола, включающем обработку носителя раствором соли цинка, высушивание в течение 1 часа, промывку дистиллированной водой, высушивание, восстановление водородом в течение 2 часов, в качестве раствора соли цинка используют раствор ацетата цинка концентрацией 2,8÷2,9% масс, в тетрагидрофуране, дистиллированной воде и метаноле, приготовленный под током азота, обработку носителя раствором ацетата цинка осуществляют в течение 10±0,5 минут, после чего катализатор сушат при 75±5°С в течение 1±0,05 часа, промывают дистиллированной водой с рН=6,4÷7,0, снова сушат при 75±5°С в течение 1±0,05 часа, помещают в трубчатую печь, продувают азотом с расходом 30±5 мл/мин в течение 30±5 минут, продувают водородом с расходом 30±5 мл/мин в течение 30±5 минут, восстанавливают водородом при 300±10°С с расходом 30±5 мл/мин в течение 2±0,1 часа, охлаждают до комнатной температуры и продувают азотом с расходом 30±5 мл/мин в течение 30±5 минут. Сверхсшитый полистирол предварительно обрабатывают ацетоном, промывают дистиллированной водой и высушивают под вакуумом в течение 24 часов.This task is achieved due to the fact that in the catalyst for liquid-phase methanol synthesis, containing a carrier and zinc as an active component, super-linked polystyrene with a degree of crosslinking of 195 ÷ 205% is used as a carrier, while the zinc content in the catalyst is from 2 to 4 mass. %, and the content of supercrosslinked polystyrene - 96 ÷ 98 mass. % At the same time, ultracrosslinked polystyrene with functional tertiary amino groups, particle size 5-7 μm, exchange capacity 0.5 mol / l, humidity 55 ÷ 62%, swelling degree ± 5%, relative density 1.04 g / ml inner surface area 900 is used. ÷ 1100 m 2 / g and granule size 5 ÷ 7 microns. In the method of producing a catalyst for liquid-phase methanol synthesis, which includes processing the carrier with a solution of zinc salt, drying for 1 hour, washing with distilled water, drying, and reducing with hydrogen for 2 hours, a zinc acetate solution of 2.8 ÷ 2 is used as a solution of zinc salt, 9% by weight, in tetrahydrofuran, distilled water and methanol, prepared under a stream of nitrogen, the carrier is treated with a solution of zinc acetate for 10 ± 0.5 minutes, after which the catalyst is dried at 75 ± 5 ° C for 1 ± 0.0 5 hours, washed with distilled water with pH = 6.4 ÷ 7.0, dried again at 75 ± 5 ° С for 1 ± 0.05 hours, placed in a tube furnace, purged with nitrogen at a rate of 30 ± 5 ml / min. 30 ± 5 minutes, rinsed with hydrogen at a flow rate of 30 ± 5 ml / min for 30 ± 5 minutes, reduced with hydrogen at 300 ± 10 ° C at a flow rate of 30 ± 5 ml / min for 2 ± 0.1 hours, cooled to room temperature and flushed with nitrogen at a flow rate of 30 ± 5 ml / min for 30 ± 5 minutes. The supercrosslinked polystyrene is pretreated with acetone, washed with distilled water and dried under vacuum for 24 hours.

Технический результат изобретения - повышение активности, селективности и операционной стабильности гетерогенного катализатора в реакции жидкофазного синтеза метанола за счет использования инертного полимерного носителя с большой площадью поверхности и увеличения доступности активного металла (цинка).The technical result of the invention is to increase the activity, selectivity and operational stability of a heterogeneous catalyst in the reaction of liquid-phase methanol synthesis by using an inert polymeric carrier with a large surface area and increasing the availability of the active metal (zinc).

Предлагаемый катализатор обладает следующими преимуществами по сравнению с имеющимися аналогами:The proposed catalyst has the following advantages compared with existing analogues:

высокая доступность активного металла (цинка) за счет использования внутренней поверхности полимера, по которой распределен активный металл;high availability of the active metal (zinc) due to the use of the inner surface of the polymer, over which the active metal is distributed;

- более равномерное распределение активного металла (цинка) по поверхности носителя и отсутствие его вымывания (и соответственно - потери) в процессе реакции за счет большой площади поверхности;- a more uniform distribution of the active metal (zinc) over the surface of the carrier and the absence of its leaching (and, accordingly, loss) during the reaction due to the large surface area;

- небольшое количество побочных продуктов в реакции синтеза метанола в присутствии предлагаемого катализатора за счет инертности полимерного носителя.- a small amount of by-products in the reaction of methanol synthesis in the presence of the proposed catalyst due to the inertness of the polymer carrier.

Включение в катализатор каждого из этих компонентов является обязательным и ни один из них нельзя исключить из данной системы, а также изменить их количественное соотношение, так как это приведет к существенному снижению активности, стабильности и селективности катализатора в реакции синтеза метанола.Inclusion in the catalyst of each of these components is mandatory and none of them can be excluded from this system, as well as change their proportion, as this will lead to a significant decrease in the activity, stability and selectivity of the catalyst in the methanol synthesis reaction.

Использование сверхсшитого полистирола (СПС) в качестве носителя для цинкового катализатора синтеза метанола обусловлено его пространственной структурой, идеально подходящей для формирования металлополимерных катализаторов. Синтез катализатора основан на формировании наночастиц металлов в микрополостях полимерной матрицы СПС. Сверсшитый полистирол формируется поперечной сшивкой между собой фенильных колец линейного полистирола метиленовыми мостиками, что обеспечивает прочную структуру и формирование большой внутренней поверхности (90÷1100 м2/г), а также способность к набуханию в жидкой среде. При использовании СПС со степенью сшивки менее 195% снижается прочность закрепления цинка в порах носителя, что значительно уменьшает стабильность катализатора и ухудшает качество получаемых продуктов из-за их загрязнения вымываемым из пор носителя цинком. Использование СПС со степенью сшивки более 205% нецелесообразно, так как это не приводит к улучшению каталитических свойств катализатора, при этом требует дополнительных затрат. При использовании СПС с площадью внутренней поверхности менее 900 м2/г снижается емкость носителя по цинку, что приводит к существенной потере каталитической активности катализатора. Использование СПС с площадью внутренней поверхности более 1100 м2/г нецелесообразно, так как это не приводит к улучшению каталитических свойств катализатора, при этом требует дополнительных затрат. При использовании гранул СПС размером менее 5 мкм существенно затрудняется работа с носителем и увеличиваются его потери при обработке. При использовании гранул СПС размером более 7 мкм снижается эффективность нанесения на поверхность полимера активного металла (цинка).The use of supercrosslinked polystyrene (ATP) as a carrier for the zinc catalyst for methanol synthesis is due to its spatial structure, ideal for the formation of metal-polymer catalysts. The catalyst synthesis is based on the formation of metal nanoparticles in the micro cavities of the SPS polymer matrix. Polystyrene is formed by crosslinking the phenyl rings of linear polystyrene with methylene bridges between themselves, which ensures a strong structure and the formation of a large inner surface (90 ÷ 1100 m 2 / g), as well as the ability to swell in a liquid medium. When using ATP with a degree of crosslinking of less than 195%, the strength of fixing zinc in the pores of the carrier decreases, which significantly reduces the stability of the catalyst and degrades the quality of the products obtained due to their contamination with zinc leached from the pores of the carrier. The use of ATP with a degree of crosslinking of more than 205% is impractical, since it does not lead to an improvement in the catalytic properties of the catalyst, but it requires additional costs. When using ATP with an internal surface area of less than 900 m 2 / g, the zinc carrier capacity is reduced, which leads to a significant loss of catalytic activity of the catalyst. The use of ATP with an internal surface area of more than 1,100 m 2 / g is impractical, since it does not lead to an improvement in the catalytic properties of the catalyst, but it also requires additional costs. When using ATP granules with a size of less than 5 microns, it is much more difficult to work with the carrier and its loss during processing increases. When using ATP granules with a size of more than 7 microns, the effectiveness of applying an active metal (zinc) to the polymer surface decreases.

Соотношение компонентов (СПС и цинка) выбрано экспериментально. Итоговое содержание цинка относительно СПС ниже 3% масс, значительно снижает активность катализатора в реакции синтеза метанола глюкозы, а увеличение его содержания выше 3% масс, нецелесообразно, так как по результатам экспериментов это не приводит к существенному увеличению активности катализатора в реакции синтеза метанола.The ratio of components (ATP and zinc) was chosen experimentally. The total zinc content relative to ATP is less than 3% by weight, it significantly reduces the catalyst activity in the methanol synthesis reaction of glucose, and an increase in its content is above 3% by weight, which is impractical, since according to the experimental results, this does not lead to a significant increase in catalyst activity in the methanol synthesis reaction.

Обработка предварительно подготовленного СПС раствором ацетата цинка необходима для равномерного нанесения активного металла (цинка) на поверхность полимерного носителя (СПС).Processing pre-prepared ATP zinc acetate solution is necessary for uniform deposition of the active metal (zinc) on the surface of the polymer carrier (ATP).

Использование в качестве раствора соли цинка ацетата цинка обусловлена лучшим проникновением данного вещества в поры СПС, по сравнению с другими солями цинка.Use as a solution of zinc salt of zinc acetate due to better penetration of the substance into the pores of ATP, compared with other zinc salts.

Температура высушивания при 75±5°С полученного катализатора и время высушивания 1±0,05 часа выбраны экспериментально. Уменьшение температуры ниже 70°С приводит к снижению эффективности катализатора из-за недостаточного удаления влаги из пор, а увеличение выше 80°С не приводит к существенному повышению эффективности катализатора, при этом требует дополнительных энергозатрат. Уменьшение времени высушивания менее 0,95 часов приводит к снижению эффективности катализатора из-за недостаточного удаления влаги из пор, а увеличение более 1,05 часов не приводит к существенному повышению эффективности катализатора, при этом требует дополнительных энергозатрат.The drying temperature at 75 ± 5 ° С of the obtained catalyst and the drying time of 1 ± 0.05 hours were chosen experimentally. The decrease in temperature below 70 ° C leads to a decrease in the efficiency of the catalyst due to insufficient removal of moisture from the pores, and an increase above 80 ° C does not lead to a significant increase in the efficiency of the catalyst, and requires additional energy consumption. Reducing the drying time of less than 0.95 hours leads to a decrease in the efficiency of the catalyst due to insufficient removal of moisture from the pores, and an increase of more than 1.05 hours does not lead to a significant increase in the efficiency of the catalyst, while requiring additional energy consumption.

Восстановление катализатора водородом при 300±10°С с расходом 30±5 мл/мин необходимо для перевода цинка из ионного в металлическое состояние (цинк в металлическом состоянии проявляет гораздо большую каталитическую активность в реакции синтеза метанола). Температура восстановления 300±10°С выбраны экспериментально. Уменьшение температуры ниже 290°С приводит к недовосстановлению цинка и, соответственно, к значительному снижению эффективности катализатора в реакции синтеза метанола. Увеличение температуры выше 310°С не приводит к существенному повышению эффективности катализатора, при этом требует дополнительных энергозатрат. Время восстановления катализатора 2±0,1 часа выбрано экспериментально. Уменьшение времени восстановления менее 1,9 часа приводит к недовосстановлению цинка и, соответственно, к значительному снижению эффективности катализатора в реакции синтеза метанола, а увеличение выше 2,1 часа не приводит к существенному повышению эффективности катализатора, при этом требует дополнительных энергозатрат. Расход водорода при восстановлении 30±5 мл/мин определен расчетным методом, исходя из количества активного металла в катализаторе. Уменьшение расхода водорода ниже 25 мл/мин приводит к недовосстановлению цинка и, соответственно, к значительному снижению эффективности катализатора в реакции синтеза метанола. Увеличение расхода водорода более 35 мл/мин не приводит к существенному повышению эффективности катализатора, при этом требует дополнительных затрат водорода.The reduction of the catalyst with hydrogen at 300 ± 10 ° С with a flow rate of 30 ± 5 ml / min is necessary for the transfer of zinc from the ionic to the metallic state (zinc in the metallic state exhibits much more catalytic activity in the methanol synthesis reaction). The reduction temperature of 300 ± 10 ° С was chosen experimentally. Reducing the temperature below 290 ° C leads to underestimation of zinc and, accordingly, to a significant decrease in the efficiency of the catalyst in the reaction of methanol synthesis. An increase in temperature above 310 ° C does not lead to a significant increase in the efficiency of the catalyst, and requires additional energy consumption. The recovery time of the catalyst 2 ± 0.1 hours was chosen experimentally. Reducing the recovery time of less than 1.9 hours leads to underestimation of zinc and, accordingly, to a significant decrease in the efficiency of the catalyst in the reaction of methanol synthesis, and an increase above 2.1 hours does not lead to a significant increase in the efficiency of the catalyst, while requiring additional energy costs. The consumption of hydrogen in the recovery of 30 ± 5 ml / min is determined by the calculation method, based on the amount of active metal in the catalyst. Reducing the consumption of hydrogen below 25 ml / min leads to underestoration of zinc and, accordingly, to a significant decrease in the efficiency of the catalyst in the reaction of methanol synthesis. An increase in the consumption of hydrogen of more than 35 ml / min does not lead to a significant increase in the efficiency of the catalyst, and this requires additional costs of hydrogen.

Предварительная обработка СПС ацетоном с последующим высушиванием необходимо для очистки пор полимера от остатков неспецифически связанных компонентов.Pretreatment of the ATP with acetone followed by drying is necessary to clean the polymer pores from residues of non-specifically bound components.

Катализатор готовится следующим образом.The catalyst is prepared as follows.

Пример 1Example 1

3 г СПС с функциональными третичными аминогруппами, обменной емкостью 0,5 моль/л, влажностью 55÷62%, степенью набухания±5%, относительной плотностью 1,04 г/мл, площадью внутренней поверхности 900÷1100 м2/г и размером частиц 5÷7 мкм, предварительно промытые ацетоном, дважды дистиллированной водой и высушенные под вакуумом в течение 24 часов, были внесены в раствор, приготовленный смешиванием под током азота 0,245 г ацетата цинка с 5 мл тетрагидрофурана, 3 мл дистиллированной воды и 1 мл метанола. Суспензия перемешивалась в течение 10 минут для обеспечения возможности адсорбции раствора полимерными гранулами СПС. Затем катализатор был высушен при 75°С в течение 1 часа, промыт дистиллированной водой с рН=6,4÷7,0 и снова высушен при 75°С. Далее катализатор помещали в трубчатую печь и продували азотом с расходом 30 мл в минуту в течение 30 минут для удаления остатков кислорода. После этого катализатор продували водородом в трубчатой печи с расходом 30 мл в минуту в течение 30 минут для удаления остатков азота. Далее трубчатая печь нагревалась до 300°С, проводили восстановление катализатора в течение 2 часов, далее трубчатая печь охлаждалась до комнатной температуры. После этого катализатор продували азотом в течение с расходом 30 мл в минуту в течение 30 минут. В результате был сформирован катализатор со следующим соотношением компонентов, % масс: СПС - 97, цинк - 3.3 g of ATP with functional tertiary amino groups, exchange capacity 0.5 mol / l, humidity 55 ÷ 62%, degree of swelling ± 5%, relative density 1.04 g / ml, internal surface area 900 ÷ 1100 m 2 / g and size particles of 5 ÷ 7 μm, prewashed with acetone, double-distilled water and dried under vacuum for 24 hours, were introduced into the solution prepared by mixing under a stream of nitrogen 0.245 g of zinc acetate with 5 ml of tetrahydrofuran, 3 ml of distilled water and 1 ml of methanol. The suspension was stirred for 10 minutes to allow the solution to be adsorbed by the ATP polymer beads. Then the catalyst was dried at 75 ° C for 1 hour, washed with distilled water with pH = 6.4 ÷ 7.0 and dried again at 75 ° C. Next, the catalyst was placed in a tubular furnace and purged with nitrogen at a flow rate of 30 ml per minute for 30 minutes to remove residual oxygen. After that, the catalyst was purged with hydrogen in a tube furnace at a flow rate of 30 ml per minute for 30 minutes to remove residual nitrogen. Next, the tube furnace was heated to 300 ° C, the catalyst was reduced for 2 hours, then the tube furnace was cooled to room temperature. After that, the catalyst was purged with nitrogen for a flow rate of 30 ml per minute for 30 minutes. As a result, a catalyst was formed with the following ratio of components, mass%: ATP - 97, zinc - 3.

Была исследована активность синтезированного катализатора в реакции синтеза метанола на лабораторной установке, включающей реактор из нержавеющей стали (внутренний объем 450 мл), с пропеллерной мешалкой (скорость перемешивания 1450 об/мин), подключенной к баллонам с газами, снабженный манометром, при следующих условиях: масса катализатора - 1,5 г; объем изопропилового спирта - 150 мл, давление газа -15 атм, температура газа - 150°С, расход газовой смеси - 270 мл/мин. Перед экспериментом была приготовлена начальная газовая смесь (синтез-газ: 80% Н2. 20% СО), для чего из газовых баллонов с чистыми газами через устройство газораспределения газы были поданы в буферный баллон, заполнением которого управляли с помощью манометра. Точный состав газовой смеси определялся методом газовой хроматографии. Анализ продуктов синтеза метанола проводили методом газовой хроматографии, при этом рассчитывалась конверсия исходных веществ в метанол (концентрация прореагировавших исходных веществ, поделенная на начальное количество исходных веществ, в процентах) и селективность (концентрация целевого продукта - метанола, поделенная на концентрацию всех продуктов, в процентах).The activity of the synthesized catalyst in the reaction of methanol synthesis was investigated in a laboratory setup including a stainless steel reactor (internal volume 450 ml) with a propeller stirrer (stirring speed 1450 rpm) connected to gas cylinders equipped with a pressure gauge under the following conditions: catalyst weight - 1.5 g; the volume of isopropyl alcohol is 150 ml, the gas pressure is 15 atm, the gas temperature is 150 ° C, the flow rate of the gas mixture is 270 ml / min. Before the experiment, an initial gas mixture (synthesis gas: 80% H 2. 20% CO) was prepared, for which gases were fed from a gas cylinder with pure gases through a gas distribution device into a buffer cylinder, the filling of which was controlled using a pressure gauge. The exact composition of the gas mixture was determined by gas chromatography. Analysis of the products of methanol synthesis was performed by gas chromatography, while calculating the conversion of the starting materials to methanol (concentration of the reacted starting materials divided by the initial amount of starting substances, in percent) and selectivity (concentration of the target product - methanol divided by the concentration of all products, in percent ).

Измеренная скорость формирования метанола - 2103,3 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured rate of formation of methanol - 2103.3 g / (kg (Zn) h.

Пример 2Example 2

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако использовалась масса ацетата цинка - 0,123 г.The example was carried out similarly to the above example 1, but used the mass of zinc acetate - 0.123 g

Измеренная скорость формирования метанола - 1443,5 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured rate of methanol formation is 1443.5 g / (kg (Zn) h.

Пример 3Example 3

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако использовалась масса ацетата цинка - 0,368 г.The example was carried out similarly to the above example 1, however, used the mass of zinc acetate - 0,368,

Измеренная скорость формирования метанола - 1987,9 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1987.9 g / (kg (Zn) h.

По результатам экспериментов, оптимальное содержание ацетата цинка - 0,245 г на 3 г СПС.According to the results of experiments, the optimal content of zinc acetate is 0.245 g per 3 g of ATP.

Пример 4Example 4

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако суспензия перемешивалась в течение 5 минут.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the suspension was stirred for 5 minutes.

Измеренная скорость формирования метанола - 1766,0 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1766.0 g / (kg (Zn) h.

Пример 5Example 5

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако суспензия перемешивалась в течение 15 минут.The example was carried out similarly to the above example 1, but the suspension was stirred for 15 minutes.

Измеренная скорость формирования метанола - 1912,2 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1912.2 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 4 и 5, оптимальное время перемешивания суспензии - 10 минут.According to the results given in examples 1, 4 and 5, the optimal mixing time of the suspension is 10 minutes.

Пример 6Example 6

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура высушивания катализатора - 85°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the drying temperature of the catalyst is 85 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1339,7 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1339.7 g / (kg (Zn) h.

Пример 7Example 7

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура высушивания катализатора - 65°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the drying temperature of the catalyst was 65 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1781,2 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1781.2 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 6 и 7, оптимальная температура высушивания катализатора - 75°С.According to the results given in examples 1, 6 and 7, the optimum temperature for drying the catalyst is 75 ° C.

Пример 8Example 8

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако время высушивания катализатора - 0,5 часа.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the drying time of the catalyst is 0.5 hours.

Измеренная скорость формирования метанола - 1659,5 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1659.5 g / (kg (Zn) h.

Пример 9Example 9

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако время высушивания катализатора - 1,5 часа.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the drying time of the catalyst is 1.5 hours.

Измеренная скорость формирования метанола - 2076,1 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured rate of formation of methanol - 2076.1 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 8 и 9, оптимальное время высушивания катализатора - 1 час.According to the results given in examples 1, 8 and 9, the optimal drying time of the catalyst is 1 hour.

Пример 10Example 10

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура восстановления катализатора водородом была равна 280°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the temperature of the recovery of the catalyst with hydrogen was equal to 280 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1755,0 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1755.0 g / (kg (Zn) h.

Пример 11Example 11

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура восстановления катализатора водородом была равна 320°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the temperature of the recovery of the catalyst with hydrogen was equal to 320 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1870,1 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured rate of methanol formation is 1870.1 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 10 и 11, оптимальная температура восстановления катализатора - 10 минут.According to the results given in examples 1, 10 and 11, the optimum temperature for the reduction of the catalyst is 10 minutes.

Пример 12Example 12

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако время восстановления катализатора водородом 1,5 часа.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the recovery time of the catalyst with hydrogen for 1.5 hours.

Измеренная скорость формирования метанола - 1986,6 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1986.6 g / (kg (Zn) h.

Пример 13Example 13

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако время восстановления катализатора водородом 2,5 часа.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the recovery time of the catalyst with hydrogen for 2.5 hours.

Измеренная скорость формирования метанола - 2056,4 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 2056.4 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 12 и 13, оптимальное время восстановления катализатора - 2 часа.According to the results given in examples 1, 12 and 13, the optimal recovery time of the catalyst is 2 hours.

Пример 14Example 14

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако расход водорода при восстановлении катализатора был равен 15 мл/мин.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the consumption of hydrogen during the recovery of the catalyst was 15 ml / min.

Измеренная скорость формирования метанола - 1344,1 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1344.1 g / (kg (Zn) h.

Пример 15Example 15

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако расход водорода при восстановлении катализатора был равен 45 мл/мин.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the consumption of hydrogen in the recovery of the catalyst was equal to 45 ml / min.

Измеренная скорость формирования метанола - 2014,5 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 2014.5 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 14 и 15, оптимальный расход водорода при восстановлении катализатора равен 30 мл/мин.According to the results given in examples 1, 14 and 15, the optimal consumption of hydrogen during catalyst recovery is 30 ml / min.

Пример 16Example 16

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура реакционной смеси при синтезе метанола равна 130°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the temperature of the reaction mixture during the synthesis of methanol is equal to 130 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1086,7 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1086.7 g / (kg (Zn) h.

Пример 17Example 17

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура реакционной смеси при синтезе метанола равна 140°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the temperature of the reaction mixture during the synthesis of methanol is 140 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1506,7 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured rate of methanol formation is 1506.7 g / (kg (Zn) h.

Пример 18Example 18

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура реакционной смеси при синтезе метанола равна 160°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the temperature of the reaction mixture during the synthesis of methanol is 160 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1940,0 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1940.0 g / (kg (Zn) h.

Пример 19Example 19

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако температура реакционной смеси при синтезе метанола равна 170°С.The example was carried out similarly to the above example 1, however, the temperature of the reaction mixture during the synthesis of methanol is equal to 170 ° C.

Измеренная скорость формирования метанола - 1753,3 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1753.3 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 16-19, оптимальная температура синтеза метанола в присутствии катализатора - 150°С.According to the results given in examples 1, 16-19, the optimal temperature for methanol synthesis in the presence of a catalyst is 150 ° C.

Пример 20Example 20

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако использовался катализатор после первого цикла синтеза метанола. Измеренная скорость формирования метанола - 2012,4 г/(кг(Zn)⋅ч.The example was carried out similarly to the above example 1, but the catalyst was used after the first cycle of methanol synthesis. The measured formation rate of methanol is 2012.4 g / (kg (Zn) h.

Пример 21Example 21

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако использовался катализатор после второго цикла синтеза метанола. Измеренная скорость формирования метанола - 1989,7 г/(кг(Zn)⋅ч.The example was carried out similarly to the above example 1, but the catalyst was used after the second cycle of methanol synthesis. The measured formation rate of methanol is 1989.7 g / (kg (Zn) h.

Пример 22Example 22

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако использовался катализатор после третьего цикла синтеза метанола. Измеренная скорость формирования метанола - 1965,5 г/(кг(Zn)⋅ч.The example was carried out similarly to the above example 1, but the catalyst was used after the third cycle of methanol synthesis. The measured formation rate of methanol is 1965.5 g / (kg (Zn) h.

Пример 23Example 23

Пример осуществляли аналогично приведенному выше примеру 1, однако использовался катализатор после четвертого цикла синтеза метанола.The example was carried out similarly to the above example 1, but the catalyst was used after the fourth cycle of methanol synthesis.

Измеренная скорость формирования метанола - 1911,0 г/(кг(Zn)⋅ч.The measured formation rate of methanol is 1911.0 g / (kg (Zn) h.

По результатам, приведенным в примерах 1, 20-21, очевидно, что катализатор практически не снижает активности в первых 5 циклах использования в синтезе метанола.The results given in examples 1, 20-21, it is obvious that the catalyst practically does not reduce the activity in the first 5 cycles of use in the synthesis of methanol.

Таким образом, внесение активного металла (цинка) в полимерную матрицу (СПС) с последующим восстановлением существенно повышает активность катализатора, его селективность по отношению к целевому продукту (метанолу) и операционную стабильность.Thus, the introduction of the active metal (zinc) into the polymer matrix (ATP) followed by reduction significantly increases the activity of the catalyst, its selectivity with respect to the target product (methanol), and operational stability.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение катализатора на основе цинка в матрице сверхсшитого полистирола, является перспективной возможностью синтеза метанола - сырья для химической промышленности.The results indicate that the use of a zinc-based catalyst in an ultra-crosslinked polystyrene matrix is a promising option for the synthesis of methanol, a raw material for the chemical industry.

Claims (4)

1. Катализатор жидкофазного синтеза метанола, содержащий носитель и цинк в качестве активного компонента, отличающийся тем, что в качестве носителя используют сверхсшитый полистирол со степенью сшивки 195÷205%, при этом содержание цинка в катализаторе составляет от 2 до 4 масс. %, а содержание сверхсшитого полистирола - 96÷98 масс. %.1. A catalyst for liquid-phase methanol synthesis containing a carrier and zinc as an active component, characterized in that super-linked polystyrene with a degree of crosslinking of 195 ÷ 205% is used as a carrier, while the zinc content in the catalyst is from 2 to 4 mass. %, and the content of supercrosslinked polystyrene - 96 ÷ 98 mass. % 2. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что используют сверхсшитый полистирол с функциональными третичными аминогруппами, размером частиц 5-7 мкм, обменной емкостью 0,5 моль/л, влажностью 55÷62%, степенью набухания ±5%, относительной плотностью 1,04 г/мл, площадью внутренней поверхности 900÷1100 м2/г и размером гранул 5÷7 мкм.2. The catalyst according to claim 1, characterized in that they use supercrosslinked polystyrene with functional tertiary amino groups, a particle size of 5-7 μm, an exchange capacity of 0.5 mol / l, a humidity of 55 ÷ 62%, a swelling degree of ± 5%, a relative density 1.04 g / ml, inner surface area 900 ÷ 1100 m 2 / g and granule size 5 ÷ 7 microns. 3. Способ получения катализатора жидкофазного синтеза метанола по п.1, включающий обработку носителя раствором соли цинка, высушивание в течение 1 часа, промывку дистиллированной водой, высушивание, восстановление водородом в течение 2 часов, отличающийся тем, что в качестве раствора соли цинка используют раствор ацетата цинка концентрацией 2,8÷2,9% масс, в тетрагидрофуране, дистиллированной воде и метаноле, приготовленный под током азота, обработку носителя раствором ацетата цинка осуществляют в течение 10±0,5 минут, после чего катализатор сушат при 75±5°С в течение 1±0,05 часа, промывают дистиллированной водой с рН=6,4÷7,0, снова сушат при 75±5°С в течение 1±0,05 часа, помещают в трубчатую печь, продувают азотом с расходом 30±5 мл/мин в течение 30±5 минут, продувают водородом с расходом 30±5 мл/мин в течение 30±5 минут, восстанавливают водородом при 300±10°С с расходом 30±5 мл/мин в течение 2±0,1 часа, охлаждают до комнатной температуры и продувают азотом с расходом 30±5 мл/мин в течение 30±5 минут.3. A method of producing a catalyst for liquid-phase methanol synthesis according to claim 1, comprising treating the carrier with a solution of zinc salt, drying for 1 hour, washing with distilled water, drying, recovering with hydrogen for 2 hours, characterized in that a solution of zinc salt is used as a solution of zinc salt Zinc acetate with a concentration of 2.8 ÷ 2.9% of the mass, in tetrahydrofuran, distilled water and methanol, prepared under a stream of nitrogen, the carrier is treated with a solution of zinc acetate for 10 ± 0.5 minutes, after which the catalyst su at 75 ± 5 ° С for 1 ± 0.05 hours, washed with distilled water with pH = 6.4 ÷ 7.0, dried again at 75 ± 5 ° С for 1 ± 0.05 hours, placed in a tubular the furnace is flushed with nitrogen at a flow rate of 30 ± 5 ml / min for 30 ± 5 minutes, flushed with hydrogen at a flow rate of 30 ± 5 ml / min for 30 ± 5 minutes, reduced with hydrogen at 300 ± 10 ° C with a flow rate of 30 ± 5 ml / min for 2 ± 0.1 hours, cool to room temperature and purge with nitrogen at a flow rate of 30 ± 5 ml / min for 30 ± 5 minutes. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что сверхсшитый полистирол предварительно обрабатывают ацетоном, промывают дистиллированной водой и высушивают под вакуумом в течение 24 часов.4. The method according to p. 3, characterized in that the supercrosslinked polystyrene is pre-treated with acetone, washed with distilled water and dried under vacuum for 24 hours.
RU2018133733A 2018-09-25 2018-09-25 Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof RU2691451C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133733A RU2691451C1 (en) 2018-09-25 2018-09-25 Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133733A RU2691451C1 (en) 2018-09-25 2018-09-25 Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691451C1 true RU2691451C1 (en) 2019-06-14

Family

ID=66947865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018133733A RU2691451C1 (en) 2018-09-25 2018-09-25 Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691451C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721547C1 (en) * 2019-12-18 2020-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" Chromium-containing catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2175886C2 (en) * 2000-02-14 2001-11-20 Курылев Александр Юрьевич Catalyst for methanol synthesis
RU2380155C2 (en) * 2004-03-09 2010-01-27 Зюд-Хеми Аг Preparation of supported catalysts based on metal/metal oxide through previous chemical nanometallurgy in defined reaction spaces of porous carriers using organometallic and/or inorganic precursors and metal-containing reducing agents
CN103143399A (en) * 2012-10-10 2013-06-12 倪忠 Preparation method of modified resin supported transition metal catalyst carrier
WO2017142028A1 (en) * 2016-02-16 2017-08-24 高砂香料工業株式会社 Metal-supported macromolecule

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2175886C2 (en) * 2000-02-14 2001-11-20 Курылев Александр Юрьевич Catalyst for methanol synthesis
RU2380155C2 (en) * 2004-03-09 2010-01-27 Зюд-Хеми Аг Preparation of supported catalysts based on metal/metal oxide through previous chemical nanometallurgy in defined reaction spaces of porous carriers using organometallic and/or inorganic precursors and metal-containing reducing agents
CN103143399A (en) * 2012-10-10 2013-06-12 倪忠 Preparation method of modified resin supported transition metal catalyst carrier
WO2017142028A1 (en) * 2016-02-16 2017-08-24 高砂香料工業株式会社 Metal-supported macromolecule

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Молчанов В.П. и др. Сверхсшитые полимерные матрицы как эффективные стабилизаторы каталитически активных наночастиц металлов. Тезисы докладов VI Российской конференции "Научные основы приготовления и технологии катализаторов", V Российская конференция "Проблемы дезактивации катализаторов", 4-9 сентября 2008г., том 1, с.191-192. *
Цюрупа М.П. и др. Сверхсшитый полистирол - первый нанопористый полимерный материал. Российские нанотехнологии, том 4, номер 9-10, 2009г., с. 109-117. *
Цюрупа М.П. и др. Сверхсшитый полистирол - первый нанопористый полимерный материал. Российские нанотехнологии, том 4, номер 9-10, 2009г., с. 109-117. Молчанов В.П. и др. Сверхсшитые полимерные матрицы как эффективные стабилизаторы каталитически активных наночастиц металлов. Тезисы докладов VI Российской конференции "Научные основы приготовления и технологии катализаторов", V Российская конференция "Проблемы дезактивации катализаторов", 4-9 сентября 2008г., том 1, с.191-192. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721547C1 (en) * 2019-12-18 2020-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" Chromium-containing catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baiker Utilization of carbon dioxide in heterogeneous catalytic synthesis
WO2014173229A1 (en) Fischer-tropsch synthesis catalyst for syngas to low carbon olefins, modified molecular sieve carrier and preparation method thereof
CN109603819B (en) Graphene-loaded PdRu bimetallic catalyst and preparation method and application thereof
CN111389401B (en) For the efficient catalytic conversion of CO2Preparation method of microorganism coupling catalytic system
CN105195238A (en) Method for preparing metal-oxide compound nano catalyst by molecular layer deposition
CN110433802B (en) Hydrogenation catalyst, preparation method thereof and method for preparing saturated aldehyde by hydrogenation of alpha, beta-unsaturated aldehyde by using catalyst
CN104624196A (en) High-specific-surface-area Fischer-Tropsch synthesis catalyst and preparation method and application of high-specific-surface-area Fischer-Tropsch synthesis catalyst
RU2691451C1 (en) Catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof
CN115254100A (en) For CO 2 Preparation and application of metal oxide doped type monatomic catalyst for preparing ethanol by hydrogenation
CN109794285B (en) Catalyst for preparing glycolic acid by carbonylation of formaldehyde and preparation method and application thereof
CN110256198B (en) Production method of 1, 4-pentanediol
CN115043796B (en) Method for preparing tetrahydrofuran dicarboxamide and 2-hydroxy adipamide through hydrogenation of furan dicarboxamide
CN110496640B (en) Catalyst for synthesizing paraxylene and preparation method and application thereof
JP3885139B2 (en) Ethanol steam reforming catalyst, method for producing the same, and method for producing hydrogen
JP2545734B2 (en) Hydrocarbon producing catalyst and hydrocarbon producing method
CN114849715A (en) Preparation method of catalyst for synthesizing methanol by carbon dioxide hydrogenation conversion
CN112246240B (en) Preparation and application of dimethyl carbonate catalyst
RU2721547C1 (en) Chromium-containing catalyst for liquid-phase synthesis of methanol and a method for production thereof
CN102557904B (en) Method for synthesizing methyl isobutyl ketone from acetone through one-step method
CN114433059A (en) CO2Catalyst for synthesizing low-carbon olefin compound by hydrogenation, preparation and application thereof
CN107952439B (en) Catalyst for catalyzing methanol carbonylation, preparation method thereof, and method for preparing acetic acid and methyl acetate by methanol carbonylation
CN111068770A (en) Supported catalyst for preparing low-carbon olefin by carbon monoxide hydrogenation, and preparation method and application thereof
CN113860979B (en) Method for preparing high value-added chemicals by transferring hydrogenated unsaturated compounds at room temperature by using aldose as hydrogen source
CN112791737B (en) Supported catalyst, preparation method and application
CN111229236B (en) Graphene-supported Cu/ZnO catalyst and preparation method and application thereof