Композитные проницаемые катализаторы синтеза Фишера-Тропша
Диссертация
Предпосылкой к созданию именно композитного катализатора стало исследование химических и каталитических свойств гидроксокарбоната кобальта и алюминия со структурой нестехиометрического гидроталькита с соотношением Со: А1=1:1. В ходе термообработке в токе аргона до температуры 540 °C структура гидроталькита разрушается и происходит образование двух фаз: оксида кобальта и высокодефектной… Читать ещё >
Содержание
- Список использованных сокращений
- 1. Литературный обзор
- 1. 1. Общие сведения о реакции синтеза Фишера-Тропша
- 1. 2. Термодинамика процесса
- 1. 3. Кинетика процесса
- 1. 4. Катализаторы СФТ
- 1. 5. Условия проведения процесса
- 1. 6. Влияние процессов тепло-и массопереноса
- 1. 7. Промышленно-подтвержденные способы организации каталитического слоя в реакторах синтеза Фишера-Тропша
- 1. 8. Новые способы организации каталитического слоя в реакторах СФТ
- 1. 9. Анализ возможных путей повышения концентрации каталитизатора в реакционном объеме
- 2. Методика проведения исследований
- 2. 1. Приготовление проницаемых композитных катализаторов
- 2. 2. Методики исследования физических свойств структуры пор и армирующего скелета композитных катализаторов
- 2. 3. Методика каталитических испытаний (
- 3. Основные закономерности влияния состава и условий приготовления ПКМ на пористую структуру и теплопроводность композитов
- 3. 1. Методика приготовления проницаемых композитных катализаторов
- 3. 2. Основные параметры пористой структуры ПКМ
- 3. 3. Влияние параметров приготовления на общие характеристики структуры пор и структуры металлического каркаса ПКМ
- 3. 4. Результаты гидродинамических испытаний ПКМ
- 3. 5. Исследование теплопроводности ПКМ
- 4. Каталитические свойства ПКМ в реакции синтеза
- Фишера-Тропша
- 4. 1. Каталитические свойства активного компонента
- 4. 2. Каталитические свойства ПКМ
- 4. 3. Сопоставление данных МТП и каталитических свойств ПКМ
- 4. 4. Перспективы использования ПКМ в промышленных реакторах СФТ
- Заключение
- Выводы: 128 Благодарности 130 Апробация работы
- Список используемой литературы
- Приложение А
- Приложение Б
- Приложение В
Список литературы
- S.T. Sie, R. Krishna Fundamentals and selection of advanced Fischer-Tropsch reactors // Appl. Catal. A.: Gen. 1999. Vol. 186, P. 55.
- Iglesia E. Design, synthesis, and use of cobalt-based Fischer-Tropsch synthesiscatalysts // Appl. Catal. A.: Gen. 1997. Vol. 161, P. 59.
- F. Fischer, «Liquid Fuels from Water Gas», Ind. Eng. Chem., 17(6), 1925, pp. 574 576.
- Joyner R. W. Fischer-Tropsch catalysts // The Chemical Physics of Solid Surfaces /
- D.A. King and D.P.Woodruff eds. Elsevier, Amsterdam, 1993, Vol. 6, Chap.8, P.269.
- P.J. Flory Molecular Size Distribution in Ethylene Oxide Polymers // J. Amer. Chem.
- Soc. 1940. Vol. 62, P. 1561.
- P.J. Flory Principles of Polymer Chemistry. // New York: Cornell University Press, 1967.
- R.A. Friedel, R.B. Anderson Composition of Synthetic Liquid Fuels. I. Product
- Distribution and Analysis of C5-C8 Paraffin Isomers from Cobalt Catalyst // J. Amer. Chem. Soc. 1950. Vol. 72, P. 2307.
- A.P. Steynberg, M.E. Dry (Ed.), «Fischer-Tropsch Technology» // Stud. Surf. Sci.
- Catal. 152, Elsevier, Amsterdam, 2004.
- M.M.G. Senden, A.D. Punt, A. Hoek Gas-to-liquids processes: current status and future prospects // Stud. Surf. Sci. and Catal. 1998. Vol.119, P.961.
- Справочник азотчика 2-е изд. под ред. Мельникова Е. Я М.: Химия 1986 г., т. 1
- Chase, М. W" NIST-JANAF Thermochemical Tables, (4-th Edition), // J. Phys. Chem. Ref. Data, Monograph 9, 1998, 1−1951
- Duvenhage D.J., Espinoza R.L., Coville N.J. Fischer-tropsch precipitated iron catalysts: Deactivation studies // Stud. Surf. Sci. Catal. 1994. Vol. 88, P. 351.
- Gyorgy Bor, Metal carbonyl clusters I I Pure & Appl. Chem., Vol. 58, № 4, pp. 543 552,1986
- Connor, J.A.- Skinner, H.A.- Virmani, Y., High temperature microcalorimetric studies of the thermal decomposition and iodination of polynuclear carbonyls of Fe, Co, Ru, Rh, Re, Os and Ir // Farad. Symp. Chem. Soc., 1973, No. 8, 18
- Gardner, P.J.- Cartner, A.- Cunningham, R.G.- Robinson, B.H., Heat of formation of dicobalt octacarbonyl and the metal-carbon monoxide bond strength in carbonyls // J. Chem. Soc. Dalton Trans., 1978, 2582
- M.A. Vannice, The catalytic synthesis of hydrocarbons from H2/CO mixtures over the group VIII metals: I. The specific activities and product distributions of supported metals // J. Catal., 37 (1975) 449.
- R. Bechara, D. Balloy, D. Vanhove, Catalytic properties of Co/A1203 system for hydrocarbon synthesis // Appl. Catal. A: Gen. 207 (2001) 343−353
- B. Ernst, S. Libs, P. Chaumette, A. Kiennemann, Preparation and characterization of Fischer-Tropsch active Co/Si02 catalysts I I Appl.Cat. A: Gen., 186 (1999) 145−168
- R.B. Anderson, in: P.H. Emmet (Ed.), Hydrocarbon Synthesis, Hydrogenation and Cyclization, Reinhold// Catalysis, vol. IV, New York, 1956.
- Rautavuoma, А. О. I.- Van der Baan, H. S. Kinetics and mechanism of the Fischer-Tropsch hydrocarbon synthesis on a cobalt and alumina catalyst. I I Appl. Catal. 1981, 1, 247.
- Sarup, В.- Wojciechowski, B. W. Studies of the Fischer-Tropsch synthesis on a cobalt catalyst. П. Kinetics of carbon monoxide conversion to methane and to higher hydrocarbons. // Can. J. Chem. Eng. 1989, 67, 62.
- Yates, I. C.- Satterjield, C. N. Intrinsic kinetics of the Fischer-Tropsch synthesis on a cobalt catalyst. // Energy Fuels 1991, 5, 168.
- Huff, G. A.- Satterfield, C. N. Intrinsic kinetics of the Fischer-Tropsch syntehsis on a reduced fused magnetite catalyst. // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1984, 23 (4), 696.
- Dry, M. E. Advances in Fischer-Tropsch chemistry. // Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1976, 15 (4), 282.
- C.H. Yang, F.E. Massoth, A.G. Oblad, Kinetics of CO + H2 reaction over Co-Cu-Al203 catalyst // Adv. Chem. Ser. 178, 1979, 35−46
- R.B. Pannel, C.L. Kibby, T.P. Kobylinski, Pressed. Of 7th Inter. Cong. On Catalysis, Tokyo, 1980, 447−459
- R. Zennaro, M. Tagliabue and C. Bartholomew, Kinetics of Fischer-Tropsch synthesis on titania-supported cobalt // Catal. Today 58 2000 309−319
- X. Zhan, H.J. Robota, K.B. Arcuri, Elucidation of Fischer-Tropsch reaction kinetics //
- Prepr. Pap. -Am. Chem. Soc., Dev. Pet. Chem. 2004, 49(2), 200
- Т.К. Das, W. Conner et al. Kinetics of Fischer-Tropsch synthesis on Co/A1203catalyst 11 Prepr. Pap. Am. Chem. Soc., Dev. Pet. Chem. 2004, 49(2), 161
- Singh, C. P. P.- Saraf, D. N. Simulation of high-temperature water-gas shift reactors. // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 16 (3), (1977) p. 313.
- S. Krishnamoorthy, M. Tu, M.P. Ojeda, D. Pinna, E. Iglesia, An Investigation of the Effects of Water on Rate and Selectivity for the Fischer-Tropsch Synthesis on Cobalt-Based Catalysts // J. Catal., 211 (2002) 422.
- M. Claeys, E. van Steen On the effect of water during Fischer-Tropsch synthesis with a ruthenium catalyst // Catal. Today, 71 (2002) 419.
- R.L. Espinoza, A.P. Steinberg, B. Jager, A.C. Vosloo, Low temperature Fischer-Tropsch synthesis from a Sasol perspective // Appl. Catal., A: Gen. 186 (1999) 13.
- A.M. Hilmen, D. Schanke, K.F. Hassen, A. Holmen, Study of the effect of water on alumina supported cobalt Fischer-Tropsch catalysts // Appl. Catal. A: Gen. 186 (1999) 169.
- J. Li, G. Jacobs, X. Zhan, Y. Zhang, T. Das, B.H. Davis, Fischer-Tropsch synthesis: effect of water on the deactivation of Pt promoted Co/A1203 catalysts // Appl. Catal. A.:Gen., 228 (2002) 203.
- J. Li, G. Jacobs, T. Das, B.H. Davis, Fischer-Tropsch synthesis: effect of water on the catalytic properties of a ruthenium promoted Co/Ti02 catalyst // Appl. Catal. A: Gen., 233 (2002) 255.
- A. Kogelbauer, J.C. Weber, J.G. Goodwin Jr., The formation of cobalt silicates on Co/Si02 under hydrothermal conditions // Catal Lett 34 (1995) 259.
- А. Ермакова, В. И. Аникеев, А. В. Гудков, Макрокинетическая модель реакции Фишера-Тропша на кобальтсодержащем катализаторе, суспендированном в жидких углеводородах, // Ж. Прикл. Хим., 1997, т. 70 вып. 9, с. 1500−1507.
- Report DOE/PC/70 030-T7/DE87 6 115. Novel Fischer-Tropsch Slurry Catalysts and Process Concepts for Selective Transportation Fuel Production. Contract № DE-AC22−84PC70030.
- Krylov, О. V., Morozova, O. S., Khomenko, Т. I., Catalysts for syntheses from CO and H2: Development of catalyst structures and reaction mechanisms, //Kinet. Catal., 35, 1994, pp.741−755.
- H.C. Печуро, В. Д. Капкин, О. Ю. Лесин. «Химия и технология синтетическогожидкого топлива и газа» М.: Химия, 1986, стр.276
- J.P. Hindermann, G.J. Hutchings, and A. Kiennemann, Mechanistic aspects of the formation of hydrocarbons and alcohols from CO hydrogenation // Catal.Rev.-Sci.Eng., 35 (1992) p.1−127.
- S.-Y. Lee, R. Aris The Distribution of Active ingredients in Supported Catalysts Prepared by Impregnation // Catal. Rev. Sci. Eng., Volume 27(1985), Issue 2, Pages 207 340.
- M.C. Lok, G.J. Kelly Catalysts with high cobalt surface area // U.S. Patent 6,927,190 B2
- D. Song, J. Li Effect of catalyst pore size on the catalytic performance of silica supported cobalt Fischer-Tropsch // J. Mol. Catal. A, 2006, Vol. 247, P. 206−212
- J. Zhang, J. Chen, J. Ren, Y. Sun Chemical treatment of y-Al203 and its influence on the properties of Co-based catalysts for Fischer-Tropsch synthesis // Appl. Catal. A, 2003, Vol. 243, P. 121−133
- Я.В. Михайлова, JI.B. Синева, В. З. Мордкович, M.H. Михайлов Синтетическая нефть, способ ее получения из синтез-газа и катализатор для этого способа // Заявка РФ № 2 006 146 570 (27.12.06)
- Я.В. Михайлова, Л. В. Синева, В. З. Мордкович, С. А. Свидерский, ИТ. Соломоник Катализатор для синтеза фишера-тропша и способ его получения // Патент РФ RU 2,326,732 С1
- Е V Slivinskii, Yu P Voitsekhovskii Development of ideas concerning the mechanism of the Fischer-Tropsch synthesis // Russian Chemical Reviews, Volume 58(1989), Number 1, Pages 57−72.
- A. Y. Khodakov, W. Chu, P. Fongarland Advances in the Development of Novel Cobalt Fisher-Tropsch Catalysts for Synthesis of Long Hydrocarbons and Clean Fuels // Chem. Rev. 2007, 107, p. 1692−1744.
- A.A. Xacim, T.M. Юрьева, B.H. Пармоп. Влияние размера частиц металлических Со и Ni на их каталитические свойства в реакции синтеза Фишера-Тропша // Доклады РАН. 1999 Т. 367, № 3, С. 367.
- А.А Хасин., В. Н. Парлюн. Роль водорода, растворенного в объеме металла, в реакции синтеза Фишера-Тропша на металлических Со и Ni // Доклады РАН. 1999. Т. 368, № 4, С. 503.
- S.T. Sie, M.M.G. Senden, Н.М.Н. van Wechem, Conversion of natural gas to transportation fuels via the shell middle distillate synthesis process (SMDS) // Catal. Today, 8 (1991) 371−394
- Dry M.E. The Fischer-Tropsch Synthesis // Catalysis — Science and Technlogy / J.R. Anderson and M. Boudart eds. New York: Springer Verlag, 1981. Vol. 1, P. 159−256.
- Peluso E., Galarraga C., de Lasa H, Eggshell catalyst in Fischer-Tropsch synthesis -Intrinsic reaction kinetics // Chem. Eng. Sci. 2001. Vol. 56, P. 1239.
- DOE Report on the contract DE-AC22−84PC70030, Air Products, 1986.
- Donnelly T.J., Satterfield C.N. Product distributions of the Fischer-Tropsch synthesis on precipitated iron catalysts // Appl. Catal. A. 1989. Vol. 52, P. 93.
- Dictor R.A., Bell A.T. Fischer-Tropsch synthesis over reduced and unreduced iron oxide catalysts // J. Catal. 1986. Vol. 97, P. 121.
- V.A. Kirillov, V.M. Khanayev, V.D. Mescheryakov, S.I. Fadeev, R.G. Lukyanova, A Mathematical Model of Fischer-Tropsch Synthesis in Slurry Reactor // Stud. Surf. Sci. and Catal. 119(1998) 149.
- Ramachandran, P. A., Chaudhari, R. V., «Three-Phase Catalytic Reactors», Gordon and Breach Science Publishers, 1983.
- J.J. Marano, G.D. Holder, Characterization of Fischer-Tropsch liquids for vaporliquid equlibria calculation // Fluid Phase Equilibria 138 (1997) 1−21.
- Beenackers A.A.C.M., van Swaaij W.P.M. Mass transfer in gas-liquid slurry reactors // Chem. Eng. Sci. 1993. Vol. 48, No. 18, P. 3109.
- Krishna R., de Swart J.W.A., Ellenberger J., Martina G.B., Maretto C. Gas holdup in slurry bubble columns // A.I.Ch.E. J. 1997. Vol. 43, P. 311.
- Perry’s Chemical Engineers' Handbook 6th ed. / R.H.Perry, D.W.Green and J.O.Maloney eds. New York: McGraw-Hill Book Company. 1984. Sec.3.
- Г. К Боресков, Гетерогенный катализ. — М.: Наука, 1986. стр. 238.
- Zimmerman W.H., Rossin J.A., Bukur D.B. Effect of particle size on the activity of a fused iron Fischer-Tropsch catalyst // Ind. Eng. Chem. 1989. Vol. 28, P. 406.
- Post M.F.M., van’t Hoog A.C., Minderhoud J.K., Sie S.T. Diffusion limitations in Fischer Tropsch catalysts // A.I.Ch.E. J. 1989. Vol. 35, P. 1107.
- Iglesia E., Soled S.L., Fiato R.A. Fischer-Tropsch synthesis on cobalt and ruthenium. Metal dispersion and support effects on reaction rate and selectivity // J. Catal. 1992. Vol. 137, P. 212.
- Iglesia E., Soled S.L., Baumgartner J.E., Reyes S.C. Synthesis and Catalytic Properties of Eggshell Cobalt Catalysts for the Fischer-Tropsch Synthesis // J. Catal. 1995. Vol. 153, P. 108.
- P.L. Mills, P.A. Ramachandran andR.V.Chaudhari, Multiphase Reaction Engineeringfor Fine Chemicals and Pharmaceuticals // Rev. Chem. Eng., 8 1992 1
- B.H. Davis, Fischer-Tropsch synthesis: Overview of reactor development and futurepotentialities //Topics in Catal., 32 (2005) 143−168.
- B. Jager, Developments In Fischer-Tropsch Technology // Proc. 1997 AIChE National Spring Meeting, Houston TX, 10−13 March 1997, Paper 27c.
- A. Geertsema, CTL and SNG Production: Issues and Opportunities, GTC Workshop March 14, 2007, Denver, CO, USA, доступно на http://www.gasification.org/Docs/Workshops/2007/Denver/07%20Geertsema.pdf
- J. Shen, E. Schmetz, Commercial Deployment of Fischer-Tropsch Synthesis: The Coproduction Option // 5th European Congress on Catalysis EUROPACAT-V, Limerick, 2−7 September 2001, Presentation 11−0-02.
- E. Peluso, C. Galarraga, H. de Lasa, Eggshell catalyst in Fischer-Tropsch synthesis // Chem. Eng. Sci. 56 (2001) 1239.
- C. Galarraga, E. Peluso, H. de Lasa, Eggshell catalysts for Fischer-Tropsch synthesis: Modeling catalyst impregnation // Chem. Eng. 82 (2001) 13.
- B. Jager, M.E. Dry, T. Shingles, A.P. Steynberg. Experience with a new type of reactor for Fischer-Tropsch synthesis // Catal. Lett. 7 (1990) 293.
- P.Chaumette- P. Boucot, Liquid phase process for converting synthesis gas // Патент US No. 5 786 393, (28.07.1998), Inst. Francais Du Petrol
- Mesheryakov V.A., Kirillov V.A., Kuzin N.A. Multifunctional Reactor With A Regular Catalyst Packing For Fischer-Tropsch Synthesis // Chem. Eng. Sci. 1999. Vol. 54, P. 1565.
- Kapteijn, F., de Deugd, R. M., Moulijn, J. A., Fischer-Tropsch synthesis using monolithic catalysts //, Catal Today, 105(3−4), 2005, pp. 350−356.
- Koptyug I. V., Ilyina L.Yu., Matveev A.V., Sagdeev R.Z., Parmon V.N., Altobelli S.A. Liquid and gas flow and related phenomena in monolithic catalysts studied by 'И NMR microimaging // Catal. Today. 2001. Vol. 69, P. 385.
- Hilmen A.M., Bergene E., Lindvag O.A., Schanke D., Eri S., Holmen A. Fischer-Tropsch synthesis on monolithic catalysts of different materials // Catal. Today. 2001. Vol. 69, P. 227.
- Heiszwolf J.J., Kreutzer M.T., van den Eijnden M.G., Kapteijn F., Moulijn J.A. Gas-liquid mass transfer of aqueous Taylor flow in monoliths // Catal. Today. 2001. Vol. 69, P. 51.
- Nijhuis T.A., Kreutzer M.T., Romijn A.C.J., Kapteijn F., Moulijn J.A. Monolithic catalysts as more efficient three-phase reactors название статьи // Catalysis Today, Vol. 66, N. 2, 30 March 2001, pp. 157−165(9)
- A.K Heibel, J, J. Heiszwolf, F. Kapteijn, J.A. Moulijn, Influence of channel geometry on hydrodynamics and mass transfer in the monolith film flow reactor // Catal. Today. 2001. Vol. 69, P. 153.
- D.B. Викиг, X. Lang, A. Akgerman, Z. Feng, Effect of process conditions on the olefin selectivity during conventional and supercritical Fischer-Tropsch synthesis // Ind. Eng. Chem. Res. 1997. V. 36 P. 2580.
- X. Lang, A. Akgerman, D.B. Bukur, Steady sate Fischer-Tropsch synthesis in supercritical propane. // AIChE J. 1995. V. 41. № 7. P. 1723.
- А. Ермакова, В. И. Аникеев, Дою. Ф. Фромет, Проведение процесса синтеза Фишера-Тропша в сверхкритических условиях (влияние неидеальности реакционной смеси на скорость реакции)//ТОХТ. 2000. т. 34. № 2. с. 203−211
- К. Daub, V.K. Wunder, R. Dittmeyer, CVD preparation of catalytic membranes for reduction of nitrates in water // Catal. Today, 67 (2001) 257.
- N.A. Kuzin, A.V. Kidikov, A.B. Shigarov, V.A. Kirillov, A new concept reactor for hydrocarbon hydrogenation in the reactive evaporation mode // Catal. Today 79−80 (2003)105
- V.M. Linkov, R.D. Sanderson, A.L. Lapidus and A.J. Krylova Carbon membrane-based catalysts for hydrogenation of CO // Cat.Lett. Vol. 27, N. 1−2, 1994
- R.L.C. Bonne, C.M. Lok Cobalt on alumina catalysts // US patent 5 874 381 (1999)
- C.M. Lok, S. Bailey, G. Gray, Method for the production of cobalt catalysts supported on silicon dioxide and their use 11 US Patent 6 534 436 (2003)
- П.А. Витязь, B.M. Капцевич, В. К. Шелег Пористые порошковые материалы и изделия из них // Мн.: Выш. Шк., 1987.
- ХЪЛ.А. Л. Эфрос, Физика и геометрия беспорядка.-М.:Наука, 1982.
- И.М. Соколов, Размерности и другие геометрические критические показатели в теории протекания // УФЫ 1986, № 10 С.221−255.
- A.J. Queimada, Isabel М. Marrucho, Surface tension of pure heavy n-alkanes: a corresponding states approach название статьи // Fluid Phase Equilibria, Volumes 183−184, 1 July 2001, Pages 229−238
- C.B. Димов, А. Г. Сипатров, H.A. Рудина, В. В. Кузнецов, А. А. Хасин. Теплопроводность композитных катализаторов, содержащих металлическую медь в качестве армирующего компонента. // ТОХТ, 2007, том 41, № 2, с. 1−9
- Берман Р. Теплопроводность твердых тел. М. Мир, 1979. 286 с.
- В. Shi, J. Li, R. A. Keogh and B.H. Davis D20 tracer studies in Co catalyzed Fischer-Tropsch reaction // Appl. Cat. A: Gen.Vol. 229, 1−2 (2002), p. 283−289
- R.C. Baetzold A Theoretical Model of Hydrocarbon Formation from CO and H2. // J. Phys. Chem. 88 (1984) 5583−5589
- DOE Grant DE-FG26−01NT41275
- B. Viswanathan, R. Gopalakrishnan and R. Vetrivel Temperature Programmed Desorption (TPD) of Carbon Monoxide from Cobalt Surfaces // React. Kinet. Catal. Lett., Vol. 18, No. 1−2, 209−212 (1981)
- J.J. C. Geerlings, J.H. Wilson, и др., Fischer-Tropsch technology—from active site to commercial process // Appl. Catal. A: General 186 (1999) 27−40
- A.A. Khassin, A.G. Sipatrov, T.M. Yurieva, G.K. Chermashentseva, N.A. Rudina, V.N. Parmon. Plug-through contactor membranes (PCM) for the Fischer-Tropsch synthesis. // Catal. Today, 105(3−4) (2005) 362−366