Работа выполнена в рамках проекта РФФИ №17-08-00568 А.

УДК 544.478.12
AGRIS T01    

https://doi.org/10.33619/2414-2948/49/01

 

КАТАЛИТИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА
В УГЛЕВОДОРОДЫ НА ЖЕЛЕЗО МОДИФИЦИРОВАННОМ ЦЕОЛИТЕ H-ZSM-5

©Долуда В. Ю., ORCID: 0000-0002-2865-9945, SPIN-код: 8836-6137, канд. хим. наук,

Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия, doludav@yandex.ru
©Лакина Н. В., ORCID: 0000-0002-7293-8781, SPIN-код: 3871-7341, канд. хим. наук,
Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия, lakina@yandex.ru
©Бровко Р. В., ORCID: 0000-0001-9945-566X, SPIN-код: 1638-1220, Тверской государственный

технический университет, г. Тверь, Россия, romanvictorovich69@mail.ru

Аннотация. Уменьшение запасов традиционных источников углеводородов стимулирует повсеместное увеличение интереса к получению синтетических углеводородов из возобновляемых или малоценных источников сырья. Каталитическая трансформация метанола в углеводороды, наряду с процессом Фишера–Тропша, может рассматриваться в качестве возможного пути получения синтетических углеводородов. При этом активность и стабильность применяемых катализаторов оказывает решающее влияние на эффективность всего процесса в целом. Традиционно используемые в качестве катализаторов цеолиты и цеотипы различного строения характеризуются небольшими скоростями накопления углеводородов и непродолжительным периодом функционирования, что требует изменения их структурных характеристик или синтеза новых систем. Целью проведенной работы является получение железомодифицированных цеолитов типа H-ZSM-5 с целью увеличения скорости накопления жидких углеводородов и увеличения срока функционирования катализатора. Для выполнения поставленной цели была проведена модификация цеолита железом, определены основные физико–химические характеристики полученных катализаторов, осуществлен скрининг каталитических свойств. Модификация цеолитов железом производилась методом ионного обмена, в результате чего были синтезированы образцы с содержанием железа от 0,004 мас.% до 0,240 мас.%. При этом наблюдалось уменьшение поверхности микропор с 280 м2/г до 190 м2/г и уменьшение количества кислотных центров с 1,08 ммоль/г до 0,72 ммоль/г. Модификация цеолита железом с концентрации до 0,008 мас.% способствовала увеличению скорости трансформации диметилового эфира с 0,04 до 0,06 кг (ДМЭ)/(кг(Кат)ч) и последующему уменьшению скорости трансформации диметилового эфира до 0,03 кг (ДМЭ)/(кг(Кат)ч) при дальнейшем увеличении концентрации железа, однако при этом наблюдается увеличение селективности процесса к жидким углеводородам с 30 до 54%. Модификация цеолита хлоридом железа способствует существенному изменению углеводородного состава. При увеличении концентрации железа с 0,004 мас.% до 0,240 мас.% происходит увеличение концентрации пропана, бутана и алифатических углеводородов с числом углеродных атомов шесть и более, также наблюдается уменьшение количества ароматических соединений. 

Ключевые слова: диметиловый эфир, углеводороды, цеолиты, H-ZSM-5.

DIETHYL ETHER TO HYDROCARBONS CATALYTIC TRANSFORMATION OVER IRON MODIFIED H-ZSM-5 ZEOLITE

©Doluda V., ORCID: 0000-0002-2865-9945, SPIN-code: 8836-6137, Ph.D., Tver State Technical University, Tver, Russia, doludav@yandex.ru
©Lakina N., ORCID: 0000-0002-7293-8781, SPIN-код: 3871-7341, Ph.D., Tver State Technical University, Tver, Russia, lakina@yandex.ru
©Brovko R., ORCID: 0000-0001-9945-566X, SPIN-code: 1638-1220, Tver State Technical University, Tver, Russia, romanvictorovich69@mail.ru

Abstract. Decrease of traditional hydrocarbon feedstock stimulates a widespread interest in the development of hydrocarbons synthesis from renewable or low-value sources. The catalytic transformation of methanol into hydrocarbons, along with the Fischer–Tropsch process, can be considered as a possible way to obtain synthetic hydrocarbons. At the same time, the activity and stability of the catalysts have a decisive influence on the efficiency of the whole process. Zeolites and zeotypes of various structures traditionally used as catalysts are characterized by low rates of hydrocarbon accumulation and a short period of functioning, which requires a change in their structural characteristics or the synthesis of new systems. The aim of this work is to obtain iron-modified H-ZSM-5 type zeolites in order to increase the rate of liquid hydrocarbons accumulation and increase the lifetime of the catalyst. To achieve this goal zeolite was modified with iron, the main physicochemical characteristics of the obtained catalysts were determined and the catalytic properties were screened. Modification of zeolites by iron was carried out by the ion exchange method, as a result, samples with an iron content of 0.004 wt.% to 0.240 wt.% were synthesized. In this case, the decrease in the micropores surfaces from 280 m2/g to 190 m2/g and a decrease in the number of acid sites from 1.08 mmol/g to 0.72 mmol/g was noticed. Modification of zeolite with an iron of concentration up to 0.008 wt. % contributed to an increase in transformation rate of dimethyl ether from 0.04 to 0.06 kg (DME)/(kg (Cat)h) and decreased to 0.03 kg (DME)/(kg (Cat) h) during further increasing of iron content, however, process selectivity to liquid hydrocarbons increase from 30% to 54%. Modification of zeolite with iron contributes to a significant change in hydrocarbon composition. With an increase in the iron concentration from 0.004 wt.% to 0.017 wt.%, the increase in the concentration of propane, butane and aliphatic hydrocarbons with the number of carbon atoms of six or more was noticed along with a decrease in the concentration of aromatic compounds.

 

Keywords: dimethyl ether, hydrocarbons, zeolites, H-ZSM-5.
 

Ссылка для цитирования:
Долуда В. Ю., Лакина Н. В., Бровко Р. В. Каталитическая трансформация диметилового эфира в углеводороды на железо модифицированном цеолите H-ZSM-5 // Бюллетень науки и практики. 2019. Т. 5. №12. С. 12-19. https://doi.org/10.33619/2414-2948/49/01

 

Cite as (APA):
Doluda, V., Lakina, N., & Brovko, R. (2019). Diethyl Ether to Hydrocarbons Catalytic Transformation Over Iron Modified H-ZSM-5 Zeolite. Bulletin of Science and Practice, 5(12), 12-19. https://doi.org/10.33619/2414-2948/49/01 (in Russian).

 

© 2015–20 Издательский центр НАУКА И ПРАКТИКА. Сайт создан на Wix.com