RU2675839C1 - Нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза фишера-тропша, способ его приготовления и его применение - Google Patents
Нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза фишера-тропша, способ его приготовления и его применение Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675839C1 RU2675839C1 RU2017130496A RU2017130496A RU2675839C1 RU 2675839 C1 RU2675839 C1 RU 2675839C1 RU 2017130496 A RU2017130496 A RU 2017130496A RU 2017130496 A RU2017130496 A RU 2017130496A RU 2675839 C1 RU2675839 C1 RU 2675839C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transition metal
- catalyst
- range
- mixture
- fischer
- Prior art date
Links
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229940057995 liquid paraffin Drugs 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 9
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 claims abstract description 8
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N dibenzyl ether Chemical group C=1C=CC=CC=1COCC1=CC=CC=C1 MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- -1 transition metal salt Chemical class 0.000 claims description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 claims description 2
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical group OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 6
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- ARXKVVRQIIOZGF-UHFFFAOYSA-N 1,2,4-butanetriol Chemical compound OCCC(O)CO ARXKVVRQIIOZGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K iron(3+);(z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound [Fe+3].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O AQBLLJNPHDIAPN-LNTINUHCSA-K 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- BTOOAFQCTJZDRC-UHFFFAOYSA-N 1,2-hexadecanediol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCC(O)CO BTOOAFQCTJZDRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- WOSOOWIGVAKGOC-UHFFFAOYSA-N azanylidyneoxidanium;ruthenium(2+);trinitrate Chemical compound [Ru+2].[O+]#N.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O WOSOOWIGVAKGOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- MULYSYXKGICWJF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+);oxalate Chemical compound [Co+2].[O-]C(=O)C([O-])=O MULYSYXKGICWJF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- FCEOGYWNOSBEPV-FDGPNNRMSA-N cobalt;(z)-4-hydroxypent-3-en-2-one Chemical compound [Co].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O FCEOGYWNOSBEPV-FDGPNNRMSA-N 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- QFEOTYVTTQCYAZ-UHFFFAOYSA-N dimanganese decacarbonyl Chemical compound [Mn].[Mn].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-] QFEOTYVTTQCYAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- ZITKDVFRMRXIJQ-UHFFFAOYSA-N dodecane-1,2-diol Chemical compound CCCCCCCCCCC(O)CO ZITKDVFRMRXIJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- GKCGJDQACNSNBB-UHFFFAOYSA-N octane-1,2,8-triol Chemical compound OCCCCCCC(O)CO GKCGJDQACNSNBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 229910002001 transition metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
- C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
- C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
- C10G2/33—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used
- C10G2/331—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used containing group VIII-metals
- C10G2/332—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used containing group VIII-metals of the iron-group
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/889—Manganese, technetium or rhenium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/27—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a liquid or molten state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
- B01J35/45—Nanoparticles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/612—Surface area less than 10 m2/g
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/613—10-100 m2/g
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
- B01J35/615—100-500 m2/g
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/64—Pore diameter
- B01J35/643—Pore diameter less than 2 nm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/64—Pore diameter
- B01J35/651—50-500 nm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0018—Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0072—Preparation of particles, e.g. dispersion of droplets in an oil bath
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/04—Mixing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
- C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
- C07C1/04—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon monoxide with hydrogen
- C07C1/0425—Catalysts; their physical properties
- C07C1/043—Catalysts; their physical properties characterised by the composition
- C07C1/0435—Catalysts; their physical properties characterised by the composition containing a metal of group 8 or a compound thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2231/00—Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
- B01J2231/60—Reduction reactions, e.g. hydrogenation
- B01J2231/62—Reductions in general of inorganic substrates, e.g. formal hydrogenation, e.g. of N2
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/462—Ruthenium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
- B01J2531/001—General concepts, e.g. reviews, relating to catalyst systems and methods of making them, the concept being defined by a common material or method/theory
- B01J2531/002—Materials
- B01J2531/005—Catalytic metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
- C07C2523/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
- C07C2523/74—Iron group metals
- C07C2523/75—Cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C2523/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
- C07C2523/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
- C07C2523/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нанокатализатора для синтеза Фишера-Тропша. Описан нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, включающий переходный металл и органический растворитель, где переходный металл устойчиво диспергирован в органическом растворителе в виде монодисперсных наночастиц; переходным металлом является марганец, железо, кобальт, рутений или смесь из них; переходный металл имеет размер зерна в пределах 1-100 нм; органическим растворителем является бензиловый эфир, ароматический спирт, пирролидон или жидкий парафин; и катализатор имеет удельную площадь поверхности в пределах 5-300 м/г, причем указанный катализатор получен способом, включающим: (1) растворение органической соли указанного переходного металла в указанном органическом растворителе, содержащем многоатомный спирт, с получением смеси; и (2) нагревание и перемешивание смеси в присутствии воздуха или инертного газа, выдержку смеси при температуре в диапазоне 150-250°C в течение 30-240 мин с получением указанного нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша. Технический результат – высокая каталитическая активность катализатора, при этом размер зерна активного металла является управляемым. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр., 1 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[1] Изобретение относится к области катализатора для синтеза Фишера-Тропша, а более конкретно к нанокатализатору из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, способу его приготовления и его применению.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2] Синтез Фишера-Тропша (синтез Ф-Т) является реакцией, в которой синтез-газ, приготовленный посредством газификации углеродных материалов, включающих уголь, природный газ и биомассу, переводят в целевой продукт, состоящий, главным образом, из алканов и олефинов. Целевой продукт содержит в небоьших количествах серу, азот и ароматические соединения, таким образом, целевой продукт перерабатывают для получения экологически чистого топлива. Синтез Ф-Т является идеальным способом полного использования углеродных материалов как замещение традиционного органического топлива. Поскольку импорт сырой нефти в Китае увеличивается, а требования по охране окружающей среды повышаются, синтез Ф-Т становится чрезвычайно важным для энергетической безопасности и защиты окружающей среды и привлекает внимание исследователей.
[3] Работа катализатора в синтезе Ф-Т тесно связана с химическим элементным составом. Элементы VIII группы, к примеру, железо, никель и рутений, имеют сильное каталитическое воздействие на синтез Ф-Т и используются как главные металлические компоненты катализатора. В катализаторах для промышленного синтеза Ф-Т используют, главным образом, железо или кобальт в качестве главных металлических компонентов и другие металлические элементы в качестве промоторов, с тем чтобы регулировать и улучшать рабочие характеристики катализатора.
[4] Традиционные способы приготовления катализатора для синтеза Ф-Т известны квалифицированному специалисту в области техники: катализатор на основе кобальта для синтеза Ф-Т обычно готовят способом пропитки, в котором активные компоненты металла загружают на поверхность оксидного носителя, а катализатор для синтеза Ф-Т на основе железа готовят способом соосаждения или способом плавления. Катализаторы, приготовленные с использованием разных способов, имеют, очевидно, разные рабочие характеристики для синтеза Ф-Т из-за разной микроструктуры катализаторов. Критичными для каталитических рабочих характеристик катализатора являются как пористая структура внутри частиц катализатора, так и распределение металлических частиц по размерам. Катализатор, приготовленный с использованием способа пропитки и процесса соосаждения, насыщен пористой структурой, следовательно, на каталитическое действие активного металла в порах влияет концентрация сырьевых материалов и внутренняя диффузия. Кроме того, когда активные компоненты металлических частиц заполняют поверхность носителя, удельная площадь поверхности доступного для воздействия активного компонента остается относительно маленькой, что ограничивает каталитическую производительность катализатора. В то же время исследователи указывают, что если размер металлических частиц регулируется в определенных пределах, то каталитическая активность катализатора и его селективность по продуктам при использовании в синтезе Ф-Т является наивысшей, однако из-за ограничений традиционных способов приготовления, размер металлических частиц на каталитической поверхности сложно регулировать.
[5] Ввиду приведенных выше проблем для улучшения каталитического действия исследователи обращаются к незагруженному (неимпрегнированному) катализатору из наночастиц, однако катализатор из наночастиц имеет такие недостатки, как низкая используемая температура, низкий выход продукта за один проход в единицу времени и активные компоненты с завышенными размерами. Например, в китайском патенте CN 200710099011 раскрывается способ проведения синтеза Ф-Т и специальный катализатор для синтезирования Ф-Т. В патенте смешивали соль переходного металла (железа, кобальта, никеля, рутения, родия или смеси из них) с высокомолекулярным стабилизатором (поливинилпирролидоном или (BVIMPVP)Cl) с образованием реакционной смеси и диспергировали реакционную смесь в жидкой среде. Реакционную смесь восстанавливали с использованием водорода при температуре в диапазоне 100-200°C для образования катализатора из переходного металла с наночастицами в пределах от 1 до 10 нм. Катализатор из переходного металла используется для синтеза Ф-Т при температуре в диапазоне 100-200°C. Однако концентрация наночастиц катализатора, приготовленного таким способом, относительно низкая, и наивысшая концентрация соли переходного металла в жидкой среде составляет лишь 0,014 моль/л. Кроме того, в патенте используется высокомолекулярное соединение в качестве стабилизатора, и катализатор можно использовать для синтеза Ф-Т, проводимого при температуре ниже чем 200°C; более того, выход продукта за один проход в единицу времени является относительно низким, и все это ограничивает промышленное использование катализатора. В китайском патенте CN200810055122 описан катализатор, используемый в реакторе с трехфазным пседоожиженным слоем (“slurry bed reactor”), способ приготовления катализатора и применение катализатора. В патенте нитрат переходного металла (железа, кобальта или никеля) растворяли в растворе спиртов С6-С8 с прямой цепью и нагревали раствор при дефлегмировании, чтобы получить катализатор из переходного металла с наночастицами в пределах от 5 до 200 нм. Катализатор из переходного металла используется для синтеза Ф-Т в реакторе с трехфазным пседоожиженным слоем после его восстановления и активирования. Однако, благодаря кристаллизационной воде в нитрате, с одной стороны водородная связь на поверхности металлических частиц усиливается, и укрупнение кристаллических частиц улучшается (T. He, D. Chen, X. Jiao, Controlled Synthesis of Co3O4 Nanoparticles through Oriented Aggregation, Chem. Mater., 16 (2004) 737-743), а с другой стороны повышается температура разложения нитрата кобальта, что приводит в быстрому образованию и росту зародышей кристаллизации металла, что вместе приводит к конечным крупным агрегированным частицам (Li Zezhuang, Chen Jiangang, Wang Yuelun, Sun Yuhan, Preparation of Monodispersed Co/SiO2 Catalyst and Their Performance for Fischer-Tropsch Synthesis (J), Industrial Catalysis 2009, Vol. 17(9), 43-47).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[6] Принимая во внимание описанные выше проблемы, одной из целей изобретения является предложение нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, способа его приготовления и его применения. Катализатор имеет высокую каталитическую активность, а размер зерна активного металла катализатора является управляемым.
[7] Для достижения приведенной выше цели согласно варианту осуществления изобретения, предлагается нанокатализатор на основе монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, включающий переходный металл и органический растворитель. Переходный металл стабильно диспергирован в органическом растворителе в виде монодисперсных наночастиц; переходный металл имеет размер зерна в пределах 1-100 нм; и катализатор имеет удельную площадь поверхности в пределах 5-300 м2/г.
[8] В разновидности этого варианта осуществления переходным металлом является марганец, железо, кобальт, рутений или смесь из них.
[9] В разновидности этого варианта осуществления органическим растворителем является бензиловый эфир, ароматический спирт, пирролидон или жидкий парафин.
[10] В разновидности этого варианта осуществления размер зерна переходного металл находится в пределах от 5 до 10 нм.
[11] В другом аспекте настоящее раскрытие также предусматривает способ приготовления нанокатализатора на основе монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, способ, включающий:
[12] 1) растворение органической соли переходного металла в органическом растворителе, содержащем многоатомный спирт, для получения смеси;
[13] 2) нагревание и перемешивание смеси при наличии воздуха или инертного газа, выдержку смеси при температуре в диапазоне 150-250°C в течение 30-240 мин для получения нанокатализатора монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша.
[14] В разновидности этого варианта осуществления в 1) переходным металлом является марганец, железо, кобальт, рутений или смесь из них, а органической солью является оксалатная, ацетилацетонатная или карбонильная соль металла.
[15] В разновидности этого варианта осуществления в 1) многоатомным спиртом является С3-С18 двухатомный или трехатомный спирт, и органическим растворителем является бензиловый эфир, ароматический спирт, пирролидон или жидкий парафин.
[16] В разновидности этого варианта осуществления в 1) молярное соотношение многоатомного спирта и органической соли переходного металла находится в пределах 1-5:1, а молярное соотношение органического растворителя и органической соли переходного металла находится в пределах 30-500:1.
[17] В классе этого варианта осуществления в 2) скорость нагрева смеси находится в пределах 1-10°C/мин, а время поддержания температуры находится в диапазоне 60-120 мин.
[18] Настоящее раскрытие дополнительно предусматривает способ синтеза Фишера-Тропа, включающий применение нанокатализатора из монодисперсного переходного металла по п.1, способ, включающий непосредственное использование катализатора для синтеза Фишера-Тропша без фильтрации, отделения, очистки, высокотемпературного обжига и активационного восстановления, и регулирование температуры реакции в диапазоне 180-300°C, давления реакции в пределах от 1 до 3 мегапаскалей, загрузочного объемного отношения подачи водорода к монооксиду углерода в пределах от 1 до 2,5 и общей объемной скорости в пределах от 0,5-15 л/час/г катализатора.
[19] Преимущества нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропа согласно вариантам осуществления изобретения обобщают как следующие:
[20] Во первых, катализатор изобретения является непропитанным (неимпрегнированным) катализатором из металлических наночастиц, металлические наночастицы могут свободно перемещаться в процессе реакции, не требуется прикрепление к поверхности носителя, тем самым увеличивая удельную площадь поверхности и улучшая каталитические свойства катализатора. Кроме того, металлические наночастицы имеют высокую концентрацию.
[21] Во вторых, размер зерна частиц активного компонента является регулируемым, таким образом размером металлических наночастиц управляют.
[22] В третьих, способ приготовления по изобретению является простым и легким в эксплуатации, экологически чистым, можно регулировать размер зерна металлических наночастиц, а активный компонент устойчиво диспергирован (распределен) в органическом растворителе в виде монодисперсных наночастиц, дисперсный растворитель используется повторно.
[23] В четвертых, металлические наночастицы катализатора имеют высокую дисперсность в реакторе с трехфазным пседоожиженным слоем, без привлечения фильтрации, отделения, очистки, высокотемпературного обжига и активационного восстановления, катализатор можно непосредственно использовать для синтеза Фишера-Тропша, и он демонстрирует превосходные каталитические свойства и селективность продукта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[24] На Фиг. 1 представлен полученный с помощью трансмиссионного электронного микроскопа снимок нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша примера 1 по изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[25] Для дополнительной иллюстрации изобретение, эксперименты, подробно описывающие нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, способ его приготовления и его применение описаны далее совместно с чертежами. Следует отметить, что следующие примеры предназначаются для описания, а не для ограничения изобретения.
Пример 1
[26] 6 г ацетилацетоната железа(III) растворяли в 550 мл раствора 2-пирролидона (с плотностью 1,116 г/мл) с последующим добавлением 3,5 г 1,2-дигидроксидодекана, чтобы получить смесь. После этого раствор нагревали при наличии механического перемешивания и воздуха до температуры 160°C со скоростью нагрева 1°C/мин. Раствор выдерживали в течение 120 мин при температуре 160°C и затем охлаждали до комнатной температуры, чтобы получить серо-черный коллоидный раствор наножелеза, который герметично закрывали, используя 250 мл жидкого парафина для использования.
[27] Приготовленный серо-черный коллоидный раствор наножелеза вместе с жидким парафином немедленно перемещали в реактор с трехфазным псевдоожиженным слоем (ʺсларриʺ реактор) для синтеза Фишера-Тропша. Температура реакции составляла 260°C, загрузочное объемное отношение водорода и монооксида углерода составляло 1,2, объемная скорость газа составляла 13,7 л/ч/г катализатора (скорость течения газа составляла 13 л/ч) и давление реакции составляло 2 МПа. При таких условиях оценка работы катализатора приведена в Таблице 1, при этом микроструктура катализатора показана на Фиг.1.
Пример 2
[28] 2,6 г оксалата кобальта(II) и 0,01 г нитрозилнитрата рутения(III) растворяли в 250 мл раствора дибензилового эфира, (с плотностью 1,04 г/мл) с последующим добавлением 10 г 1,2-гексадекандиола, чтобы получить смесь. После этого раствор нагревали при наличии механического перемешивания и газа аргона до температуры 250°C со скоростью нагрева 10°C/мин. Раствор выдерживали в течение 80 мин при температуре 250°C и затем охлаждали до комнатной температуры, чтобы получить темно-фиолетовый коллоидный раствор нанокобальта, который герметично закрывали, используя 250 мл жидкого парафина для использования.
[29] Приготовленный темно-фиолетовый коллоидный раствор нанокобальта вместе с жидким парафином немедленно перемещали в реактор с трехфазным псевдоожиженным слоем (ʺсларриʺ реактор) для синтеза Фишера-Тропша. Температура реакции составляла 180°C, загрузочное отношение водорода и монооксида углерода составляло 2,4, объемная скорость газа составляла 4,8 л/ч/г катализатора (скорость течения газа составляла 5 л/ч) и давление реакции составляло 3 МПа. При таких условиях оценка работы катализатора приведена в Таблице 1.
Пример 3
[30] 4 г ацетилацетоната железа(III) и 2 г ацетилацетоната кобальта(II) растворяли в 450 мл раствора бензилового спирта, (с плотностью 1,04 г/мл) с последующим добавлением 9 г 1,2,4-бутантриола, чтобы получить смесь. После этого раствор нагревали при наличии механического перемешивания и воздуха до температуры 200°C со скоростью нагрева 5°C/мин. Раствор выдерживали в течение 60 мин при температуре 200°C и затем охлаждали до комнатной температуры, чтобы получить темно-серый коллоидный раствор наноферокобальта, который герметично закрывали, используя 250 мл жидкого парафина для использования.
[31] Приготовленный темно-серый коллоидный раствор наноферокобальта вместе с жидким парафином немедленно перемещали в реактор с трехфазным псевдоожиженным слоем (ʺсларриʺ реактор) для синтеза Фишера-Тропша. Температура реакции составляла 200°C, загрузочное отношение водорода и монооксида углерода составляло 2, объемная скорость газа составляла 7,3 л/ч/г катализатора (скорость течения газа составляла 8 л/ч) и давление реакции составляло 1 МПа. При таких условиях оценка работы катализатора приведена в Таблице 1.
Пример 4
[32] 3,1 г пентакарбонила железа и 2,6 г декакарбонилдимарганца растворяли в 250 мл жидкого парафина, (с плотностью 0,87 г/мл) с последующим добавлением 5 г 1,2,8-октантриола чтобы получить смесь. После этого раствор нагревали при наличии механического перемешивания и азота до температуры 235°C со скоростью нагрева 8°C/мин. Раствор выдерживали в течение 100 мин при температуре 235 °C и затем охлаждали до комнатной температуры, чтобы получить темно-серый коллоидный наножелезомарганцевый раствор, который герметично закрывали для использования.
[33] Приготовленный темно-серый коллоидный наножелезомарганцевый раствор немедленно перемещали в реактор с трехфазным псевдоожиженным слоем (ʺсларриʺ реактор) для синтеза Фишера-Тропша. Температура реакции составляла 240°C, загрузочное объемное отношение водорода и монооксида углерода было 1,8, объемная скорость газа составляла 0,8 л/ч/г катализатора (скорость течения газа составляла 1 л/ч) и давление реакции составляло 2 МПа. При таких условиях оценка работы катализатора приведена в Таблице 1.
Таблица 1
Параметры | Катализаторы по изобретению | ||||
Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | ||
Физико-химические свойства | Средний размер зерна металлического кристалла (нм) | 5,3 | 47,0 | 18,7 | 83,3 |
Удельная площадь поверхности катализаторов (м2/г) | 288,3 | 17,4 | 54,1 | 8,6 | |
Индекс оценки | Температура реакции (°C) | 260 | 180 | 200 | 240 |
Давление реакции (МПа) | 2 | 3 | 1 | 2 | |
Загрузочное объемное отношение водорода и монооксида углерода | 1,2 | 2,4 | 2 | 1,8 | |
Объемная скорость (л/ч/г катализатора) | 13,7 | 4,8 | 7,3 | 0,8 | |
Каталитические свойства | Конверсия CO (%) | 73,2 | 26,7 | 33,1 | 32,8 |
Селективность по метану (моль.%) | 3,2 | 7,7 | 6,1 | 2,8 | |
Селективность по диоксиду углерода (моль.%) | 21,4 | 0,5 | 4,2 | 26,4 | |
Селективность по C2-C4 углеводородам (моль./%) | 23,6 | 16,3 | 19 | 22,9 | |
Селективность по C5+ углеводородам (моль./%) | 51,8 | 75,5 | 70,7 | 47,9 | |
Данные в таблице были получены с помощью статистического анализа изображений, полученных с помощью трансмиссионного электронного микроскопа |
[34] На основании физико-химических свойств и каталитических свойств катализатора, показанных в Таблице 1, с помощью способа получения, раскрытого в настоящем описании, можно быстро изготовить высокоактивный катализатор с металлическими частицами наноразмеров с разными размерами зерна. Как правило, чем меньше размер зерна катализатора, тем больше активная удельная площадь поверхности и выше каталитическая активность. Однако стабильность катализатора будет снижаться. Нанометаллический катализатор с размером зерна 5-20 нм демонстрирует более универсальные свойства. По сравнению с традиционными промышленными катализаторами, катализатор по изобретению демонстрирует лучшую каталитическую активность, более низкую селективность по метану, более высокую селективность для C2-C4 углеводородов, таким образом, катализатор по изобретению имеет лучшие перспективы использования.
Claims (21)
1. Нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша, включающий
переходный металл; и
органический растворитель,
где
переходный металл устойчиво диспергирован в органическом растворителе в виде монодисперсных наночастиц;
переходным металлом является марганец, железо, кобальт, рутений или смесь из них;
переходный металл имеет размер зерна в пределах 1-100 нм;
органическим растворителем является бензиловый эфир, ароматический спирт, пирролидон или жидкий парафин; и
катализатор имеет удельную площадь поверхности в пределах 5-300 м2/г,
причем указанный катализатор получен способом, включающим:
1) растворение органической соли указанного переходного металла в указанном органическом растворителе, содержащем многоатомный спирт, с получением смеси; и
2) нагревание и перемешивание смеси в присутствии воздуха или инертного газа, выдержку смеси при температуре в диапазоне 150-250°C в течение 30-240 мин с получением указанного нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша.
2. Катализатор по п. 1, в котором размер зерна переходного металла находится в пределах 5-20 нм.
3. Способ приготовления нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша по п. 1, включающий:
1) растворение органической соли переходного металла в органическом растворителе, содержащем многоатомный спирт, с получением смеси; и
2) нагревание и перемешивание смеси в присутствии воздуха или инертного газа, выдержку смеси при температуре в диапазоне 150-250°C в течение 30-240 мин с получением нанокатализатора из монодисперсного переходного металла для синтеза Фишера-Тропша.
4. Способ по п. 3, где на стадии 1) переходным металлом является марганец, железо, кобальт, рутений или смесь из них, а органической солью является оксалатная, ацетилацетонатная или карбонильная соль металла.
5. Способ по п. 3 или 4, где на стадии 1) многоатомным спиртом является С3-С18 двухатомный спирт или трехатомный спирт, а органическим растворителем является бензиловый эфир, ароматический спирт, пирролидон или жидкий парафин.
6. Способ по п. 3 или 4, где на стадии 1) молярное отношение многоатомного спирта и органической соли переходного металла находится в пределах 1-5:1, а молярное отношение органического растворителя и органической соли переходного металла находится в пределах 30-500:1.
7. Способ по п. 3 или 4, где на стадии 2) скорость нагрева смеси находится в пределах 1-10°C/мин, а время выдержки при температуре находится в пределах 60-120 мин.
8. Способ для синтеза Фишера-Тропа, включающий использование нанокатализатора из монодисперсного переходного металла по п. 1, причем способ включает непосредственное применение катализатора для синтеза Фишера-Тропша без фильтрации, отделения, очистки, высокотемпературного обжига и активационного восстановления, и регулирование температуры реакции в диапазоне 180-300°C, давления реакции в пределах от 1 до 3 МПа, загрузочного объемного отношения водорода и монооксида углерода в пределах 1-2,5 и общей объемной скорости в пределах от 0,5 до 15 л/ч/г катализатора.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510050801.3 | 2015-01-30 | ||
CN201510050801.3A CN104607190B (zh) | 2015-01-30 | 2015-01-30 | 用于费托合成的单分散过渡金属纳米催化剂及其制备方法和应用 |
PCT/CN2016/072081 WO2016119669A1 (zh) | 2015-01-30 | 2016-01-26 | 用于费托合成的单分散过渡金属纳米催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2675839C1 true RU2675839C1 (ru) | 2018-12-25 |
Family
ID=53141994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017130496A RU2675839C1 (ru) | 2015-01-30 | 2016-01-26 | Нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза фишера-тропша, способ его приготовления и его применение |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20170335202A1 (ru) |
EP (1) | EP3251745A4 (ru) |
JP (1) | JP6653709B2 (ru) |
KR (1) | KR20170110121A (ru) |
CN (1) | CN104607190B (ru) |
AU (1) | AU2016212495A1 (ru) |
CA (1) | CA2975160A1 (ru) |
RU (1) | RU2675839C1 (ru) |
WO (1) | WO2016119669A1 (ru) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104607190B (zh) * | 2015-01-30 | 2018-01-16 | 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 | 用于费托合成的单分散过渡金属纳米催化剂及其制备方法和应用 |
CN105056944B (zh) * | 2015-08-07 | 2018-01-30 | 北京华福工程有限公司 | 一种高分散催化体系及其制备方法和应用 |
CN108570667A (zh) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 中国科学技术大学 | 一种金属膜、反应器及其制备方法和化合物的制备方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2430780C2 (ru) * | 2007-05-08 | 2011-10-10 | Синфьюэлс Чайна Текнолоджи Ко., Лтд | Нанокатализатор на основе переходного металла, способ его приготовления и использование в реакции синтеза фишера-тропша |
WO2014096732A1 (fr) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | NANO-CATALYSEURS METALLIQUES DANS LE GLYCEROL et APPLICATIONS EN SYNTHESE ORGANIQUE |
KR20140104636A (ko) * | 2013-02-20 | 2014-08-29 | 한국화학연구원 | 피셔 트롭시 합성용 코발트 촉매, 제조방법 및 이를 이용한 액체 탄화수소 제조방법 |
EP2783750A1 (en) * | 2011-11-24 | 2014-10-01 | Wuhan Kaidi Engineering Technology Research Institute Co. Ltd | Fischer-tropsch synthesis cobalt nano-catalyst based on porous material confinement, and preparation method therefor |
RU2537850C1 (ru) * | 2013-09-12 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АНИКО" | Катализатор и способ получения синтетических углеводородов алифатического ряда из оксида углерода и водорода в его присутствии |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060189113A1 (en) * | 2005-01-14 | 2006-08-24 | Cabot Corporation | Metal nanoparticle compositions |
EP1986804B1 (en) * | 2006-02-16 | 2011-12-28 | Brigham Young University | Preparation of uniform nanoparticles of ultra-high purity metal oxides, mixed metal oxides, metals, and metal alloys |
CN1943855A (zh) * | 2006-10-11 | 2007-04-11 | 大连理工大学 | 温控两相纳米催化体系及应用 |
US20100054981A1 (en) * | 2007-12-21 | 2010-03-04 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Magnetic nanoparticles, bulk nanocomposite magnets, and production thereof |
CN100548476C (zh) * | 2008-05-19 | 2009-10-14 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 一种适合于浆态床用纳米催化剂及制法和应用 |
CN101406961B (zh) * | 2008-11-25 | 2011-06-22 | 哈尔滨工业大学 | 水溶性金纳米团簇的制备方法 |
JP5574761B2 (ja) * | 2009-04-17 | 2014-08-20 | 国立大学法人山形大学 | 被覆銀超微粒子とその製造方法 |
CN102371151B (zh) * | 2010-08-26 | 2013-05-01 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种纳米贵金属催化剂及其制备方法 |
CN102179255A (zh) * | 2011-03-02 | 2011-09-14 | 浙江工业大学 | 一种负载型钴合金催化剂及其在费托合成中的应用 |
CN103736487B (zh) * | 2013-12-29 | 2016-02-24 | 浙江工业大学 | 一种无溶剂机械混合制备负载型金属催化剂的方法 |
CN104607190B (zh) * | 2015-01-30 | 2018-01-16 | 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 | 用于费托合成的单分散过渡金属纳米催化剂及其制备方法和应用 |
-
2015
- 2015-01-30 CN CN201510050801.3A patent/CN104607190B/zh active Active
-
2016
- 2016-01-26 KR KR1020177024375A patent/KR20170110121A/ko not_active Application Discontinuation
- 2016-01-26 WO PCT/CN2016/072081 patent/WO2016119669A1/zh active Application Filing
- 2016-01-26 EP EP16742731.9A patent/EP3251745A4/en not_active Withdrawn
- 2016-01-26 RU RU2017130496A patent/RU2675839C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2016-01-26 AU AU2016212495A patent/AU2016212495A1/en not_active Abandoned
- 2016-01-26 JP JP2017538345A patent/JP6653709B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2016-01-26 CA CA2975160A patent/CA2975160A1/en not_active Abandoned
-
2017
- 2017-07-28 US US15/662,310 patent/US20170335202A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2430780C2 (ru) * | 2007-05-08 | 2011-10-10 | Синфьюэлс Чайна Текнолоджи Ко., Лтд | Нанокатализатор на основе переходного металла, способ его приготовления и использование в реакции синтеза фишера-тропша |
EP2783750A1 (en) * | 2011-11-24 | 2014-10-01 | Wuhan Kaidi Engineering Technology Research Institute Co. Ltd | Fischer-tropsch synthesis cobalt nano-catalyst based on porous material confinement, and preparation method therefor |
RU2624441C2 (ru) * | 2011-11-24 | 2017-07-04 | Ухань Каиди Инжиниринг Технолоджи Рисоч Институте Ко., Лтд. | Кобальтовый нанокатализатор синтеза фишера-тропша, локализованный в пористом материале, и способ его получения |
WO2014096732A1 (fr) * | 2012-12-21 | 2014-06-26 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | NANO-CATALYSEURS METALLIQUES DANS LE GLYCEROL et APPLICATIONS EN SYNTHESE ORGANIQUE |
KR20140104636A (ko) * | 2013-02-20 | 2014-08-29 | 한국화학연구원 | 피셔 트롭시 합성용 코발트 촉매, 제조방법 및 이를 이용한 액체 탄화수소 제조방법 |
RU2537850C1 (ru) * | 2013-09-12 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АНИКО" | Катализатор и способ получения синтетических углеводородов алифатического ряда из оксида углерода и водорода в его присутствии |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20170110121A (ko) | 2017-10-10 |
EP3251745A1 (en) | 2017-12-06 |
AU2016212495A1 (en) | 2017-09-21 |
WO2016119669A1 (zh) | 2016-08-04 |
CN104607190B (zh) | 2018-01-16 |
JP6653709B2 (ja) | 2020-02-26 |
CN104607190A (zh) | 2015-05-13 |
US20170335202A1 (en) | 2017-11-23 |
CA2975160A1 (en) | 2016-08-04 |
EP3251745A4 (en) | 2018-10-03 |
JP2018505045A (ja) | 2018-02-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101625987B1 (ko) | 다공성 재료 갇힘 기반의 피셔-트롭쉬 합성 코발트 나노 결정 및 이의 제조 방법 | |
KR101405518B1 (ko) | 피셔-트롭시 합성반응용 코발트계 촉매의 제조방법 | |
AU2013354120B2 (en) | Core-shell particles with catalytic activity | |
JP5284963B2 (ja) | 金属硝酸塩の転化方法 | |
RU2675839C1 (ru) | Нанокатализатор из монодисперсного переходного металла для синтеза фишера-тропша, способ его приготовления и его применение | |
EP2301663B1 (en) | Catalyst for fischer-tropsch synthesis and method for producing hydrocarbons | |
KR101524574B1 (ko) | 피셔-트롭쉬 합성 반응을 위한 코발트-실리카 에그-쉘 나노촉매의 제조방법 및 그 촉매와, 이를 이용한 액체 탄화수소의 합성 방법 | |
EP2714848B1 (fr) | Procédé catalytique pour la conversion d'un gaz de synthèse en hydrocarbures | |
US9248435B2 (en) | Process for preparing a cobalt-containing fischer tropsch catalyst | |
CN106475101B (zh) | 含二氧化硅助剂的多孔炭载钴基费托合成催化剂及其制备方法 | |
WO2010055808A1 (ja) | 不飽和炭化水素および含酸素化合物の製造方法、触媒およびその製造方法 | |
JP4773116B2 (ja) | 合成ガスから炭化水素を製造する触媒の製造方法、並びに当該触媒を用いた合成ガスから炭化水素を製造する方法 | |
CN112973694A (zh) | 一种铝元素促进的无序介孔二氧化硅负载的钴基催化剂及其制备与应用 | |
KR101468204B1 (ko) | 합성가스로부터 함산소탄소화합물 제조용 촉매의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 촉매를 이용한 함산소탄소화합물의 제조방법 | |
KR101527161B1 (ko) | 합성가스로부터 함산소탄소화합물 제조를 위한 결정 형태의 촉매 활성 금속이 담지 된 촉매 및 이를 이용한 함산소탄소화합물의 제조방법 | |
Li et al. | The performance of au nanoparticle supported on mesoporous TiO2 for low-temperature CO Oxidation | |
TO | Luck et al.(43) Pub. Date: Jul. 10, 2014 | |
FR2978681A1 (fr) | Procede catalytique pour la conversion d'un gaz de synthese en hydrocarbures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200127 |