Спосіб виготовлення каталізатора синтезу вуглеводнів та використання його в процесі синтезу вуглеводнів

Реферат: Винахід стосується способу виготовлення каталізатора синтезу вуглеводнів, переважно каталізатора синтезу Фішера-Тропша, а також використання каталізатора, виготовленого способом згідно з винаходом, у процесі синтезу вуглеводнів, переважно в процесі синтезу Фішера-Тропша. Спосіб виготовлення каталізатора синтезу вуглеводнів, при цьому спосіб включає наступні етапи: (а) отримання розплаву, що включає суміш принаймні одного оксиду заліза та промотору каталізатора, вибраного з групи, що складається з принаймні одного з джерела лужного металу та джерела лужноземельного металу; (б) піддавання розплаву дії потоку рідинного середовища, так щоб тим самим диспергувати розплав на краплі, які включають оксид заліза та промотор каталізатора; та (в) швидке охолодження крапель розплаву так, щоб утворити каталізатор синтезу вуглеводнів у формі твердих частинок, що включають оксид заліза та промотор каталізатора. UA 100025 C2 (12) UA 100025 C2 UA 100025 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки, до якої відноситься винахід Цей винахід стосується способу виготовлення каталізатора синтезу вуглеводнів, переважно каталізатора синтезу Фішера-Тропша (Fischer Tropsch). Винахід також поширюється на використання каталізатора, виготовленого за способом згідно з винаходом, у процесі синтезу вуглеводнів, переважно у процесі синтезу Фішера-Тропша. Попередній рівень техніки Процес Фішера-Тропша включає гідрування СО у присутності каталізатора на основі металів, таких як залізо, кобальт та рутеній. Продукти, що утворюються внаслідок цієї реакції, це вода, газоподібні, рідкі та парафіноподібні вуглеводні, які можуть бути насиченими та ненасиченими. Також утворюються продукти окиснення цих вуглеводнів, такі як спирти, кислоти, кетони та альдегіди. Розподілення продуктів за вуглецевим числом відбувається згідно з добре відомим розподіленням Андерсона-Шульца-Флорі (Anderson-Schulz-Flory). Процес Фішера-Тропша можна описати як каталітичну реакцію полімеризації на гетерогенній поверхні. Внаслідок цієї реакції відбувається гідрування оксиду вуглецю на певному металевому каталізаторі, внаслідок чого утворюється ряд вуглеводнів, як представлено наступним загальним рівнянням: СО+Н2  (СН2)n + Н2О Гетерогенний процес Фішера-Тропша можна традиційно класифікувати або як високотемпературний процес Фішера-Тропша (HTFT), або як низькотемпературний процес Фішера-Тропша (LTFT). Високотемпературний процес Фішера-Тропша (HTFT) можна описати як двофазний процес Фішера-Тропша. Його звичайно здійснюють при температурі від 250°С до 400°С, а каталізатор, який застосовується, - це звичайно каталізатор на основі заліза, звичайно плавлений каталізатор на основі заліза. Як промотори металів, що застосовуються як каталізатори для синтезу Фішера-Тропша, зазвичай використовують кольорові метали - елементи груп ІА та ІІА, які підвищують активність та селективність каталізатора. Існує дві головні групи промоторів, а саме, структурні та хімічні промотори. Структурні промотори підвищують та стабілізують доступну площу поверхні активного металу, тобто вони надають матриці каталізатора структурної стійкості та пористості. Хімічні промотори зазвичай впливають на селективність продукту. Каталізатор на основі заліза для високотемпературного процесу Фішера-Тропша (HTFT) зазвичай виготовляють за процесом плавлення. Внаслідок цього процесу відбувається плавлення оксидів заліза з хімічними та структурними промоторами в дуговій електропечі. Хімічні реакції, що відбуваються в процесі плавлення, є складними, та їх важко контролювати. При високих температурах, що є необхідними для розплавлення оксидів заліза, деякі структурні промотори та домішки у сирих матеріалах, зокрема діоксид кремнію, поєднуються з суттєвою частиною хімічних промоторів в реакціях у твердому стані. Таким чином, плавлений каталізатор є відносно нечутливим до хімічного промотування, та оптимізація селективності цього каталізатора є обмеженою. Висока температура плавлення є також причиною випаровування деяких промоторів, таких як оксид калію. Коли промотори плавляться із залізом, розплав зазнає процесу твердіння, та відбувається сегрегація промоторів. Внаслідок цього утворюється градієнт концентрації промоторів від сегмента матеріалу, що твердіє першим, до сегмента матеріалу, що твердіє останнім, внаслідок чого утворюються небажано високі рівні промотору в останній частині. Внаслідок цього промотори не розподіляються гомогенно, а ефективна лужність каталізатора змінюється залежно від розміру частинок у роздрібненому каталізаторі. Більш дрібні частинки мають набагато більш високу лужність каталізатора порівняно з більш великими частинками. Вважають, що ця висока лужність каталізатора у дрібних частинках та висока концентрація промоторів уздовж границі зерен у більш великих частинках є головними причинами не тільки високого виробництва вуглецю, але також високої кислотної селективності під час синтезу. Це високе виробництво вуглецю спричиняє швидке зниження щільності шару каталізатора у реакторах з псевдозрідженим шаром, та внаслідок цього має місце обмеження строку служби каталізатора. Протягом останніх 20 років як спосіб швидкого твердіння (RSP), так і спосіб осадження розпиленням (SDP) привернули багато уваги як альтернативні способи виробництва надзвичайно хімічно активних сплавів та високопродуктивних матеріалів. Спосіб швидкого твердіння (RSP) включає швидке охолодження розплавленого металу до твердого стану при дуже високій швидкості шляхом утворення крапель. Спосіб твердіння крапель рідкого металу застосовується для виробництва широкого спектру порошків чорних та кольорових металів у комерційних масштабах, оскільки цей спосіб дозволяє контролювати характеристики таких порошків, зокрема їх розмір, розподілення за розміром та форму. 1 UA 100025 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Первинне використання ущільнених металевих порошків - це виробництво продуктів зі стільниковою структурою. Щоб виробити компоненти з надзвичайними механічними та корозійними властивостями, дуже необхідно мати високоякісний порошок: порошок, який є чистим, який має бажане розподілення за розміром та бажану морфологію та який виробляється ефективним стосовно витрат способом. Окрім традиційного використання металевих порошків в автомобільній, медичній та оборонній промисловості, очікують зростання використання металевих порошків в інших галузях. їх застосовують як сировину для газотермічного покриття, для виробництва твердих виробів довільної форми та для процесів швидкого моделювання, а також в електронній та магнітній галузях. Металеві порошки застосовуються у деталях з'єднань з різзю дрібного кроку, у високотемпературних припоях та у деяких магнітних сплавах. Металеві порошки є необхідним компонентом, зокрема, стрічок для магнітного запису, електропровідних стрічок, стрічок для конденсаторів та для екранування від електромагнітного поля. Для більшості випадків використання в електронній та магнітній галузі бажаними є порошки у діапазоні дуже дрібних розмірів (