способ получения ароматических углеводородов из синтез-газа
Классы МПК: | C07C1/04 реакцией оксида углерода с водородом C07C15/02 моноциклические углеводороды |
Автор(ы): | Крылова Алла Юрьевна (RU), Крылова Майя Валерьевна (RU), Лядов Антон Сергеевич (RU), Долинский Сергей Эрикович (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Аромагаз" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-01-20 публикация патента:
27.12.2010 |
Изобретение относится способу получения ароматических углеводородов из синтез-газа, содержащего моноксид углерода и водород, включающий контактирование газа с эффективным количеством катализатора, содержащим 30% кобальта, и промотированным 4% оксида магния (II) и 3% оксида циркония (II), в котором в качестве носителя используют декатионированный цеолит, характеризующийся тем, что способ проводят при мольном отношении моноксида углерода и водорода 1:(0,5-2), температуре контактирования газа 250-300°С, объемной скорости подачи газа 300-2000 ч-1 и давлении 0,5-3 МПа, а мольное отношение в носителе SiO2/Аl2 O3=38. Применение давления и повышенных объемных скоростей подачи синтез-газа повышает производительность синтеза почти до 90 г/кг кат·ч, а также значительно снижает выход диоксида углерода - до 86-118 г/м3. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Способ получения ароматических углеводородов из синтез-газа, содержащего моноксид углерода и водород, включающий контактирование газа с эффективным количеством катализатора, содержащим 30% кобальта, и промотированным 4%-ным оксидом магния (II) и 3%-ным оксидом циркония (II), в котором в качестве носителя используют декатионированный цеолит, отличающийся тем, что способ проводят при мольном отношении моноксида углерода и водорода 1:(0,5-2), температуре контактирования газа 250-300°С, объемной скорости подачи газа 300-2000 ч -1 и давлении 0,5-3 МПа, а мольное отношение в носителе SiO2/Аl2O3=38.
2. Способ получения ароматических углеводородов по п.1, отличающийся тем, что температура контактирования предпочтительно 280-290°С.
3. Способ получения ароматических углеводородов по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют при давлении предпочтительно 0,5-1 МПа.
4. Способ получения ароматических углеводородов по п.1, отличающийся тем, что процесс осуществляют при объемной скорости подачи синтез-газа предпочтительно 500-1500 ч-1 .
Описание изобретения к патенту
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к нефтехимии, а именно к способу получения ароматических углеводородов (смеси бензола, толуола, ксилолов и этилбензола) из синтез-газа (смесь моноксида углерода с газообразным водородом) в присутствии бифункционального катализатора.
Уровень техники
Ароматические углеводороды находят широкое применение в качестве сырья для производства разнообразных химических продуктов, в частности полимеров. Эти соединения производят в основном путем риформинга нефтяных фракций.
К перспективным способам получения этих ценных химических продуктов относятся альтернативные методы, не использующие нефтяное сырье, например синтез ароматических углеводородов на основе синтез-газа (смеси моноксида углерода и газообразного водорода - продукта окислительной конверсии различного органического сырья (природного или попутного нефтяного газа, угля, тяжелых нефтяных остатков, биомассы различного происхождения и т.д.).
Альтернативные методы получения ароматических углеводородов (аренов) из синтез-газа в основном состоят из нескольких химических стадий.
Например, известен двустадийный метод получения углеводородных смесей, обогащенных ароматическими соединениями, включающий синтез метанола и его конверсию в углеводородные продукты [US 4499314, опубл. 31.01.1970].
Смеси аренов могут быть также получены трехстадийным способом, включающим стадии синтеза метанола, его дегидрирования в диметиловый эфир (ДМЭ) и превращения в смесь углеводородов с высоким содержанием ароматических соединений [RU 2284343, опубл. 27.09.2006].
Однако наиболее перспективным методом получения аренов из синтез-газа является их прямой синтез в присутствии бифункциональных катализаторов.
Известен способ получения ароматических углеводородов из синтез-газа путем контактирования газа при температуре 320-440°С и давлении 40-100 атм с бифункциональным цеолитным катализатором. Цеолитный компонент катализатора содержит железо [RU 2342354, опубл. 27.12.2008].
Использование такого катализатора обеспечивает относительно невысокий выход ароматических углеводородов (около 30% в составе продуктов синтеза).
Наиболее близким к предлагаемому в способу получения ароматических углеводородов из синтез-газа является способ получения ароматических углеводородов в присутствии кобальтцеолитного катализатора, а именно 30%Co-4%MgO-3%ZrO 2/HЦBM, содержащего в качестве носителя декатионированный цеолит (НЦВМ) с мольным отношением SiO2/Al2 O3=40 [Б.П.Тонконогов, М.В.Крылова, А.А.Дергачев, А.Л.Лапидус // Нефтепереработка и нефтехимия, 2003, № 6, с.16].
Катализатор готовят методом совместного осаждения активного компонента (кобальт) и промоторов (оксиды магния и циркония) на носитель. Метод позволяет при практически полной конверсии (~100%) синтез-газа с мольным отношением СО:Н 2=1:1 при атмосферном давлении, температуре 280°С и объемной скорости подачи синтез-газа 100 ч-1 осуществлять синтез смеси бензола, толуола, ксилолов и этилбензола с выходом целевых продуктов около 150 г/м3.
Недостатками этого способа являются высокое (около 130 г/м3 прореагировавшего синтез-газа) образование диоксида углерода - побочного продукта синтеза и низкая производительность катализатора (около 10 г/кг кат·ч). Эти недостатки делают практически невозможным внедрение метода в промышленную практику.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения ароматических углеводородов (смеси бензола, толуола, ксилолов и этилбензола) с высокой производительностью и низкой селективностью в отношении образования побочного продукта - диоксида углерода. В соответствии с этим объектом предложенного изобретения является способ синтеза ароматических углеводородов (смеси бензола, толуола, ксилолов и этилбензола) из синтез-газа, который отличается применением повышенного давления и повышенных объемных скоростей подачи синтез-газа и позволяющий производить синтез с высокой производительностью по целевым продуктам.
Поставленная задача решается в способе получения ароматических углеводородов из синтез-газа, содержащего моноксид углерода и водород, включающем контактирование газа с эффективным количеством катализатора, содержащим 30% кобальта, и промотированным 4% оксида магния (II) и 3% оксида циркония (II), в котором в качестве носителя используют декатионированный цеолит с мольным отношением SiO2/Аl2O3=38, при этом способ проводят при мольном отношении моноксида углерода и водорода 1:(0,5-2), температуре контактирования газа 250-300°С, объемной скорости подачи газа 300-2000 ч-1 и давлении 0,5-3 МПа.
Наиболее предпочтительными параметрами осуществления способа являются следующие: температура контактирования синтез-газа с катализатором 280-290°С, давление 0,5-1 МПа, объемная скорость подачи синтез-газа 500-1500 ч-1.
Использование данного метода позволяет получать ароматические углеводороды (смеси бензола, толуола, ксилолов и этилбензола) с производительностью до 80 г/кг кат·ч и пониженным выходом диоксида углерода (менее 90 г/м3).
Осуществление изобретения
Синтез ароматических углеводородов (смеси бензола, толуола, ксилолов и этилбензола) из синтез-газа (смесь моноксида углерода и газообразного водорода) можно осуществлять с использованием различных типов реакторов, например реакторов с неподвижным, псевдоожиженным или суспендированным слоем катализатора.
При этом размер частиц катализатора может варьироваться в зависимости от выбранного способа ведения процесса. Специалист может выбрать оптимальный размер частиц катализатора в зависимости от типа использованного реактора и выбранного режима.
Примеры 1-13
В качестве катализатора используется образец, содержащий 30% кобальта, с промотированным 4% оксида магния (II) и 3% оксида циркония (II), в котором в качестве носителя используют декатионированный цеолит (НЦВМ), т.е. (30%Co-4%MgO-3%ZrO2/HЦВМ), приготовленный совместным осаждением в присутствии цеолитного носителя основных карбонатов кобальта, магния и циркония из водного раствора их азотнокислых солей с помощью кислого карбоната аммония. В качестве носителя используется декатионированный цеолит (НЦВМ) с мольным отношением SiO2/Аl2O3=38.
Полученный при осаждении осадок отделяют на воронке Бюхнера, промывают горячей водой от NO3 --ионов и формуют экструзией. Экструдаты высушивают в сушильном шкафу при температуре 120°С и измельчают, отбирая фракцию 2-3 мм.
Перед проведением синтеза образец катализатора активируют в токе водорода при 450°С в течение 1 ч.
Синтез углеводородов проводят в трубчатом реакторе со стационарным слоем катализатора.
Условия синтеза отражены в таблице.
Из приведенных данных можно сделать вывод, что использование давления и повышенных объемных скоростей подачи синтез-газа существенно повышает производительность синтеза, которая возрастает почти до 90 г/кг кат·ч. Применение давления и повышенных объемных скоростей подачи синтез-газа приводит также к значительному снижению выхода диоксида углерода (до 86-118 г/м3).
Установлено, что жидкие продукты синтеза, полученные при давлении 0,1-1 МПа, практически нацело состоят из ароматических углеводородов (смеси бензола, толуола, ксилолов и этилбензола). Дальнейшее повышение давления приводит к увеличению доли парафинов в продуктах синтеза (до 20% при давлении 3 МПа).
Показатели синтеза ароматических углеводородов из СО и Н 2 | ||||||||
Пример | CO/H 2 | Р, МПа | Т,°С | Объемная скорость, ч-1 | Конверсия СО, % | Выход С5+, г/м3 | Выход CO2, г/м3 | Производительность, г/кг кат·ч |
1 (прототип) | 1/1 | 0,1 | 280 | 100 | 95 | 148 | 134 | 9,5 |
2 | 1/1 | 0,5 | 280 | 300 | 93 | 152 | 118 | 29,1 |
3 | 1/1 | 0,5 | 280 | 600 | 92 | 138 | 97 | 45,8 |
4 | 1/1 | 0,5 | 280 | 1200 | 89 | 124 | 92 | 88,3 |
5 | 1/1 | 0,5 | 250 | 1200 | 72 | 114 | 87 | 74,6 |
6 | 1/1 | 0,5 | 300 | 1200 | 93 | 93 | 98 | 67,5 |
7 | 1/1 | 0,5 | 280 | 2000 | 82 | 107 | 86 | 80,6 |
8 | 1/0,5 | 0,5 | 280 | 1200 | 93 | 128 | 112 | 87,1 |
9 | 1/1,5 | 0,5 | 280 | 1200 | 95 | 121 | 104 | 88,1 |
10 | 1/2 | 0,5 | 280 | 1200 | 95 | 112 | 93 | 86,3 |
11 | 1/1 | 1,0 | 280 | 1200 | 93 | 130 | 91 | 88,4 |
12 | 1/1 | 2,0 | 280 | 1200 | 97 | 125 | 89 | 87,3 |
13 | 1/1 | 3,0 | 280 | 1200 | 100 | 104 | 90 | 80,5 |
Класс C07C1/04 реакцией оксида углерода с водородом
Класс C07C15/02 моноциклические углеводороды