Селективный синтез Фишера-Тропша на кобальтцеолитсодержащих катализаторах

Введение…………………………………………………………………………………...6
1 Литературный обзор…………………………………………………………………….9
1.1 Синтез Фишера-Тропша: история открытия, общие сведения, современные представления, назначение процесса…………………………………………………….9
1.2 Основные механизмы реакций, протекающих в процессе синтеза Фишера-Тропша……………………………………………………………………………………13
1.3 Основные катализаторы, используемые в процессе синтеза Фишера-Тропша….18
1.4 Реакторы, используемые в процессе синтеза Фишера-Тропша…………………..19
1.4.1 Трубчатые реакторы……………………………………………………………….19
1.4.2 Сларри-реакторы…………………………………………………………………...22
1.4.3 Реакторы с циркулирующим и псевдоожиженным слоем………………………25
1.5 Промышленное внедрение синтеза Фишера-Тропша……………………………..28
2 Экспериментальная часть……………………………………………………………..30
2.1 Метод РФА…………………………………………………………………………...30
2.2 Метод ТПВ Н2………………………………………………………………………..31
2.3 Сканирующая электронная микроскопия…………………………………………..35
2.4 Просвечивающая электронная микроскопия……………………………………….37
3 Результаты и обсуждения……………………………………………………………...39
Заключение……………………………………………………………………………….49
Список использованных источников…………………………………………………...50

Весь текст будет доступен после покупки

Постоянное ужесточение экологических требований в отношении нефтедобывающих предприятий обуславливает поиск и развитие технологий, позволяющих перерабатывать попутные нефтяные газы в ценные химические продукты и высококачественные топлива (Gas to liquid processes, GTL). Не менее важным вопросом в условиях поиска альтернативных источников энергии является переработка твердых горючих ископаемых и биомассы в жидкие топлива. Синтез Фишера-Тропша (синтез жидких углеводородов из смеси оксида углерода и водорода) является основной стадией переработки альтернативных источников углеводородов (попутного газа, угля, биомассы и т.д.) при получении в получении топливных фракций. Данная стадия является важнейшей для всего процесса, так как определяет выход и состав образующихся углеводородов, а так же необходимость и способ их облагораживания [1].
Актуальность синтеза Фишера-Тропша в настоящее время чрезвычайно высока и постоянно растет, особенно в контексте глобального энергетического перехода и поиска альтернатив традиционным ископаемым видам топлива.
Основные факторы, определяющие актуальность процесса:
1. Энергетический переход и декарбонизация
Синтез Фишера-Тропша становится ключевым элементом в стратегиях декарбонизации экономики. Хотя при сжигании полученного топлива CO? выделяется, процесс может быть углеродно-нейтральным, если углерод для синтез-газа извлекается из возобновляемых источников, например, из биомассы или непосредственно из атмосферы (технологии Direct Air Capture).
2. Производство устойчивого топлива (SAF и биотопливо)
Одной из наиболее важных современных сфер применения является производство устойчивого авиационного топлива (SAF) и других видов биотоплива. Авиационная отрасль, в отличие от автомобильного транспорта, не может перейти на электричество в краткосрочной перспективе, поэтому SAF на основе процесса Фишера-Тропша (BTL, Biomass-to-Liquids) предлагает одно из немногих реальных решений для снижения выбросов углерода.
3. Энергетическая безопасность и диверсификация сырья
Процесс ФТ обеспечивает энергетическую независимость и позволяет странам, богатым углем, природным газом или биомассой, но бедным нефтяными ресурсами, производить собственное жидкое топливо. Это снижает зависимость от мировых рынков нефти и геополитических рисков.
4. Производство высококачественных продуктов и химического сырья
Получаемые в результате синтеза ФТ продукты отличаются высоким качеством:

Весь текст будет доступен после покупки

1 Литературный обзор
1.1 Синтез Фишера-Тропша: история открытия, общие сведения, современные представления, назначение процесса
История открытия синтеза Фишера-Тропша тесно связана со стратегическими потребностями Германии в первой половине XX века, которая имела богатые запасы угля, но ограниченный доступ к природной нефти. Интерес к получению топлива из альтернативных источников возник задолго до открытия самого процесса. Еще в 1902 году французские химики Поль Сабатье и Жан-Батист Сандеран показали, что из оксида углерода (CO) и водорода (H?) можно получить метан при использовании никелевых, железных или кобальтовых катализаторов.
Систематические исследования, которые привели непосредственно к промышленно значимому синтезу жидких углеводородов, были проведены в Институте кайзера Вильгельма по исследованию угля в Мюльхайме-на-Руре (Германия).
Франц Фишер и Ганс Тропш начали совместные исследования в этой области в 1922 году. В 1923 году они сообщили об использовании щелочных железных катализаторов для получения кислородсодержащих соединений из синтез-газа. Этот процесс получил название "синтол". Кульминацией их работы стало открытие прямого синтеза нефтяных углеводородов при атмосферном давлении.
Процесс был запатентован в июле 1925 года. В 1926 году Фишер и Тропш опубликовали ключевую работу "О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении", которая привлекла огромное внимание[6-9].
Открытие быстро нашло практическое применение. В условиях подготовки ко Второй мировой войне Германия нуждалась в независимом источнике жидкого топлива для своей военной техники. В 1936 году процесс был внедрен на заводах. Во время Второй мировой войны в Германии работало около 25 заводов, производящих синтетическое топливо. К 1944 году производство достигло максимума — около 124 000 баррелей синтетического топлива в день (примерно 6,5 миллиона тонн в год), что обеспечивало значительную часть потребностей страны в автомобильном и авиационном топливе.
Таким образом, история открытия синтеза Фишера-Тропша — это пример того, как фундаментальные научные исследования, проведенные двумя немецкими химиками в 1920-х годах, были быстро масштабированы до промышленного уровня под влиянием геополитических и экономических факторов.
Синтез Фишера-Тропша (ФТ) — это сложный, многостадийный гетерогенно-каталитический процесс полимеризации, который позволяет получать разнообразные углеводороды из синтез-газа (смеси оксида углерода (CO) и водорода (H?)).
Стартовым этапом синтеза Фишера-Тропша является производство синтез-газа. CO и H? могут быть получены из любого углеродсодержащего сырья, такого как природный газ метан – паровая или автотермическая конверсия метана. Эта технология называется GTL (Gas-to-Liquids); уголь путём газификации (CTL, Coal-to-Liquids); биомасса в процессе газификации (BTL, Biomass-to-Liquids) для получения устойчивого авиационного топлива (SAF) [10-13].

Весь текст будет доступен после покупки

1. DOE — Fossil Energy: auto created [Электронный ресурс] / URL: http://www.energy.gov, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. англ.
2. Деловой журнал Neftegas.ru [Электронный ресурс] / URL: http://neftegaz.ru, свободный. – Загл. с экрана. – Яз. рус.
3. Установка и способ каталитического синтеза Фишера-Тропша: патент Рос.Федерация № RU 2375406; заявл. 27.07.2008; опубл. 10.12.2009 Бюл. № 34.
4. Способ осуществления процесса синтеза Фишера-Тропша (варианты) и способы выбора стационарного состава растворителя в сларри- реакторе: патент Рос. Федерации № 2156650; заявл. 30.12.1998; опубл. 27.09.2000.
5. Способ получения продукта синтеза Фишера-Тропша: патент Рос. Федерации № 2464296; заявл. 07.07.2011; опубл. 20.10.2012 Бюл. №29.
6. Способ получения гранулированного нанесенного металлсодержащего катализатора: патент Рос. Федерации № WO2010134832A1; заявл. 25.05.2012; опубл. 27.06.2012.
7. Промотированный катализатор синтеза Фишера-Тропша, способ его получения и способ синтеза углеводородов Фишера-Тропша: патент Рос. Федерации № 2007115057/04; заявл. 10.11.2008; опубл. 20.05.2010 Бюл. № 14.

Весь текст будет доступен после покупки