RU2204546C1 - Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода - Google Patents

Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода Download PDF

Info

Publication number
RU2204546C1
RU2204546C1 RU2002100790/04A RU2002100790A RU2204546C1 RU 2204546 C1 RU2204546 C1 RU 2204546C1 RU 2002100790/04 A RU2002100790/04 A RU 2002100790/04A RU 2002100790 A RU2002100790 A RU 2002100790A RU 2204546 C1 RU2204546 C1 RU 2204546C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
catalyst
acid component
iron
synthesis gas
Prior art date
Application number
RU2002100790/04A
Other languages
English (en)
Inventor
В.М. Мысов
К.Г. Ионе
Original Assignee
Научно-инженерный центр "Цеосит" Объединенного института катализа СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-инженерный центр "Цеосит" Объединенного института катализа СО РАН filed Critical Научно-инженерный центр "Цеосит" Объединенного института катализа СО РАН
Priority to RU2002100790/04A priority Critical patent/RU2204546C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2204546C1 publication Critical patent/RU2204546C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Использование: нефтехимия. Сущность изобретения: проводят контактирование синтез-газа с каталитической композицией, состоящей из смеси железосодержащего катализатора синтеза Фишера-Тропша в окисленной или восстановленной форме, промотированного окислами алюминия, кремния, магния, калия и кальция, и кислотного компонента - кристаллического алюмосиликата или силикоалюмофосфата. Используют циркуляцию газового потока после реактора с объемным отношением количества циркулирующего газа к исходному синтез-газу, равному 1-1000, а процесс проводят при давлении 10-100 атм, температуре 220-400oС, объемной скорости подачи исходного синтез-газа 100-5000 ч-1, мольном отношении Н2/СО в исходном ситез-газе, равном 1-3, и объемное содержание СО2 в газовом потоке на входе в реактор составляет 0,01-40%. Технический результат: повышение селективности и производительности катализатора по жидким углеводородам. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к органической химии, а именно к нефтехимии и, в частности, к способу получения углеводородов из смеси СО, Н2 и СО2 (далее именуемой синтез-газом). В качестве катализатора используются композиции железосодержащих катализаторов синтеза Фишера-Тропша с кислотными компонентами - кристаллическими алюмосиликатами (цеолитами) или силикоалюмофосфатами различной структуры. Получаемые при этом углеводородные фракции могут быть применены в практических целях в качестве автобензина и дизельного топлива с низким содержанием бензола и ароматических углеводородов и, соответственно, повышенного содержания алифатических углеводородов изо-строения, а также как сырье для получения базовых компонентов моторных масел.
Известен способ получения C5+ углеводородов из газа, содержащего Н2 и СО, путем контактирования газа при температуре 180-250oС, давлении 15-50 атм и объемном отношении Н2/СО, равном 1,1-1,8, с катализатором, содержащим кобальт и цирконий на носителе, выбранном из алюмосиликата или оксидов кремния, алюминия, титана (патент 1833355 РФ, кл. С 07 С 1/04, 1993, [1]).
Известен также способ получения кобальт-циркониевого катализатора на Аl2Оз для синтеза С5+ углеводородов из газа, содержащего Н2 и СО, применяемого при температуре 150-350oС, давлении 10-70 атм и объемном отношении Н2/СО, равном 1,0-2,3 (патент 1836146 РФ, кл. В 01 J 37/04, 21/04, 23/74, 1993, [2]).
Согласно данным способам в результате превращения смеси Н2 и СО на кобальт-циркониевых катализаторах получаются С5+ углеводороды с высокой селективностью от 68-85 мас.% [1] до 87-91 мас.% [2] и производительностью 100-108 г/л кат/ч. Основными недостатками способов являются высокая стоимость катализатора и низкое содержание изо-парафинов в продуктах реакции.
Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является способ получения углеводородов из синтез-газа с мольным отношением Н2/СО= 1,6, разбавленного азотом до 50 об.%, при его контактировании при давлении 30 атм и температурах 230-320oС с бинарными каталитическими системами на основе катализаторов синтеза Фишера-Тропша (СФТ) и цеолита типа ZSM-5 (Вытнова Л.А., Клигер Г.А., Боголепова Е.И. и др., Нефтехимия, 2001, т. 41, 3, с.201-208, [3]).
Согласно прототипу жидкими продуктами превращения синтез-газа являются бензиновая фракция (С510 углеводороды), дизельная фракция (С1020 углеводороды), твердые парафины С21+ и реакционная вода, содержащая кислородсодержащие соединения. В данной работе (прототипе) имеются ряд существенных недостатков:
1) высокое метанообразование от 17 до 40 мас.% от суммы углеводородов;
2) низкая селективность и производительность катализатора по жидким (С5+) углеводородам 37-50 мас.% и 34-98 г/л кат./ч соответственно;
3) низкий выход жидких углеводородов на поданный синтез-газ, не превышающий 70 г/нм3 СО+Н2;
4) малая степень полезного использования "углерода" исходного синтез-газа, т. е. количество перешедшего "углерода" СО в "углерод" жидких углеводородов, составляет не более 30 мас.% (остальные 70 мас.% "углерода" остаются в непревращенном СО, образующихся побочно в газообразных углеводородах и спиртах, а также переходят в СO2, являющимся вредным для атмосферы продуктом):
5) низкое содержание ароматических углеводородов в С5+ углеводородах, не превышающее 5 мас%;
6) высокое остаточное содержание кислородсодержащих соединений в реакционной воде до 7 мас.%.
Задачей настоящего изобретения является повышение селективности и производительности катализатора по жидким углеводородам.
Поставленная задача решается тем, что для каталитической конверсии синтез-газа в углеводородные продукты в качестве катализатора используют смесь железосодержащего катализатора синтеза Фишера-Тропша в окисленной или восстановленной форме, промотированного оксидами алюминия, кремния, щелочных или щелочноземельных металлов, и кислотного компонента - кристаллического алюмосиликата типа ZSM-5, β или силикоалюмофосфата типа SAPO-5, применяют циркуляцию газового потока после реактора с объемным отношением количества циркулирующего газа к исходному синтез-газу, равному 1-1000, а процесс проводят при давлении 10-100 атм, температуре 220-400oС, объемной скорости подачи исходного синтез-газа 100-5000 ч-1, мольном отношении Н2/СО в исходном синтез-газе, равном 1-3, и объемное содержание СО2 в газовом потоке на входе в реактор составляет 0,01-40%.
Отличительными признаками изобретения являются:
а) для каталитической конверсии синтез-газа в углеводородные продукты в качестве катализаторов используют смеси железосодержащих катализаторов синтеза Фишера-Тропша в окисленной или восстановленной форме, промотированные оксидами алюминия, кремния, щелочных или щелочноземельных металлов, с кислотными компонентами - кристаллическими алюмосиликатами типа ZSM-5, β или силикоалюмофосфатами типа SAPO-5 в массовом соотношении железосодержащий катализатор/кислотный компонент, равном 10-90/90-10;
б) в процессе применяют циркуляцию газового потока после реактора с объемным отношением количества циркулирующего газа к исходному синтез-газу, равному 1-1000;
в) процесс проводят при давлении 10-100 атм, температуре 220-400oС, объемной скорости подачи исходного синтез-газа 100-5000 ч-1, мольном отношении Н2/СО в исходном синтез-газе, равном 1-3, и объемное содержание СО2 в газовом потоке на входе в реактор составляет 0,01-40%;
г) восстановление катализатора синтеза Фишера-Тропша осуществляют в двух вариантах - или в составе каталитической композиции синтез-газом при температуре 220-400oС, давлении 10-100 атм и объемной скорости подачи синтез-газа 100-5000 ч-1, или до смешения с кислотным компонентом в отдельном реакторе при температуре 400-500oС, давлении 50-100 атм и объемной скорости циркуляционного водородсодержащего газа 2000-30000 ч-1.
Выбор катализатора для конверсии синтез-газа в углеводородные продукты основан на том, что из всех катализаторов синтеза Фишера-Тропша наиболее производительными в диапазоне температур 220-400oС являются плавленые железные катализаторы. Комбинирование плавленых железных катализаторов с кислотными компонентами приводит к интенсификации синтеза углеводородов из Н2, СО и СО2 за счет более быстрого протекания реакций конверсии промежуточных продуктов синтеза Фишера-Тропша (спиртов, олефинов) на кислотном компоненте в целевые углеводородные продукты. Плавленые железные катализаторы (обозн. как ПЖК-1, 2, 3) отличаются друг от друга методикой приготовления, количеством и составом модифицирующих добавок. Кислотные компоненты каталитической композиции отличаются друг от друга типом кристаллической структуры и кислотными характеристиками, зависимыми от мольного отношения SiO2/АlO3 в кислотном компоненте. Соотношение между ПЖК и кислотным компонентом влияет на селективность и производительность каталитической композиции по жидким углеводородам.
Выбор условий проведения процесса синтеза бензиновых и дизельных фракций из газа, содержащего Н2, СО и СO2, обусловлен следующими факторами. Повышенное давление необходимо для более глубокого превращения синтез-газа. Нижняя граница температурного интервала (220oС) определена по минимальной активности катализатора, превышение верхнего предела температуры (400oС) приводит к быстрому зауглероживанию поверхности катализатора. Объемная скорость подачи исходного синтез-газа определяется активностью используемого катализатора при фиксированном давлении и температуре. Заявляемое значение объемной скорости является наиболее оптимальным для получения бензиновой и дизельной фракций. Соотношение между Н2 и СО, а также между СО и СО2 определяется стехиометрией протекания химических реакций синтеза углеводородов. Например, для образования группы "СН2" парафиновых углеводородов на один атом углерода требуется два атома водорода, а количество связанного "О" в исходном сырье определяет потребление водорода при образовании молекул Н2О. Исходя из теоретических предпосылок, эксперименты проводились в условиях, достаточно близких к стехиометрическому соотношению между "С", "О" и "Н". Процесс восстановления железного компонента катализатора необходим для образования каталитических центров, активных в синтезе углеводородов из оксидов углерода и водорода. Условия восстановления определены экспериментально. Найденные условия восстановления позволяют добиться показателей процесса синтеза углеводородов, приведенных ниже.
Важная роль в достижении высокой селективности и производительности каталитической композиции по С5+ углеводородам принадлежит циркуляции газового потока после отделения жидких продуктов. Во-первых, постоянное удаление воды и жидких углеводородов из контактирующего газа предотвращает отравление поверхности железного катализатора парами воды, в значительной степени подавляет реакцию образования малоактивного в реакции Фишера-Тропша диоксида углерода и снижает скорость протекания реакций крекинга образовавшихся С5+ углеводородов на кислотном компоненте. Во-вторых, при рецикле легкие олефины и кислородсодержащие промежуточные продукты (например, диметиловый эфир) многократно контактируют с катализатором, превращаясь в целевые продукты. В-третьих, высокие линейные скорости циркулирующего газового потока в сочетании с постоянным уносом избыточного тепла из зоны катализа положительно влияют на распределение температуры в реакторе, улучшают протекание процессов теплопередачи и массообмена.
Пример 1 (по прототипу). Фракции плавленого железного катализатора, содержащего около 5% промоторов, предварительно восстановленного водородом и гранулированного синтетического цеолита типа ZSM-5, смешивают в массовом соотношении 56 к 44 и загружают в проточный реактор. Опыт проводят при давлении 30 атм, температуре 280oС и объемной скорости подачи синтез-газа 2930 ч-1. Состав исходного, отходящего газов и жидких продуктов синтеза определяли хроматографически. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Промышленная применимость изобретения иллюстрируется примерами 2-16.
Пример 2. В реактор загружают 30 см3 фракции 0,25-0,5 мм плавленого железного катализатора ПЖК-1 и гранулированного (30 мас.% Al2О3) цеолита типа ZSM-5 в массовом соотношении 50/50. Исходный синтез-газ подают в реакторный блок на смешение с циркулирующим в блоке газом. Реакторный блок состоит из реактора с обогревом, холодильника-конденсатора, сепараторов высокого и низкого давления, промежуточного сборника жидких продуктов и электромагнитного насоса для циркуляции газа. Перед синтезом катализатор подвергают восстановлению синтез-газом в следующих условиях: давление 10 атм, температура 350oС, продолжительность 24 ч; затем подъем давления до 30 атм и продолжение востановления при температуре 350oС, продолжительность 8 ч. После восстановления идет разработка катализатора при температуре 300oС в течение 20 ч. Процесс синтеза углеводородов ведут под давлением 30 атм и при температуре в слое катализатора 300oС. Для предотвращения накопления в реакторном блоке неконденсируемых продуктов из блока после сепаратора высокого давления постоянно отводят часть циркуляционного газа. Жидкие продукты (сконденсировавшиеся углеводороды, водная фракция), выводимый из реакторного блока газ и выделяемые при дросселировании газообразные углеводороды анализируют раздельно методом газовой хроматографии. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Пример 3. Аналогичен примеру 2. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Пример 4. Аналогичен примеру 2. Отличается тем, что в качестве катализатора СФТ используют плавленый железный катализатор ПЖК-2 и восстановление проводят синтез-газом при давлении 30 атм, температуре 350oС в течение 16 ч. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Пример 5 Аналогичен примеру 2. Отличается тем, что в качестве катализатора СФТ используют плавленый железный катализатор ПЖК-3 и восстановление проводят водородсодержащим газом в отдельном реакторе до смешения его с кислотным компонентом при давлении 100 атм, температуре 400-500oС и объемной скорости циркуляционного водородсодержащего газа 30000 ч-1. Отличается тем, что в каталитической композиции массовое отношение ПЖК-З/ZSМ-5 равно 33/67. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Примеры 6-8. Аналогичны примеру 5. Условия проведения и основные показатели опытов показаны в таблице.
Пример 9. Аналогичен примеру 5. Отличается тем, что в каталитической композиции массовое отношение ПЖК-3/ZSM-5 равно 25/75. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Пример 10. Аналогичен примеру 5. Отличается тем, что в каталитической композиции массовое отношение ПЖК-3/ZSМ-5 равно 15/85. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Примеры 11-12. Аналогичны примеру 5. Отличаются тем, что в качестве кислотного компонента используют гранулированный (30 мас.% Аl2Oз) цеолит типа β (SiO2/Al2O3=75). а массовое отношение ПЖК-3/β равно 40/60. Условия проведения и основные показатели опытов показаны в таблице.
Пример 13. Аналогичен примерам 10-11. Отличается тем, что в каталитической композиции массовое отношение ПЖК-3/β равно 70/30. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Пример 14. Аналогичен примеру 2. Отличается тем, что катализатор ПЖК-1 подвергают восстановлению синтез-газом в следующих условиях: давление 30 атм, температура 260oС, продолжительность 10 ч; затем подъем температуры до 280oС и продолжение востановления при данной температуре 4 ч. После восстановления идет разработка катализатора при температуре 300oС в течение 20 ч. Отличается также тем, что в качестве кислотного компонента используют гранулированный (30 мас.% Аl2Oз) силикоалюмофосфат типа SAPO-5, а массовое отношение ПЖК-3/SАРО-5 равно 30/70. Условия проведения и основные показатели опыта показаны в таблице.
Примеры 15-16. Аналогичны примеру 5. Отличаются тем, что в реактор загружают 20 см3 фракции 0,25-0,5 мм плавленого железного катализатора ПЖК-3 и 130 см3 гранулированного (30 мас.% Аl2Oз) цеолита типа β (SiO2/Al2O3=75) в виде гранул размером 3•4 мм. Отличаются также тем, что в каталитической композиции массовое отношение ПЖК-3/β равно 45/55. Условия проведения и основные показатели опытов показаны в таблице.
Как видно из представленных в таблице результатов, предлагаемый способ позволяет получить жидкие (C5+) углеводороды и имеет преимущества по сравнению с прототипом:
1) выход жидких углеводородов в расчете на исходный синтез-газ в 1,5-2,6 раз выше;
2) селективность образования С5+ углеводородов в 1,4-1,7 раз выше;
3) метанообразование снижено в 1,6-4,1 раз;
4) производительность каталитической композиции по жидким углеводородам в 1,1-2,0 раз выше;
5) производительность единицы объема железосодержащего катализатора (ПЖК) значительно превосходят аналогичные показатели, рассчитанные по экспериментальным данным прототипа;
6) во всех приведенных примерах предлагаемого способа степень полезного использования "углерода" синтез-газа более чем в 2 раза выше приведенного в прототипе:
7) содержание ароматических углеводородов в С5+ углеводородах по предлагаемому способу значительно выше, чем в прототипе, что положительно сказывается на октановых числах бензиновых фракций, выделенных из жидких углеводородов

Claims (7)

1. Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода, включающий контактирование синтез-газа с каталитической композицией, состоящей из смеси железосодержащего катализатора синтеза Фишера-Тропша и кислотного компонента при повышенных давлении и температуре и заданных условиях восстановления железосодержащего активного компонента каталитической композиции, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента применяют кристаллический алюмосиликат или силикоалюмофосфат, используют циркуляцию газового потока после реактора с объемным отношением количества циркулирующего газа к исходному синтез-газу, равному 1-1000, а процесс проводят при давлении 10-100 атм, температуре 220-400oС, объемной скорости подачи исходного синтез-газа 100-5000 ч-1, мольном отношении Н2/СО в исходном ситез-газе, равном 1-3, и объемное содержание СО2 в газовом потоке на входе в реактор составляет 0,01-40%.
2. Способ получения углеводородов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего катализатора синтеза Фишера-Тропша используются железные плавленые катализаторы в окисленной или восстановленной форме, промотированные окислами алюминия, кремния, магния, калия и кальция.
3. Способ получения углеводородов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента катализатора используют кристаллические алюмосиликаты со структурой ZSM-5, β.
4. Способ получения углеводородов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислотного компонента катализатора используют кристаллические силикоалюмофосфаты со структурой SAPO-5.
5. Способ получения углеводородов по п. 1, отличающийся тем, что каталитическая композиция содержит 10-90 мас. % железосодержащего катализатора синтеза Фишера-Тропша и 10-90 мас. % кислотного компонента.
6. Способ получения углеводородов по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что восстановление катализатора синтеза Фишера-Тропша осуществляют в составе каталитической композиции синтез-газом при температуре 220-400oС, давлении 10-100 атм и объемной скорости подачи синтез-газа 100-5000 ч-1.
7. Способ получения углеводородов по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что восстановление катализатора синтеза Фишера-Тропша осуществляют до смешения с кислотным компонентом в отдельном реакторе при температуре 400-500oС, давлении 50-100 атм и объемной скорости подачи водородсодержащего газа 2000-30000 ч-1.
RU2002100790/04A 2002-01-08 2002-01-08 Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода RU2204546C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002100790/04A RU2204546C1 (ru) 2002-01-08 2002-01-08 Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002100790/04A RU2204546C1 (ru) 2002-01-08 2002-01-08 Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2204546C1 true RU2204546C1 (ru) 2003-05-20

Family

ID=20255079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002100790/04A RU2204546C1 (ru) 2002-01-08 2002-01-08 Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2204546C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1887071A1 (de) * 2006-07-31 2008-02-13 Edmund Dr.-Ing. Wagner Gesamtverfahren zur synthetischen Herstellung von Kohlenwasserstoffen und deren Derivate mit Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 als Synthesegase
EA015347B1 (ru) * 2008-02-04 2011-06-30 Закрытое Акционерное Общество "Сибирская Технологическая Компания "Цеосит" Способ переработки смеси водорода и оксидов углерода (варианты)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВЫТНОВА Л.А, КЛИГЕР Г.А., БОГОЛЕПОВА Е.И и др., Нефтехимия. 2001. Т. 41, №3, с. 201-208. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1887071A1 (de) * 2006-07-31 2008-02-13 Edmund Dr.-Ing. Wagner Gesamtverfahren zur synthetischen Herstellung von Kohlenwasserstoffen und deren Derivate mit Kohlendioxid CO2 und Wasserstoff H2 als Synthesegase
EA015347B1 (ru) * 2008-02-04 2011-06-30 Закрытое Акционерное Общество "Сибирская Технологическая Компания "Цеосит" Способ переработки смеси водорода и оксидов углерода (варианты)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2375337C2 (ru) Способ превращения кислородсодержащих соединений в пропилен с селективной гидроочисткой рециркулирующего потока тяжелых олефинов
KR100881042B1 (ko) 에틸렌 및 프로필렌 제조 방법
KR920002241B1 (ko) 저급지방족 탄화수소의 제조방법
JP4432019B2 (ja) 炭化水素原料から芳香族炭化水素化合物及び液化石油ガスを製造する方法
JP5784647B2 (ja) 酸触媒上でイソブタノールを同時脱水・骨格異性化し、次いでメタセシス段階を行ってプロピレンを製造する方法
EP2073930B1 (en) Bimetallic alkylation catalysts
JP5313929B2 (ja) メタノール及び/又はジメチルエーテルから低級オレフィンを製造する方法
EP0214240A1 (en) CONVERTING A LOW ALKAN.
WO1996010548A1 (fr) Procede de production d'hydrocarbure aromatique
JPH07509745A (ja) イソパラフィン−オレフィンアルキル化方法
JP2009179801A (ja) 液化石油ガスの製造方法
TW201016641A (en) Process for production of olefin, and production apparatus for same
RU2417249C1 (ru) Способ получения высокооктанового бензина или ароматических углеводородов
RU2440189C1 (ru) Катализатор и способ получения высокооктановых бензинов с низким содержанием бензола и дурола
RU2375407C2 (ru) Способ переработки смеси водорода и оксидов углерода (варианты)
JP2004262953A (ja) 炭化水素の接触分解方法
RU2284312C1 (ru) Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода
US4795844A (en) Process for conversion of light olefins to LPG and aromatics
RU2204546C1 (ru) Способ получения углеводородов из оксидов углерода и водорода
AU2016396601B2 (en) Method and catalyst for producing high octane components
RU2342354C1 (ru) Способ получения углеводородных бензиновых фракций из синтез-газа
EP0082701A1 (en) A process for producing a mixture of hydrocarbons rich in benzene, toluene, and xylene
US3795714A (en) Isoparaffin alkylation process and catalyst for use therein
WO1997045383A1 (en) Fluid catalytic alkylation process
RU2277524C1 (ru) Способ получения ароматических углеводородов

Legal Events

Date Code Title Description
NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070109