CC BY
2
DOI - 10.32743/UniTech.2024.121.4.17387
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКИХ ОЛЕФИНОВ НЕПОСРЕДСТВЕННО ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА НА БИФУНКЦИОНАЛЬНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ
Куйбоцаров Ойбек Эргашович
канд. техн. наук,
Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: oybek.kuyboqarov@mail.ru
Эгамназарова Фазилат Дустцобиловна
ассистент,
Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши
METHOD FOR PRODUCING LIGHT OLEFINS DIRECTLY FROM SYNTHESIS GAS
ON A BIFUNCTIONAL CATALYST
Oybek Kuybokarov
Candidate Tech. Science, Karshin Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
Fazilat Egamnazarova
Assistant,
Karshin Engineering and Economic Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
АННОТАЦИЯ
В данной работе подходящей каталитической системой для селективной конверсии легких олефинов (синтез в олефины; STO) с использованием синтез-газа из природного газа является оксид кальция (CaOx), полученный золь-гель-методом на катализаторе на основе железа. сообщили о новой каталитической системе с улучшенным выходом и стабильностью катализатора для легких олефинов C2-C4, полученных из синтез-газа, по сравнению с модифицированным катализатором Фишера-Тропша.. Технология преобразования природного газа в жидкие углеводороды начинается с реакции, в результате которой получается синтетический газ путем газификации природного газа, угля и биомассы.
ABSTRACT
In this work, a suitable catalyst system for the selective conversion of light olefins (synthesis to olefins; STO) using synthesis gas from natural gas is calcium oxide (CaOx) produced by the sol-gel method on an iron-based catalyst. reported a new catalyst system with improved catalyst yield and stability for C2-C4 light olefins derived from syngas compared to a modified Fischer-Tropsch catalyst. Technology for converting natural gas to liquid hydrocarbons begins with a reaction that produces synthetic gas through gasification of natural gas, coal and biomass.
Ключевые слова: синтез Фишера-Тропша (ФТС), железо, оксид кальция, легкие олефины, золь-гель метод.
Keywords: Fischer-Tropsch synthesis (FTS), iron, calcium oxide, light olefins, sol-gel method.
В реакции газообмена воды по схеме (2), которая является конкурирующей реакцией с реакцией STO, монооксид углерода и вода, полученные по схеме (1), реагируют с образованием диоксида углерода и водорода. Следовательно, вода, полученная в уравнении (1), изменяет соотношение водорода и монооксида углерода в продукте на протяжении всего процесса Фишера-Тропша. Катализатор, используемый в процессе Фишера-Тропша, имеет разные
компоненты в зависимости от условий реакции или желаемого продукта, но основной активный компонент катализатора, необходимый для этой реакции, выбран из группы 7А (кобальт, рутений, железо или никель). [1] В синтезе Фишера-Тропиша используется по крайней мере один компонент элементов группы 3А, группы 4А, группы 5А, группы 6А и группы 1В в качестве дополнительных структурных стабилизаторов. Распределение побочных
Библиографическое описание: Куйбокаров О.Э., Эгамназарова Ф.Д. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГКИХ ОЛЕФИНОВ НЕПОСРЕДСТВЕННО ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА НА БИФУНКЦИОНАЛЬНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2024. 4(121). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/17387
продуктов в процессе Фишера-Тропша Распределение побочных продуктов в процессе Фишера-Тропша. , реакция Фишера-Тропша формулы (1) в жидкой форме системы кобальта является доминирующей и обладает способностью образовывать много воды из-за недостатка водяного газа. Высокотемпературный, высокоскоростной пар, образующийся в процессе Фишера-Тропша с использованием катализатора на основе кобальта в реакции конверсии,
представляет собой частицы кобальта небольшого размера, энергетическое содержание которых меньше одной единицы, и может быть регенерировано в течение длительного времени. период времени. Есть проблема, снижающая поддержку катализатора [2]. Эффект оказывают частицы катализатора субмикронного диапазона, которые в основном образуются в реакторах.
1. Катализаторы размером менее нескольких микрон в продукте трудно полностью удалить.
2. Из-за выхода из строя катализатора в реакторе сокращается срок службы катализатора.
3. Восстановление восстановленного катализатора затруднено, и ценный металлический кобальт теряется.
В то же время в реакции Фишера-Тропша катализаторы на основе железа дешевле кобальтовых, обладают более высокой удельной активностью, а также за счет более высокой конверсии водяного газа в угольный синтез-газ с низким молярным соотношением (H2 /СО = 0,5 -0,7) имеет. Преимущество реакции заключается в том, что протекает также реакция Фишера-Тропша. Таким образом, реакция Фишера-Тропша с использованием катализатора на основе железа имеет превосходное преимущество в активности для реакции конверсии водяного газа при очистке синтез-газа с низким соотношением H2/CO [3]. С другой стороны, катализаторы на основе кобальта осуществляют реакцию Фишера-Тропша с использованием синтез-газа с высоким молярным соотношением водорода/моноксида углерода (H2/CO = 1,7-2,1), полученного из природного газа. Предыдущие исследования показали, что железный катализатор синтеза Фишера-Тропша в реакторе улучшает селективность легких олефинов за счет совместного осаждения кобальта в процессе производства катализатора. Чтобы улучшить реакционную способность катализатора и селективность легких олефинов, он Известно, что в конечном итоге к этим железным катализаторам добавляется калий. Это каталитическая система, используемая в синтезе Фишера-Тропша для селективного получения легких олефинов из синтез-газа. Цеолитсодержащий железный катализатор имеет удельную поверхность цеолита 200-500 мкг/г и молярное соотношение Si/Al. 45 или менее [4]. Его можно использовать либо путем преобразования в водородную форму, либо путем ионного обмена или предварительной обработки основанием с использованием одиночных или бинарных предшественников металлов IA, IIA, Zr, P и лантана. Среди компонентов Fe-Cu-Al-K, активных в реакции гидрирования монооксида углерода,
Fe составляет от 10 до 70% по массе, Cu от 1 до 10%, Al от 0 до 20%. по массе и K от 1 до 10% по массе. Используется для нанесения или совместного осаждения катализатора серии Fe-Cu-(Al)-K, содержащего известный U %. В этом изобретении, по сравнению с ранее описанным катализатором Fe-Cu-Al-K, мы представляем каталитическую систему золь-гель с повышенной активностью и стабильностью для синтеза Фишера-Тропша и значительно улучшенной селективностью по отношению к легким олефинам. разработал метод производства катализатора, в котором в качестве носителя используется оксид кальция для увеличения диспергируемости и восстанавливаемости железа, а также для повышения стабильности катализатора за счет подавления дезактивации в условиях реакции Фишера-Тропша [5]. В данной работе мы разработали каталитическую систему, пригодную для селективного извлечения легких олефинов из синтез-газа, полученного из природного газа, путем введения катализатора на основе железа, полученного пропиткой оксида кальция, полученного золь-гель-методом. Была разработана каталитическая система для увеличения выхода олефинов C2-C4. В данной работе представлен метод получения легких олефинов непосредственно из синтез-газа и способ его получения с использованием железосодержащего катализатора с использованием в качестве носителя катализатора Фишера-Тропша и оксида кальция, приготовленного золь-гель методом [6]. Работа катализатора характеризуется увеличением скорости и выхода конверсии в легкие олефины и повышением стабильности катализатора. Это Fischer-T на основе железа, содержащий 100 весовых частей носителя оксида кальция, от 10 до 70 весовых частей Fe, от 1 до 10 K и от 1 до 10 металлов. Содержит элемент, выбранный из Cu, Co и Mn. Относится к способу получения носителя из оксида кальция для синтеза катализатора Фишера-Тропша на основе железа, где нитрат кальция (Ca(NO3)2-4H2O) относится к способу получения носителя из оксида кальция для синтеза катализатор Фишера-Тропша на основе железа lib, характеризующийся тем, что нагрев осуществляется в две вышеуказанные стадии при температуре от 100 до 150°С [7]. Более
конкретно, он относится к способу получения носителя из оксида кальция для синтеза катализатора Фишера-Тропша на основе железа, у которого удельная поверхность носителя оксида кальция составляет от 5 до 50 м2/г. Кроме того, растворяют этиленгликоль в лимонной кислоте, добавляют к раствор лимонной кислоты и этиленгликоля, перемешайте, а затем нагрейте, чтобы полностью удалить воду из раствора. Включает первый этап. На втором этапе этап 3 получения носителя из оксида кальция путем поэтапного прокаливания разделенного водой соединения, этап 4 введения трех или более предшественников металлов, включая нитрат железа и предшественник калия, в носитель из оксида кальция путем абсорбции или совместного Осаждение относится к способу получения катализатора Фишера-Тропша на основе железа, включающему следующие стадии [8]. Более конкретно, данная работа относится к способу получения катализатора Фишера-Тропша на основе железа с использованием нитрата кальция (Ca(NO3)2-4H2O) и к способу получения катализатора Фишера-Тропша на основе железа с использованием оксида кальция с удельной поверхностью площадь опоры от 5 до 50 м2/г. Так, гидрат нитрата железа (Fe(NO3)3 9H2O), ацетат железа (Fe(CO2CH3)2), гидрат оксалата железа (Fe(C2O4)3 6H2O), ацетил железа. Ряд железа Фишера-Тропша характеризуется тем, что он представляет собой смесь одного, двух или более предшественников, выбранных из предшественников Fe(II) и Fe(III), которыми являются ацетат (Fe(C5H7O2)3) и хлорид железа ( FeCl3) [9]. Содержит соли металлов, выбранные из меди, кобальта или марганца. Более конкретно, эта статья относится к способу производства катализатора Фишера-Тропша на основе железа, который затем включает стадию прокаливания приготовленного катализатора при температуре от 300 до 700 °C. При разработке процесса STO и каталитической технологии для отбора легких олефинов, которые являются основным сырьем для нефтехимии, конкурентоспособной является разработка эффективного катализатора Фишера-Тропша для реакции синтеза STO, чтобы справиться с недавним быстрым ростом цен на нефть. Катализатор Fe-Cu (или Co и Mn)-Al и гибридный катализатор на основе оксида кальция, приготовленные описанным выше способом совместного осаждения, наносят на носитель от 1 до 10 мас.% калиевого компонента для приготовления конечного катализатора STO. Подробно настоящее изобретение относится к способу производства катализатора Фишера-Тропша на основе железа, в котором носитель из оксида кальция имеет удельную поверхность от 5 до 50 м2/г. Согласно способу производства по настоящему изобретению можно получить носитель из оксида кальция с удельной площадью поверхности от 5 до 50 м2/г. Чем больше удельная площадь поверхности, тем лучше диспергирующая способность активного ингредиента железа. будет Если удельная поверхность носителя из оксида кальция меньше 5 м2/г, коэффициент диффузии железа
апрель, 2024 г.
снижается. Однако если удельная поверхность носителя из оксида кальция превышает 50 м2/г, возникает проблема снижения мощности катализатора [10]. Более конкретно, предшественником железа в данном изобретении является гидрат нитрата железа (Fe (NO3) 3 • 9H2O), ацетат железа (Fe (CO2CH3) 2), гидрат оксалата железа (Fe (C2O4) 3 • 6H2O) и ацетилацетат железа. (Fe(C5H7O2)3) и хлорид железа (FeCl3) и другие являются предшественниками Fe(II) и Fe(III), например, состоящими из одного, двух или более смешанных предшественников, выбранных из соединений Фишера-Тропша на основе железа (FeCl3 ).
Приготовление катализатора
Использовали 3,5 г порошкообразного носителя оксида кальция, полученного выше, а в качестве предшественников железа и кобальта использовали 4,606 г гидрата нитрата железа (Fe(NO3)3 H2O) и 0,350 г гидрата нитрата кобальта (Co(NO3)2 H2O). Его растворяли в 58 мл третичной дистиллированной воды, перемешивали, перемешивали при 65°C в течение более 5 часов и воду удаляли с помощью установки вакуумной перегонки. Приготовленный катализатор железо-кобальт/оксид кальция помещали в 58 мл водного раствора, содержащего 0,245 г предшественника калия (K2CO3), перемешивали при 65°C в течение более 5 часов, а затем сушили при 115°C, а затем при 500°C. Катализатор калий-железо-кобальт/оксид кальция готовили путем прокаливания на воздухе в течение 6 часов. В это время состав катализатора составлял 3,5 мас.% K - 22,5 мас.% Fe -2 мас.% Co/CaOx на металлической основе, а удельная поверхность катализатора составляла 4,42 м2/г. Перед началом реакции 0,3 г катализатора загружали в реактор со сплошными стенками из нержавеющей стали диаметром 1/2 дюйма. После восстановительной обработки при 450 °С в атмосфере водорода (5 об.% H2/He) в течение 11 часов реагентами являются оксид углерода: водород: аргон (внутренний), температура реакции 300 °С, реакционное давление 10 кг/см2 и объемная скорость 2000 л. / Молярное соотношение кг кат. (стандартный материал) установили на уровне 31,7:63,3:5 и ввели в реактор для проведения реакции Фишера-Тропша. Сначала методом соосаждения готовили катализатор - железо-кобальт-оксидный катализатор [11]. Прекурсоры железа, кобальта и кальция включают 13,353 г гидрата нитрата железа (Fe(NO3)3H2O), 0,842 г гидрата нитрата меди (Cu(NO3)2H2O) и гидрата нитрата кальция (Ca(NO3)22O). 0,523 г растворяли в 100 мл третичной дистиллированной воды и затем совместно осаждали 100 мл водного раствора, содержащего 11,066 г аммиачной воды, при 70 °C и pH 7 [12].
Исследование катализаторов методами РФТ и ИК-спектроскопии позволило определить структурно-фазовый состав катализаторов и кристаллохимические свойства активного компонента синтеза углеводородов.
Рисунок 1. Результаты
^е (N03) 3 • 9Н20), ацетат железа ^е (С02СН3) 2), гидрат оксалата железа (Бе (С204) 3 • 6Н20) и ацетилацетат железа. ^е(С5Н702)3) и хлорид железа (РеС13)
Подготовленный железо -кобальт-оксидный катализатор добавляли к 60 мл водного раствора, содержащего растворенные 0,646 г предшественника калия (К2С03), перемешивали при 60°С в течение
более 6 часов, а затем дополнительно сушили при 105°С. [13-14] Более 12 часов, а затем сушили при 500°С. Катализатор оксид калия/железо-кобальт-кальция готовили путем прокаливания на воздухе в течение 5 часов. В это время состав катализатора составляет 4% по массе К - 20% по массе Fe - 2% по массе Си/СаОх на металлической основе и удельная поверхность катализатора составляет 7,5 м2/г.
Список литературы:
1. Kuyboqarov O., Anvarova I., Abdullayev B. RESEARCH OF THE CATALYTIC PROPERTIES OF A CATALYST SELECTED FOR THE PRODUCTION OF HIGH-MOLECULAR WEIGHT LIQUID SYNTHETIC HYDROCARBONS FROM SYNTHESIS GAS //Universum: технические науки. - 2023. - №. 10-7 (115). -С. 28-32.
2. Kuyboqarov O., Egamnazarova F., Jumaboyev B. STUDYING THE ACTIVITY OF THE CATALYST DURING THE PRODUCTION PROCESS OF SYNTHETIC LIQUID HYDROCARBONS //Universum: технические науки. -2023. - №. 11-7 (116). - С. 41-45.
3. Муртазаев Ф.И., Неъматов Х.И., Бойтемиров О.Э., Куйбакаров О.Э., & Каршиев М.Т. (2019). ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ СЕРЫ И НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА ДЛЯ ДОРОЖНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Международный академический вестник, (10), 102-105.
4. Муртазаев Ф.И., Неъматов Х.И., Бойтемиров О.Э., Куйбакаров О.Э., & Каршиев М.Т. (2019). ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИНТЕЗИРОВАННЫХ ОЛИГОМЕРОВ ДЛЯ ОБЕССЕРИВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА. Международный академический вестник, (10), 105-107.
5. Boytemirov O., Shukurov A., Ne'matov X., & Qo'yboqarov O. (2020). Styrene-based organic substances, chemistry of polymers and their technology. Результаты научных исследований в условиях пандемии (COVID-19), 1(06), 157-160.
6. Куйбокаров О., Бозоров О., Файзуллаев Н., Хайитов Ж., & Худойбердиев И.А. (2022, June). Кобальтовые катализаторы синтеза Фишера-Тропша, нанесенные на Al2O3 различных полиморфных модификаций. In E Conference Zone (pp. 349-351).
7. Куйбокаров О.Э., Бозоров О.Н., Файзуллаев Н.И., & Нуруллаев А.Ф.У. (2022). КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА В ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНОМ КАТАЛИЗАТОРЕ. Universum: технические науки, (1-2 (94)), 93-103.
8. Куйбокаров О.Э., Бозоров О.Н., Файзуллаев Н.И., & Хайдаров О.У.У. (2021). СИНТЕЗ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ УГЛЕРОДОВ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКОГО ГАЗА ПРИ УЧАСТИИ CO-FE-NI-ZRO2/ßMJ (ВЕРХНИЙ КРЫМСКИЙ ЦЕОЛИТ). Universum: технические науки, (12-4 (93)), 72-79.
9. Куйбокаров О.Э., Шобердиев О.А., Рахматуллаев К.С., & Муродуллаева Ш. (2022). ПОЛИОКСИДНЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАНА В СИНТЕЗ ГАЗ. Central Asian Research Journal for Interdisciplinary Studies (CARJIS), 2(5), 679-685.
10. Rustamovich O.N., Ergashovich K.O., Khujanazarovna K.Y., Ruzimurodovich K.D., & Ibodullaevich F.N. (2021). Physical-Chemical and Texture Characteristics of Coate-Fe-Ni-ZrO2/YuKS+ Fe3O4+ d-FeOON. Turkish Online Journal of Qualitative Inquiry, 12(3).
№ 4 (121)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
• 7universum.com
апрель, 2024 г.
11. О.Э.Куйбокаров.,Т.Х.Сайфуллаев Конверсия метана в карбонат на молибденовых и цирконийных катализаторах Universum: технические науки. Выпуск: 12(117) Декабрь 2023 год.
12. О.Э.Куйбокаров. Контроль качества препарата самарий153sm-оксобифор Universum: технические науки. Выпуск: 3 (120) март 2024 год.
13. Qo'yboqarov O.E. Metаnni катЬопаШ ко^егауа1а^Ы Sanoatda raqamli texnologiyalar 2(1). (2024).
14. Oybek Kuybokarov, Muradulla Karshiyev, Ganisher Rakhimov, Research of the catalytic properties of a catalyst selected for the production of high-molecular weight liquid synthetic hydrocarbons from synthesis gas E3S Web Conf. III International Conference on Actual Problems of the Energy Complex: Mining, Production, Transmission, Processing and Environmental Protection (ICAPE2024) Volume 498, 2024.
