Розробка каталізатора синтезу компонентів моторного палива з вуглецьвмісної сировини
№ 36 (2025), ЗМІСТ
№ 36 (2025)

Розробка каталізатора синтезу компонентів моторного палива з вуглецьвмісної сировини

ЗМІСТ
Опубліковано грудень 8, 2025
Андрій І. Tрипольський
Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського Національної академії наук України просп. Науки, 31, Київ, 03028, Україна
Данило С. Фатєєв
Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського Національної академії наук України просп. Науки, 31, Київ, 03028, Україна
Костянтин Є. П’яних
Інституту газу Національної академії наук України вул. Дегтярівська, 39, Київ, 03113, Україна
Олена І. Іваненко
Національний технічний університет України «КПІ ім. Ігоря Сікорського» проспект Берестейський, 37, Київ, 03056, Україна
Ігор Б. Бичко
Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського Національної академії наук України просп. Науки, 31, Київ, 03028, Україна
Ірина Л. Столярчук
Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського Національної академії наук України просп. Науки, 31, Київ, 03028, Україна
Петро Є. Стрижак
Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського Національної академії наук України просп. Науки, 31, Київ, 03028, Україна
макет статті

Ключові слова

каталізатор, вуглецьвмісна сировина, рідкі вуглеводні, синтез Фішера-Тропша, пілотна установка

Як цитувати

TрипольськийА. І., Фатєєв, Д. С., П’яних, К. Є., Іваненко, О. І., Бичко, І. Б., Столярчук, І. Л., & Стрижак, П. Є. (2025). Розробка каталізатора синтезу компонентів моторного палива з вуглецьвмісної сировини. Каталіз та нафтохімія, (36), 18-32. вилучено із https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/125
ACM ACS APA ABNT Chicago Harvard IEEE MLA Turabian Vancouver

Завантажити посилання

Endnote/Zotero/Mendeley (RIS) BibTeX

Анотація

Стаття присвячена розробці залізовмісного каталізатора синтезу рідких вуглеводнів на модульних установках (процес Фішера-Тропша) з синтез-газу, одержаного шляхом газифікації вуглецьвмісної сировини. На основі літературних даних було синтезовано 9 лабораторних зразків каталізаторів, які відрізнялись якісним і кількісним хімічним складом та методом приготування. Експериментальне дослідження каталітичних властивостей синтезованих залізовмісних каталізаторів в реакції синтезу Фішера-Тропша, дозволило вибрати каталітичний композит С3, на основі якого було розроблено оригінальну технологію промислового виробництва ефективного каталізатора синтезу рідких вуглеводнів з вуглецьвмісної сировини та напрацьовано дослідну партію. Розроблений промисловий каталізатор мав наступний склад: 67.6 % Fe2O3, 20.0  % CuО, 2.5 % K2O, 9.9 % Al2O3, площа питомої поверхні неактивованого каталізатора складала 24.4 м2/г. Такий каталізатор було охарактеризовано різними фізико-хімічними методами та досліджено його каталітичні характеристики на лабораторній установці з використанням модельного складу синтез-газу. Показано, що в процесі синтезу Фішера-Тропша в присутності розробленого промислового каталізатора утворюються карбіди заліза FexC, вміст яких може становити від 2.0 до 31 % від загальної кількості компонентів. Визначено оптимальні умови процесу та проведено синтез рідких вуглеводнів з синтез-газу із використанням розробленого каталізатора. Показано, що ступінь перетворення СО в стандартних умовах (СО:Н2 = 1:3, об’ємна швидкість – 2400 год–1, тиск – 5 атм., температура – 280 °С) досягала 49.8 %, при цьому вихід рідких вуглеводнів становив 0.153 г/(гкат·год), що відповідає селективності процесу за рідкими вуглеводнями у 42 %. Проведено успішні випробування розробленого каталізатора на пілотній установці з використанням синтез-газу, одержаного шляхом газифікації деревини.

макет статті

Посилання

How the war in Ukraine will change the way the world uses energy. https://www. newscientist.com/article/2313010-how-the-war-in-ukraine-will-change-the-way-the-world-uses-energy.

Gordon O. What the Ukraine conflict means for Europe’s energy crisis. https://www. energymonitor.ai/policy/a-ukraine-could-inflame-europes-energy-crisis.

Liu Z., Shi K., Yang S., Qian Y. A novel process design and techno-economic analysis for coal-based polygeneration process of synthetic natural gas. methanol and power. Journal of Cleaner Production, 2022, 349, 131388.

Huang R., Kang L., Liu Y. Renewable synthetic methanol system design based on modular production lines. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2022, 161, 112379.

Li P., Yuan Z., Eden MR. A comparative study of Fischer-Tropsch synthesis for liquid transportation fuels production from biomass. In: Zdravko K. Milos B. editors. Computer aided chemical engineering. Elsevier., 2016, 38, 2025–2030.

Samiran N.A., Jaafar M.N.M., Ng J.H., Lam S.S., Chong C.T. Progress in biomass gasification technique – With focus on Malaysian palm biomass for syngas production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 62, 1047–1062.

Maitlo G., Ali I., Mangi K.H., Ali S., Maitlo H.A., Unar I.N., Pirzada A.M. Thermochemical Conversion of Biomass for Syngas Production: Current Status and Future Trends. Sustainability, 2022, 14, 2596.

Luque R., de la Osa A.R., Campelo J.M., Romero A.A., Valverde J.L., Sanchez P. Design and development of catalysts for Biomass-To-Liquid-Fischer–Tropsch (BTL-FT) processes for biofuels production: Energy Environ. Sci., 2012, 5(1), 5186–5202.

Dayton D.C., Turk B., Gupta R. Syngas Cleanup, Conditioning and Utilization. Thermochemical Processing of Biomass: Conversion into Fuels, Chemicals and Power, 2019, 125–174.

Qayyum A., Ali U., Ramzan N. Acid gas removal techniques for syngas. natural gas. and biogas clean up – a review: Energy Sources. Part A: Recovery. Utilization. and Environmental Effects, 2020, 1–24.

Martinelli M.. Gnanamani M., LeViness S., Jacobs G., Shafer W. An overview of Fischer–Tropsch Synthesis: XtL processes. catalysts and reactors. Appl. Catal. A. Gen., 2020, 608, 1–14.

Сторч Г., Голамбик П., Андерсон Р. Синтез углеводородов из окиси углерода и водорода. – М.: Издательство ИНЛ, 1954. – 516 с.

Anderson R.B. The Fischer-Tropsch synthesis. – Academic Press, 1984. – 301 p.

Vogel A. P., van Dyk B., Saib A.M. GTL using efficient cobalt Fischer-Tropsch catalysts. Catalysis Today, 2016, 259, 323–330.

Dry M.E. Fischer-Tropsch synthesis over iron catalysts. Catalysis Letters, 1991, 7(1–4), 241–251.

Shafer W., Gnanamani M., Graham U., Yang J., Masuku C., Jacobs G., Davis B. Fischer–Tropsch: Product Selectivity–The Fingerprint of Synthetic Fuels: Catalyst, 2019, 3, 259.

Anderson R.B. The Fischer-Tropsch synthesis. – Academic Press, 1984. – 301 p.

Schulz P., Erich Е., Gorre Н., van Steen E. Regularities of selectivity as a key for discriminating FT-surface reactions and formation of the dynamic system. Catal. Lett, 1990, 7, l57–167.

Reymond J., Meriaudeau P., Teichner S.J. Changes in the surface structure and composition of an iron catalyst of reduced or unreduced Fe2O3 during the reaction of carbon monoxide and hydrogen, J. Catal, 1982, 75, 39–48.

de Jesús Ruíz-Baltazar Á., Reyes-López S.Y., de Lourdes MondragónSánchez M., Robles-Cortés A.I., Pérez R. Eco-friendly synthesis of Fe3O4 nanoparticles: Evaluation of their catalytic activity in methylene blue degradation by kinetic adsorption models. Results Phys, 2019, 12, 989–995.

Pastrana E.C., Zamora V., Wang D., Alarcón H., Fabrication and characterization of a-Fe2O3/CuO heterostructure thin films via dip-coating technique for improved photoelectrochemical performance: Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol, 2019, 10(3), 035012–035021.

de Jesús Ruíz-Baltazar Á., Reyes-López SY., Pérez R. Magnetic structures synthesized by controlled oxidative etching: structural characterization and magnetic behavior. Results Phys., 2017, 7, 1828–1832.

Paz-Díaz B., Va´zquez-Olmos A.R., Almaguer-Flores A., Garcı´a-Pe´rez V.I., Sato-Berru R.Y., Almanza-Arjona Y.C., Garibay-Febles V. ZnFe2O4 and CuFe2O4 Nanocrystals: Synthesis. Characterization. and Bactericidal Application. Journal of Cluster Science, 2021, 34, 111–119.

Koichumanova K., Sai Sankar Gupta K.B., Lefferts L., Mojet B.L., Seshan K. An in situ ATR-IR spectroscopy study of aluminas under aqueous phase reforming conditions. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17(37), 23795–23804.

Ding M., Yanga Y., Wu B., Xua J., Zhang C., Xiang H., Li Y. Study of phase transformation and catalytic performance on precipitated iron-based catalyst for fischer-tropsch synthesis. J. Mol. Catal. A Chem., 2009, 303(1–2), 65–71.

Gholami Z., Gholami F., Tišler Z., Hubáˇcek J., Tomas M., Baˇciak M., Vakili M. Production of Light Olefins via Fischer-Tropsch Process Using Iron-Based Catalysts. A Review. Catalysts, 2022, 12, 174.

Wang Z.P., Niu Z.Z., Hao Q.A., Ban L.J., Li H.T., Zhao Y.X., Jiang Z. Enhancing the ethynylation performance of CuO-Bi2O3 nanocatalysts by tuning Cu-Bi interactions and phase structures. Catalysts, 2019, 9(1), 35.

Cobb J.B.C., Bennett A., Chinchen G.C., Davies L., Heaton B.T., Iggo J.A. The characterisation of distinct adsorption sites for hydrogen on copper in copper/alumina catalysts by in situ 1H NMR spectroscopy. Journal of Catalysis, 1996, 164(2), 268–275.

Ahmadi S.J., Outokesh M., Hosseinpour M., Mousavand T. A simple granulation technique for preparing high-porosity nano copper oxide(II) catalyst beads. Particuology, 2011, 9(5), 480–485.

Wang J., Wang C., Feng Y., Li F., Su W., Fang Y., Zhao B. Cu/CeO2 catalysts for reverse water gas shift reactions: the effect of the preparation method. RSC Advances, 2024, 14(24), 16736–16746.

Cho J.M., Jeong M.H., Bae J.W. Fischer-Tropsch synthesis on potassium-modified Fe3O4 nanoparticles. Res. Chem Intermed., 2016, 42(1), 335–350.

Fadlalla M.I., Nyathi T.M., Claeys M. Magnesium as a Methanation Suppressor for Iron-and Cobalt-Based Oxide Catalysts during the Preferential Oxidation of Carbon Monoxide. Catalysts, 2022, 12, 118.

Portnyagin A.S., Golikov A.P., Drozd V.A., Avramenko V.A. An alternative approach to kinetic analysis of temperature-programmed reaction data. RSC Adv., 2018, 8(6), 3286–3295.

Peña D., Jensen L., Cognigni A., Myrstad R., Neumayer T., Van Beek W., Rønning M. The Effect of Copper Loading on Iron Carbide Formation and Surface Species in Iron-Based Fischer-Tropsch Synthesis Catalysts, ChemCatChem, 2018, 10(6), 1300–1312.

Teimouri Z., Abatzoglou N., Dalai A.K. Kinetics and Selectivity Study of Fischer Tropsch Synthesis to C5+ Hydrocarbons: A Review. Catalysts, 2021, 11(3), 330.