Диссертация (1091222), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Производительность жидких97углеводородов при оптимальной температуре синтеза (225 °C) была наибольшей среди всехкатализаторов. Она возрастала с 16,8 до своего максимального значения равного 91,2 кг/(м3·ч),проходя через локальный максимум при 190 °C (36 кг/(м3·ч)) (рисунок 43 б). Селективностьобразования жидких углеводородов была наибольшей преимущественно во всем температурноминтервале измерений (за исключением 170, 190 и 210 °С) и плавно снижалась с 84 до стабилизациина уровне 62–64 % в диапазоне температур 210–230 °С (рисунок 43 в).Катализатор КС, содержащий сферический алюминий, характеризовался плавным ростомконверсии CO с 10 до 82 % во всём диапазоне температур (170–225 °С) (рисунок 43 а). Аналогичнымобразом изменялась и производительность по жидким углеводородам, возрастая с 10,4 до 64 кг/(м3·ч)(рисунок 43 б).
Селективность образования жидких углеводородов снижалась с 80 до 64 % и имелалокальный максимум при 220 °С (59 %) (рисунок 43 в).Катализатор КМ, содержащий медные дендриты в качестве теплопроводящего компонента,характеризовался равномерным ростом конверсии CO (с 4 по 81 %) во всём диапазоне измерений (170–228 °С) (рисунок 43 а). Производительность и селективность образования жидких углеводородовкатализатора КМ была минимальной по сравнению с остальными образцами.
Производительностьвозрастала от 2,4 до 33,6 кг/(м3·ч) при возрастании температуры от 170 до 228 °С соответственно(рисунок 43 б). Селективность образования углеводородов C5+ снижалась с 57 до 38 % и имелалокальный минимум при 200 °С (38 %) (рисунок 43 в).Конверсия CO катализатора КЦ, содержащего чешуйчатый цинк, возрастала от 0 до 73%во всём диапазоне температур синтеза. Резкий рост конверсии (с 4 до 32 %) наблюдался при 180–190 °С. Она была наибольшей среди всех катализаторов в диапазоне температур 190–205 °С(рисунок 43 а). Производительность по жидким углеводородам также возрастала с ростомтемпературы и имела аналогичный конверсии CO резкий подъём с 3,2 до 32,8 кг/(м3·ч). Выходна плато производительности при 215–223 °С (48,0–48,8 кг/(м3·ч)) связан с интенсификациейобразования побочных продуктов синтеза, а также падением селективности образования жидкихуглеводородов (рисунок 43 б).
Селективность C5+ возрастала от 0 до 79 % при 170–190 °С, а затемнаблюдалось снижение данной величины до 51 % (при 223 °C) (рисунок 43 в).Катализатор КК, полученный на базе экструдированного карбида кремния, в диапазонетемператур 170–180 °С характеризовался высокими показателями конверсии CO (18–20 %) ипроизводительности жидких углеводородов (24,8–26,4 кг/(м3·ч)). Дальнейший рост температуры синтеза(до 235 °С) привёл к снижению конверсии CO до минимальных значений по сравнению с остальнымиобразцами (22–78 %) (рисунок 43 а). Производительность жидких углеводородов возрастала с 19,2 до54,4 кг/(м3·ч)), проходя через локальный минимум при 190 °С (рисунок 43 б). Селективность образованияжидких углеводородов плавно снижалась с 86 до 42 % (рисунок 43 в).98(а)(б)99(в)Рисунок 44.
– Влияние температуры синтеза на образование побочных продуктов процесса:селективность образования метана (а); выход углеводородов С2–С4 (б); СО2 (в)Селективность образования метана для катализатора КО имела максимум при 200 °С(22 %), повышаясь с 12 % при 170 °С до 20 % при 200 °С, затем с 210 °С она вновь возрастала до20 % при 218 °С (рисунок 44 а). В диапазоне температур 170–190 °С выход углеводородов C2–C4был максимальным среди всех образцов (6–8 г/м3). В дальнейшем выход газообразныхуглеводородов также был достаточно высок и возрастал до 30 г/м3 при 218 °С (рисунок 44 б).Тренд выхода CO2 до 210 °С совпадал с другими образцами (1–7 г/м3), а затем при 210–218 °Срезко возрастал с 7 до 41 г/м3 (рисунок 44 в).Для катализатора КЧ селективность образования метана возрастала с 6 % при 170 °С до25 % при 210 °С.
Затем наблюдалось постепенное снижение данного параметра до 18 % при230 °С (рисунок 44 а). Выход углеводородов C2–C4 плавно возрастал с ростом температуры с 2до 19 г/м3 (рисунок 44 б). В диапазоне температур 170–210 °С выход CO2 был низок и составлял1–3 г/м3. Дальнейшее повышение температуры синтеза приводило к резкому росту даннойвеличины до 47 г/м3 при 230 °С (рисунок 44 в).Селективность образования метана катализатора КС изменялась от 9 % до максимума при210 °С (28 %).
Затем она снижалась до 19 % при 225 °С (рисунок 44 а). Выход углеводородов C2–C4100возрастал с 2 до 17 г/м3 на интервале температур 170–220 °С. Затем он снижался до 15 г/м3 при 225 °С(рисунок 44 б). Выход CO2 возрастал с 0,5 до 42,0 г/м3 (рисунок 44 в).Для катализатора КМ, содержащего медные дендриты в качестве теплопроводящегокомпонента, селективность образования метана была практически постоянной (20–23 %) на всёминтервале температур синтеза (рисунок 44 а).
Выход C2–С4 возрастал с повышениемтемпературы (с 2 до 46 г/м3) и был наибольшим среди всех катализаторов (рисунок 44 б). Трендизменения выхода CO2 с ростом температуры синтеза при 170–220 °С был аналогичен трендамбольшинства катализаторов. Резкое возрастание данного параметра наблюдалось при 220–228 °С, где выход CO2 достигал 56 г/м3 при 228 °С (рисунок 44 в).Катализатор КЦ имел локальный максимум селективности образования метана при 180 °С(16 %) (рисунок 44 а).
В дальнейшем эта величина возросла до 30 %. Тенденция роста выхода C2–С4при повышении температуры синтеза была аналогична большинству катализаторов и составляла12 г/м3 при 223 °С (рисунок 44 б). Выход CO2 возрастал от 0 до 32 г/м3 при 223 °C (рисунок 44 в).Селективность метанообразования катализатора КК возрастала с 6 до 35 % (максимум при210 °С) и была наибольшей для всех образцов в диапазоне 190–235 °С (рисунок 44 а). Данныйкатализатор характеризовался плавным возрастанием выхода углеводородов C2–С4 (2–24 г/м3) иCO2 (0,5–56,0 г/м3) с ростом температуры (рисунок 44 б и в).
Наблюдается схожесть трендоввыхода углеводородов C2–C4 с катализатором КЧ.Анализ приведённых выше зависимостей позволяет сделать следующие наблюдения ипромежуточные выводы относительно исследуемых катализаторов:—выход CO2 не зависел от природы катализатора, наблюдались сопоставимые величины длявсех катализаторов при различных температурах синтеза (рисунок 44 в);—наиболее перспективные результаты, с точки зрения выхода целевого продукта, показаликатализаторы КО, КЧ и КС.
Все они обладают сопоставимой величиной конверсии CO,производительностииселективностиобразованияжидкихуглеводородоввблизииндивидуальной оптимальной температуры синтеза. При этом наибольшую производительностьпо жидким углеводородам (91,2 кг/(м3·ч)) среди всех образцов показал катализатор КЧ,содержащий чешуйчатый алюминий в качестве теплопроводящего компонента;—катализатор КК, на базе карбида кремния показал высокую активность по целевымпараметрам процесса (конверсия CO, селективности и производительности по жидкимуглеводородам) при 170–180 °С. Однако дальнейшая тенденция изменения характеристик с ростомтемпературы синтеза, в частности, значительный рост селективности образования метана, скореевсего связана с недостатком отвода тепла от активных центров.
Так коэффициентытеплопроводности носителя и катализатора КК составляли 2,20 и 2,83 Вт/(м·К) соответственно.Исследование при больших нагрузках по синтез-газу покажет возможности данного катализатора;101—для катализатора КЦ наблюдались значительные колебания основных каталитическихпараметров (резкий рост конверсии CO и селективности образования жидких углеводородов,колебания селективности образования метана), что, вероятно, вызвано особенностями строенияпористой структуры и низкими значениями коэффициента теплопроводности. В разделе 3.1.1отмечено, что количество контактов между чешуйками цинка недостаточно для обеспеченияэффективного отвода тепла.
В результате отвод тепла происходит преимущественно по оксиднойсоставляющей композита. Кроме того, подобное поведение каталитических характеристик можетбыть обусловлено как сильным взаимодействием металл-носитель в результате чего температураначала работы катализатора существенно выше других исследованных образцов (180 °С), так ивозможным проявлением самостоятельной активности соединений цинка в синтезе органическихвеществ из CO и H2 (что, впрочем, маловероятно, учитывая литературные данные по рабочимусловиям синтеза метанола на цинкоксидных катализаторах [1]).—катализатор КМ характеризовался высокой величиной конверсии CO и низкимипоказателями по целевым параметрам процесса (производительность и селективность образованияжидких углеводородов) и высокие показатели по выходу газообразных продуктов синтеза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
