УДК 544.47
AGRIS P33

Механизмы дезактивации цеолита H-ZSM-5 в процессе каталитической трансформации метанола в углеводороды

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №20-08-00191)

Механизмы дезактивации цеолита H-ZSM-5 в процессе каталитической трансформации метанола в углеводороды
©Бровко Р. В., ORCID: 0000-0001-9945-566X, SPIN-код: 1638-1220, Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия, romanvictorovich69@mail.ru
©Мушинский Л. С., ORCID: 0000-0002-0819-6664, SPIN-код: 5679-1478, Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия, 18071998@rambler.ru
©Долуда В. Ю., ORCID: 0000-0002-2865-9945, SPIN-код: 8836-6137, д-р хим. наук, Тверской государственный технический университет, г. Тверь, Россия, doludav@yandex.ru

Аннотация. Дезактивация цеолитов в процессе трансформации метанола в углеводороды представляет собой сложный химический процесс, включающий в себя обратимую и необратимую деградацию активных центров. Необратимая дезактивация катализатора связана с деградацией активных центров при длительном функционировании последних в условиях высокотемпературного воздействия водяного пара, одного из основных продуктов реакции. Образование отложений углерода на поверхности катализатора является основной причиной обратимой дезактивации. Образование углерода может происходить как в полостях каналов цеолитов, что обычно приводит к изменению селективности процесса по легким углеводородам, так и в местах соединения каналов, что приводит к блокировке пор и уменьшению активности катализатора. Кроме того, осаждение углерода может произойти непосредственно на активном центре цеолита, что также снижает активность катализатора. Исследование скорости дезактивации синтезированных каталитических систем от времени производилась в трубчатой реакторной установке непрерывного действия, состоящей из реактора получения диметилового эфира и реактора трансформации диметилового эфира в углеводороды. Определение кинетических закономерностей процесса дезактивации цеолита H-ZSM-5 позволяет адекватно описать реальное протекание процесса каталитической трансформации метанола в углеводороды. В результате решения дифференциальных уравнений дезактивации катализатора численными методами получены значения констант и энергий активаций. На основе значений предэкспоненциальных множителей и энергий активации была определена оптимальная область условий проведения процесса каталитической трансформации метанола в углеводороды, обеспечивающая минимальную скорость дезактивации катализатора, Pобщ = 1 атм., W (метанола) = 2,3 кг (метанола) / (кг (кат) × ч), t=330–360°C, что коррелирует с результатами литературных данных по трансформации метанола на цеолите типа H-ZSM-5.

Ключевые слова: метанол, трансформация, катализатор, цеолит, H-ZSM-5.

H-ZSM-5 Zeolites Deactivation Mechanisms in Catalytic Transformation of Methanol to Hydrocarbons
©Brovko R., ORCID: 0000-0001-9945-566X, SPIN-code: 1638-1220, Tver State Technical University, Tver, Russia, romanvictorovich69@mail.ru
©Mushinskii L., ORCHID: 0000-0002-0819-6664, SPIN-code: 5679-1478, Tver State Technical University, Tver, Russia, 18071998@rambler.ru
©Doluda V., ORCID: 0000-0002-2865-9945, SPIN-code: 8836-6137, Dr. habil., Tver State Technical Technology, Tver, Russia, Russia, doludav@yandex.ru

Abstract. Zeolite deactivation during the methanol transformation into hydrocarbons is a complex chemical process that includes reversible and irreversible degradation of active sites. The irreversible deactivation of the catalyst is associated with the degradation of active sites during long-term functioning of the zeolite under high-temperature exposure conditions of to water vapor as one of the main reaction products. The carbon deposits formation on the catalyst surface is the main cause of reversible deactivation. The formation of carbon can occur both in the cavities of the zeolites channels, which usually leads to a change in the selectivity of the process for light hydrocarbons, and at the junctions of the channels, which leads to pores blockage and a decrease in the activity of the catalyst. In addition, carbon deposition can occur directly on the active site of the zeolite, which also reduces the activity of the catalyst. The study of the synthesized catalytic systems deactivation rate to process time correlation was carried out in a tubular reactor installation of continuous operation, consisting of a reactor for producing dimethyl ether and a reactor for transformation of dimethyl ether into hydrocarbons. Determination of the kinetic regularities of the deactivation process of zeolite H-ZSM-5 makes it possible to adequately describe the actual course of the catalytic transformation of methanol into hydrocarbons. As a result of solving the differential equations of catalyst deactivation by numerical methods, the values of the preexponential factors and activation energies were obtained. Base on the values of the preexponential factors and activation energies, the methanol into hydrocarbons conditions range optimal for the catalytic transformation was determined, providing the minimum rate of catalyst deactivation, Ptotal = 1 Bar, W (methanol) = 2.3 kg (methanol) / (kg (cat) × h), t = 330–360 °C, which correlates with the results of the literature data on the transformation of methanol into zeolite of the H-ZSM-5 type.

Keywords: methanol, transformation, catalyst, zeolite, H-ZSM-5.

Ссылка для цитирования:

Бровко Р. В., Мушинский Л. С., Долуда В. Ю. Механизмы дезактивации цеолита H-ZSM-5 в процессе каталитической трансформации метанола в углеводороды // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. №11. С. 31-39. https://doi.org/10.33619/2414-2948/60/03

Cite as (APA):

Brovko, R., Mushinskii, L., & Doluda, V. (2020). H-ZSM-5 Zeolites Deactivation Mechanisms in Catalytic Transformation of Methanol to Hydrocarbons. Bulletin of Science and Practice, 6(11), 31-39. (in Russian). https://doi.org/10.33619/2414-2948/60/03

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

  • Facebook Social Icon
  • Twitter Social Icon