Синтез низших олефинов из СО и Н2 на комбинированных оксидно-цеолитных катализаторах (OX–ZEO)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

В данной работе исследован одностадийный синтез низших олефинов из СО и Н2 при Т = 320°C и Р = 0,1 МПа на комбинированном катализаторе, состоящем из оксидного (MegaMax-507/Al2O3, ZnAlOx, ZnO–ZrO2) и цеолитного (Mg/HZSM-5) компонентов. Найдено, что оптимальное соотношение оксидного и цеолитного компонентов составляет 2 : 1. Активность упомянутых компонентов возрастает в ряду: MegaMax-507/Al2O3 < ZnAlOx < ZnO–ZrO2. Использование бинарного оксида ZnO–ZrO2 в составе комбинированного катализатора позволяет достигать конверсии СО, равной 13,7%, при атмосферном давлении и умеренной температуре в отличие от условий, применяемых для исследований в данной области (Т = 400–500°C, Р = 1–3 МПа).

Full Text

Restricted Access

About the authors

Екатерина Е. Колесникова

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Author for correspondence.
Email: kolesnikova@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-8762-8025

к. х. н.

Russian Federation, Москва, 119991

Ольга В. Яшина

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: kolesnikova@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-1521-3901

к. х. н.

Russian Federation, Москва, 119991

Александр А. Панин

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: kolesnikova@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0002-9748-3445

к. х. н.

Russian Federation, Москва, 119991

Наталия В. Колесниченко

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: kolesnikova@ips.ac.ru
ORCID iD: 0000-0003-2534-2624

д. х. н.

Russian Federation, Москва, 119991

References

  1. Chernyak S., Corda M., Dath J., Ordomsky V., Khodakov A. Light olefin synthesis from a diversity of renewable and fossil feedstocks: state-of the-art and outlook // Chem. Soc. Rev. 2022, № 51. P. 7994–8044. https://doi.org/10.1039/D1CS01036K
  2. Крылова А.Ю. Продукты синтеза Фишера–Тропша (обзор) // Химия твердого топлива. 2014. № 1. С. 23–36. https://doi.org/10.7868/S0023117714010046
  3. Cheng Y., Lin J., Wu T., Wang H., Xie S., Pei Y., Yan Sh., Qiao M., Zong B. Mg and K dual-decorated Fe-on-reduced graphene oxide for selective catalyzing CO hydrogenation to light olefins with mitigated CO2 emission and enhanced activity // Appl. Catal. B Env. 2017. V. 204. P. 475–485. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.11.058
  4. Kulikova M. The new Fischer–Tropsch process over ultrafine catalysts // Catalysis Today. 2020. V. 348. P. 89–94. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.09.036
  5. Oschatz M., Krans N., Xie J., de Jong K.P. Systematic variation of the sodium/sulfur promoter content on carbon-supported iron catalysts for the Fischer–Tropsch to olefins reaction // J. Energy Chem. 2016. V. 25. P. 985–993. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2016.10.011
  6. Батова Т.И., Колесникова Е.Е., Колесниченко Н.В., Кузьмина Н.И., Хаджиев С.Н., Хиврич Е.Н., Широбокова Г.Н. Катализатор и способ синтеза олефинов из диметилового эфира в его присутствии. Патент РФ № 2518091. 2014.
  7. Хаджиев С.Н., Колесниченко Н.В., Горяинова Т.И., Бирюкова Е.Н., Кулумбегов Р.В. Катализатор и способ получения олефинов из диметилового эфира в его присутствии. Патент RU № 24451582012. 2011.
  8. Хаджиев С.Н., Магомедова М.В., Костюкович Ю.Ю. Способ получения диметилового эфира методом одностадийного синтеза и его выделения. Патент RU № 2528409 С1. 2013.
  9. Розовский А.Я. Диметиловый эфир и бензин из природного газа // Росс. хим. журн. 2003. Т. XLVII, № 6. С. 53–61.
  10. Мусич П.Г., Косова Н.И., Абраменкова М.А., Шиляева Л.П., Курина Л.Н., Курзина И.А., Восьмериков А.В. Цеолитные катализаторы в реакции получения диметилового эфира из СО и Н2 // Вестник Томского гос. ун-та. Химия. 2015. № 2. С. 59–68. https://doi.org/10.17223/24135542/2/6
  11. Liu X., Zhou W., Yang Y., Cheng K., Kang J., Zhang L., Zhang G., Min X., Zhang Q., Wang Y. Design of efficient bifunctional catalysts for direct conversion of syngas into lower olefins via methanol/dimethyl ether intermediates // Chem. Sci. 2018. V. 9. P. 4708–4718. https://doi.org/10.1039/C8SC01597J
  12. Cheng K., Gu B., Liu X., Kang J., Zhang Q., Wang Y. Direct and highly selective conversion of synthesis gas into lower olefins: design of a bifunctional catalyst combining methanol synthesis and carbon–carbon coupling // Ang. Chem. 2016. V. 128, № 15. P. 4803–4806. https://doi.org/10.1002/ange.201601208
  13. Кипнис М.A., Белостоцкий И.А., Волнина Э.А., Лин Г.И. Синтез оксигенатов из синтез-газа на CuO/ZnO/Al2O3-катализаторе: роль дегидратирующего компонента // Катализ в промышленности. 2018, № 5. С. 12–18. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2018-5-12-18 EDN: XYUQJF [Kipnis M.A., Belostotskii I.A., Volnina E.A., Lin G.I. Synthesis of oxygenates from syngas on the CuO/ZnO/Al2O3 catalyst: the role of the dehydrating component // Catalysis in Industry. 2019. V. 11, № 1. P. 53–58. https://doi.org/10.1134/S2070050419010070]
  14. Mao L., Zheng H., Xiao D., Ren Yu., Ran L., Tang J. Efficient syngas-to-olefins conversion via kaolin modified SAPO-34 catalyst // Catal. Lett. 2024. V. 154. P. 664–673. https://doi.org/10.1007/s10562-023-04336-9
  15. Pan X., Jiao F., Miao D., Bao X. Oxide-zeolite-based composite catalyst concept that enable syngas chemistry beyond Fisher–Tropsch synthesis // Chem. Rev. 2021. V. 121. P. 6588–6609. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01012
  16. Zhou W., Kang J., Cheng K., He S., Shi J., Zhou C., Zhang Q., Chen J., Peng L., Chen M., Wang Y. Direct conversion of syngas into methyl acetate, ethanol, and ethylene by relay catalysis via the intermediate dimethyl ether // Angew. Chem. Int. Ed. 2018. V. 57, № 37. P. 12012–12016. https://doi.org/10.1002/anie.201807113
  17. Ni Y., Liu Y., Chen Z., Yang M., Liu H., He Y., Fu Y., Zhu W., Liu Z. Realizing and recognizing syngas-to-olefines reaction via dual-bed catalyst // ACS Catal. 2019. V. 9, № 2. P. 1026–1032. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04794
  18. Li W., Wang K., Zhan G., Huang J., Li Q. Realizing and recognizing syngas-to-olefins reaction via a dual-bed catalyst // ACS Sustainable Chem. Eng. 2021. V. 9, № 18. P. 6446–6458. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c01384
  19. Matieva Z.M., Kolesnichenko N.V., Snatenkova Yu.M., Panin A.A., Maximov A.L. Direct synthesis of liquid hydrocarbons from CO2 over CuZnAl/Zn-HZSM-5 combined catalyst in a single reactor // J. of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2023. V. 147. ID 104929. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2023.104929
  20. Кипнис М.А., Самохин П.В., Белостоцкий И.А., Туркова Т.В. Синтез диметилового эфира из синтез-газа на катализаторе Мегамакс 507/γ-Al2O3 // Катализ в промышленности. 2017. T. 17, № 6. С. 442–449. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2017-6-442-449 [Kipnis M.A., Samokhin P.V., Belostotskii I.A., Turkova T.V. Synthesis of dimethyl ether from synthesis gas over the megamax 507/γ-Al2O3 catalyst // Catal. Ind. 2018. V. 10, № 2. P. 97–104. https://doi.org/10.1134/S2070050418020095]
  21. Ni Y., Chen Z., Fu Y., Liu Y., Zhu W., Liu Z. Selective conversion of CO2 and H2 into aromatics // Nature Commun. 2018. V. 9. ID 3457. https://doi.org/10.1038/s41467-018-05880-4
  22. Zhou C., Shi J., Zhou W., Cheng K., Zhang Q., Kang J., Wang Y. Highly active ZnО–ZrO2 aerogels integrated with H-ZSM-5 for aromatics synthesis from carbon dioxide // ACS Catal. 2020. V. 10, № 1. P. 302–310. https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04309
  23. Sing K., Williams R. Physisorption hysteresis loops and the characterization of nanoporous materials // Adsorption Science and Technology. 2004. V. 22, № 10. P. 773–782. https://doi.org/10.1260/0263617053499032

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diffractograms of the oxide components of the combined catalysts: (a) — MMA, (b) — ZnAlOx, (c) — ZnO–ZrO2.

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Isotherms of low–temperature nitrogen adsorption-desorption for components of combined catalysts: 1 – MMA, 2 – ZnAlOx, 3 – ZnO–ZrO2, 4 – Mg/HZSM-5.

Download (463KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Effect of the reaction mixture on the composition of products in the presence of the MMA–Mg/HZSM-5 catalyst (2 :1). Conditions: T = 320°C, P = 0.1 MPa, V mixture = 20.5 l/h. Raw material: CO + H2 (1 : 1). Data are given after 4 hours.

Download (316KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences