11 марта 2016г.
В настоящее время, в связи с высокой стоимостью качественного углеводородного топлива, получаемого из природной нефти, повышением спроса на отдельные фракции углеводородов, разработки в этом направлении ведутся на уровне научных исследований и промышленных испытаний и внедрений. Синтез Фишера-Тропша позволяет получать жидкое углеводородное топливо бензиновой и дизельной фракций, не содержащее соединений серы, других вредных примесей, используя при этом такие источники сырья, как уголь, природный и попутный нефтяной газы, биомассу и даже органические отходы [1]. Механизм синтеза углеводородов путем гидрирования СО на кобальтовых катализаторах весьма сложен, и значительную роль в нем играют процессы на поверхности металла, связанные с хемосорбцией исходных веществ и продуктов реакции [3].
В настоящее время в качестве носителей для нанесенных катализаторов синтеза углеводородов наиболее широко используются оксиды кремния и алюминия, в меньшей степени – диоксид титана и активированный уголь [1].
Концентрация атомов углерода на поверхности катализатора характеризуется величиной адсорбции СО и, в свою очередь, напрямую влияет на скорость их диффузии. Чем выше концентрация, тем выше скорость диффузии и, следовательно, больше эффективность работы отдельной каталитической частицы [2].
Изучение процессов, связанных с адсорбционными явлениями на поверхности металлических катализаторов, позволяет проводить метод температурно-программированной десорбции (ТПД). Для проведения исследований по термодесорбции оксида углерода использовали сорбционный анализатор «Micromeritics Chemisorb-2750», укомплектованный программатором температуры. Исследуемый образец катализатора предварительно продували гелием при 200°С в течение 2 ч для предварительной дегазации, затем восстанавливали при 400°С водородом в течение 2 ч. После этого охлаждали в токе гелия до 25°С, и проводили импульсную хемосорбцию СО в токе гелия (20 мл/мин). После насыщения оксидом углерода образец выдерживали 1 ч при 100°С для устранения физически адсорбированных молекул, продувая гелием, охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ ТПД СО, повышая температуру до 800°С со скоростью 20°/мин. Спектры ТПД СО представлены на Рисунке 1.
На диаграммах термодесорбции СО отмечается 4 пика. Пик при 75-80°С соответствует десорбции
физически поглощенного СО, оставшегося в порах катализатора, пик с температурой максимума 210-240°С характеризует десорбцию слабосвязанного СО, по площади
и высоте этот пик значительно уступает высокотемпературному пику с максимумом при 740-750°С. Для образца Со/SiO2 количество десорбированного СО при низких температурах значительно
выше, чем для Со/Al2O3, а для высокотемпературных пиков
наблюдается обратное соотношение. Это свидетельствует о том, что катализатор на силикатном носителе отличается меньшим «сродством» к СО, что в свою очередь приводит
к более высокой активности в низкотемпературной области
[2].
Список литературы
1.
Khodakov A. Y., Chu W., Fongarland P. Advances
in the Development of Novel Cobalt Fischer-Tropsch Catalysts for Synthesis
of Long-Chain Hydrocarbons and Clean Fuels. - Chem. Rev. - 2007, Vol. 107. – P. 1692-1744.
2.
Крючков М.В. Получение
алифатических углеводородов из разбавленного азотом синтез-газа. Автореф. Дисс. канд. хим. наук. М., 2012 г.
3. Лапидус А.Л. Механизм синтеза
углеводородов из СО и Н2 на кобальтовых катализаторах (обзор) // Химия твердого топлива. – 2013. - №6. – С.5-18.
