Каталитическая активность модифицированных силикагелевых адсорбентов в условиях конверсии метанола из водо-метанольного отхода природного газа
Аннотация
Работа посвящена анализу факторов, влияющих на каталитическую активность модифицированных силикагелевых адсорбентов в условиях конверсии метанола в диметиловый эфир. Объектами исследования были исходные и использованные при очистке от метанола водо-метанольного отхода природного газа модифицированные силикагелевые адсорбенты АСМ, АСМ ВС, BASF KC-Trockenperlen H и BASF KC-Trockenperlen WS. Цель настоящего исследования – изучение влияния удельной поверхности, элементного и фазового состава, времени работы адсорбентов на каталитическую активность модифицированных силикагелевых адсорбентов в условиях конверсии метанола в диметиловый эфир. Состав и структурные характеристики образцов устанавливали методами рентгенофлуоресцентного, рентгенофазового анализа и низкотемпературной адсорбции азота. По результатам ИК-спектрометрических и термических исследований оценили изменения структуры поверхностей адсорбентов в процессе их эксплуатации различными компонентами органического происхождения. Каталитическую активность силикагелевых адсорбентов в конверсии метанола исследовали на лабораторной установке проточного типа при атмосферном давлении в диапазоне 120-290°С и оптимизированной скорости насыщенного метанолом потока азота 1200 см3/мин. Процесс конверсии метанола контролировали методом газожидкостной хроматографии. Установлено увеличение каталитической активности адсорбентов в конверсии метанола в диметиловый эфир в ряду АСМ ВС < BASF KC‒Trockenperlen WS < BASF KC-Trockenperlen H < АСМ. Максимальную каталитическую активность при 290°С проявил адсорбент АСМ с 4.2% оксида алюминия и аморфной структурой, который позволяет существенно сократить выбросы метанола в атмосферу. Для кристаллических адсорбентов АСМ ВС с содержанием оксида алюминия 13.2% в условиях конверсии метанола в УПГТ в водо-метанольной среде при 290°С каталитическая активность оказалась минимальной. Показано, что снижение каталитической активности адсорбентов на промышленной установке в процессе работы связано с уменьшением значения удельной поверхности образцов при постоянстве содержания оксида алюминия и фазового состояния, что связано с возможной блокировкой каталитических центров адсорбентов за счет накопления компонентов органического происхождения в процессе очистки природного газа. Установление факторов, влияющих на конверсию метанола в диметиловый эфир на модифицированных силикагелевых адсорбентах, позволит управлять экологическими рисками, а также снизить риски для человека в процессе транспортирования и утилизации водо-метанольного отхода очистки природного газа.
Скачивания
Литература
Kondaurov S.Y., Artemova I.I., Nikisheva M.I., Kruchinin M.M., Shajhutdinov A.Z., Zolotovskij B.P., Pilotnye ispytaniya processa adsorbcionnoj osushki i otbenzinivaniya prirodnogo gaza na rossijskih adsorbentah, Gazovaya promyshlennost', 2011; 12: 26-29.
Temerdashev Z.А., Rudenko A.V., Kolychev I.A., Kostina A.S., Effect of alumosilicate adsorbent regeneration conditions on the dehydration of methanol extracted from natural gas, Ecology and industry of Russia, 2020; 24(8): 17-21. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-8-17-21
Khaleel A., Methanol dehydration to dimethyl ether over highly porous xerogel alumina catalyst: Flow rate effect, Fuel Process. Technol., 2010; 91(11): 1505-1509. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2010.05.028
Catizzone E., Migliori M., Aloise A., Lamberti R., Giordano G., Hierarchical low Si/Al ratio ferrierite zeolite by sequential postsynthesis treatment: catalytic assessment in dehydration reaction of methanol, J. Chem., 2019; 2019: 1-9. https://doi.org/10.1155/2019/3084356
Rashidi H., Hamoule T., Reza Khosravi Nikou M., Shariati A., DME synthesis over MSU‒S catalyst through methanol dehydration reaction, IJOGST, 2013; 2 (4): 67-73. https://doi.org/10.22050/ijogst.2013.4797
Temerdashev Z.А., Kostina A.S., Rudenko A.V., Kolychev I.A., Vasil'ev A.M., Catalytic activity of alumina–modified silica gels in methanol conversion to dimethyl ether, Russian J. оf Appl. Chem., 2021; 94(5): 576-585. https://doi.org/10.1134/S1070427221050049
Macina D., Piwowarska Z., Tarach K., Góra-Marek K., Ryczkowski J., Chmielarz L., Mesoporous silica materials modified with alumina polycations as catalysts for the synthesis of dimethyl ether from methanol, Mater. Res. Bull., 2016; 74: 425-435. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.11.018
Gao S., Xu S., Wei Y., Qiao Q., Xu Z., Wu X., Zhang M., He Y., Xu S., Liu Z., Insight into the deactivation mode of methanol‒to‒olefins conversion over SAPO-34: coke, diffusion, and acidic site accessibility, J. Catal., 2018; 367: 306-314. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2018.09.010
Wei Y., de Jongh P.E., Bonati M.L., Law D.J., Sunley G.J., de Jong K.P., Enhanced catalytic performance of zeolite ZSM-5 for conversion of methanol to dimethyl ether by combining alkaline treatment and partial activation, Appl. Catal. A-Gen., 2015; 504: 211-219. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.12.027
Groen J.C., Moulijn J.A., Pérez-Ramírez J., Desilication: on the controlled generation of mesoporosity in MFI zeolites, J. Mater. Chem., 2006; 16(22): 2121-2131. https://doi.org/ 10.1039/B517510K
Fan Y., Bao X., Lin X., Shi G., Liu H., Acidity adjustment of HZSM‒5 zeolites by dealumination and realumination with steaming and citric acid treatments, J. Phys. Chem. B., 2006; 110(31): 15411-15416. https://doi.org/10.1021/jp0607566
Raoof F., Taghizadeh M., Eliassi A., Yaripour F., Effects of temperature and feed composition on catalytic dehydration of methanol to dimethyl ether over γ-alumina, Fuel, 2008; 87(13-14): 2967-2971. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.03.025
Xu M., Lunsford J.H., Goodman W.D., Bhattacharyya A., Synthesis of dimethyl ether (DME) from methanol over solid–acid catalysts, Appl. Catal. A-Gen., 1997; 149(2): 289-301. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(96)00275-X
Temerdashev Z.А., Kostina A.S., Ryadno E.G., Vasil'ev A.M., Vasil'eva L.V., Kolychev I.A., Life cycle of silica gel adsorbents used in natural-gas purification, Protection of metals and physical chemistry of surfaces, 2022; 58(4): 696-701. https://doi.org/10.1134/S2070205122040232
Bateni H., Able C., Development of heterogeneous catalysts for dehydration of methanol to dimethyl ether: a review, Catal. Ind., 2019; 11(1): 7-33. https://doi.org/10.1134/S2070050419010045
Chukin G.D. Himiya poverhnosti i stroenie dispersnogo kremnezyoma. M., Paladin, Printa Publ., 2008, 172 p. (In Russ.)
Bellami L. Infrakrasnye spektry slozhnyh molekul. M., Izdatel'stvo inostrannoj literatury, 1963, 590 p. (In Russ.)
