WO2025029166A1 - Thermostabilizing agent for endothermic processes in a fixed bed - Google Patents
Thermostabilizing agent for endothermic processes in a fixed bed Download PDFInfo
- Publication number
- WO2025029166A1 WO2025029166A1 PCT/RU2024/000217 RU2024000217W WO2025029166A1 WO 2025029166 A1 WO2025029166 A1 WO 2025029166A1 RU 2024000217 W RU2024000217 W RU 2024000217W WO 2025029166 A1 WO2025029166 A1 WO 2025029166A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- carrier
- heat
- stabilizing agent
- oxide
- aluminum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/02—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/78—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with alkali- or alkaline earth metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C5/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms
- C07C5/32—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing the same number of carbon atoms by dehydrogenation with formation of free hydrogen
- C07C5/327—Formation of non-aromatic carbon-to-carbon double bonds only
- C07C5/333—Catalytic processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
- C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/16—Materials undergoing chemical reactions when used
Definitions
- the invention relates to the field of obtaining olefin hydrocarbons by dehydrogenation of C3-C5 paraffins and can find application in the chemical and petrochemical industries.
- the main industrial catalytic processes of non-oxidative dehydrogenation of paraffin hydrocarbons in the world are the Russian Yarsintez process and the foreign STAR, Oleflex, Catadiene and Catofin processes.
- dehydrogenation on aluminochromium catalysts in stationary systems is carried out only in the Catadiene and Catofin processes, in the STAR and Oleflex processes, reactors with a moving bed are used, and in the Yarsintez process - with a fluidized bed.
- the advantages of dehydrogenation processes in a fixed bed are the continuity of the dehydrogenation process and the high yield of the target product.
- the catalyst work increases due to constant regeneration, the heat from which goes to the subsequent dehydrogenation reaction, which helps to reduce production costs.
- thermostabilizing agents also known as “heat-generating materials”, “heat-releasing materials”, “heat generators”, etc.
- TSA catalytically inert thermostabilizing agents
- the prior art discloses the use of copper oxide stabilized on an inert alumina carrier as a heat-stabilizing agent, which is due to the ability of reversible reduction-oxidation of copper oxide under the conditions of the dehydrogenation process, carried out in a periodic mode: dehydrogenation, oxidative regeneration, reductive activation.
- an improved endothermic process for hydrocarbon conversion is known (patent EA 018474, IPC C10G11/18, B01J21/00, B01J23/00, published on 30.08.2013) and a catalytic layer system for implementing it.
- the method includes reacting an incoming hydrocarbon stream with a multicomponent catalytic layer in such a way that the temperature inside the catalytic layer is maintained within controlled temperature limits at all stages of the method.
- the multicomponent layer includes a catalyst specific to the reaction, physically mixed with a heat-generating material.
- the heat-generating material may contain copper, chromium, molybdenum, vanadium, cerium, yttrium, scandium, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, bismuth or combinations thereof.
- Various aluminum oxides or hydroxides are used as the carrier, such as aluminum trihydroxide, boehmite, pseudoboehmite, gibbsite, bayerite, transition aluminum oxides or alpha-alumina, silicon oxide/alumina, silicon oxide, silicates, aluminates such as calcium aluminate or barium hexaaluminate, calcined hydrotalcites, zeolites, zinc oxide, chromium oxides, magnesium oxides and combinations thereof.
- the heat-generating second component may additionally contain an activator, such as an alkali or alkaline earth metal, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, zirconium, barium and combinations thereof.
- an activator such as an alkali or alkaline earth metal, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, zirconium, barium and combinations thereof.
- the invention describes a method for the endothermic conversion of hydrocarbons, including the interaction of hydrocarbons with a layer of a multicomponent catalyst and regeneration of the catalyst layer using air.
- the heat-generating component of the second catalytic composition When the catalyst layer is restored, the heat-generating component of the second catalytic composition generates heat, which passes into the first (and third) catalytic composition (for example, into its inert component).
- the heat-generating component is a material that generates heat when exposed to reducing and/or oxidative reaction conditions, but which is relatively inert with respect to the hydrocarbon feedstock during the dehydrogenation process.
- exothermic additive for dehydrogenation of alkanes and a method for its production and use are known (patent CN 108300430, IPC C07C11/04, C07C11/06, C07C11/08, C07C11/10, C07C5/333, C09K5/14, C09K5/16, published 02.02.2021).
- the exothermic auxiliary agent contains 10-35 wt.% CaO, 50-85 wt.% AlO3, 5-30 wt.% CuO and 0-3 wt.% metal oxides selected from group VIII, group PV, group IIIB and group VIIB.
- Supports for the secondary component include, but are not limited to, alumina, aluminas, alumina monohydrate, boehmite, pseudoboehmite, alumina trihydrate, gibbsite, bayerite, alumina-silicon oxide, transition aluminas, alpha-alumina, silica, silicates, aluminates, calcined hydrotalcites, zinc oxide, chromium oxides, magnesium oxides, and combinations thereof.
- the heat-generating inert material may be selected from copper, chromium, molybdenum, vanadium, cerium, yttrium, scandium, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, bismuth and a combination thereof.
- the heat-generating inert material constitutes 1-40 wt.% of the total weight of the secondary component. In a more preferred embodiment, the heat-generating inert material constitutes 4-20 wt.% of the total weight of the secondary component, and in the most preferred embodiment, the amount of the heat-generating inert material constitutes 6-10 wt.% of the total weight of the secondary component.
- the secondary component may further comprise (optionally) a promoter such as an alkali or alkaline earth metal, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and a combination thereof.
- the objective of the invention is to develop an exothermic thermal stabilizing agent (hereinafter referred to as TSA) for carrying out endothermic processes in a stationary layer, which has optimal textural characteristics and has high strength.
- TSA exothermic thermal stabilizing agent
- the problem set is solved using a carrier for obtaining a heat-stabilizing agent for endothermic processes in a stationary bed, including calcium aluminates and aluminum oxide.
- a carrier for obtaining a heat-stabilizing agent for endothermic processes in a stationary bed including calcium aluminates and aluminum oxide.
- the product of rapid partial dehydration of gibbsite of the formula AlO3 nH2O, where 0.43 ⁇ n ⁇ 1.5, is used as a precursor of aluminum oxide.
- the porous structure of the carrier is such that the proportion of pores with an effective radius of 60-70 nm is 70-78%.
- the carrier has the following composition in terms of oxides, wt.%: calcium oxide - 10-36, aluminum oxide - the rest.
- the phase composition of the carrier includes calcium aluminates CaALiO?, CaAl2O19, Ca3Al2O3.
- the carrier preferably has a strength of 11-31 MPa, a specific surface area of 4.0-18.0 m2 /g, and a total pore volume of 0.16-0.34 cm3 /g.
- the carrier additionally includes at least one compound from the group K2O, Na2O, BaO, SiCh, TiO2, Z1O2, ZnO, MgO in an amount of up to 10 wt.%.
- the task is also solved using the method for obtaining the above-mentioned carrier, including mixing aluminum hydroxides and calcium compounds, molding, drying and calcination.
- the product of rapid partial dehydration of gibbsite of the formula AIO3-nH2O, where 0.43 ⁇ n ⁇ 1.5, is used as aluminum hydroxide.
- the carrier granules are calcined at a temperature of 900-1400°C.
- the set task is also solved using a heat-stabilizing agent for endothermic processes in a stationary bed, including calcium compounds, copper and aluminum oxides.
- This heat-stabilizing agent includes the above-mentioned carrier obtained by the above-mentioned method.
- the heat-stabilizing agent has a specific surface area of 8.0-35.0 m2 /g and a crushing strength of 15-33 MPa.
- the heat-stabilizing agent preferably contains calcium compounds in an amount of 8-25 wt.% based on oxide, copper oxide in an amount of 5-25 wt.%, and aluminum oxide - the rest.
- the heat-stabilizing agent additionally includes at least one compound from the group K2O, MagO, BaO, SiC>2, TiO2, ZrO2 , ZnO, MgO in an amount of up to 10 wt.%.
- the heat-stabilizing agent preferably has pores with an effective radius of 40-55 nm, the proportion of which is 52-56%.
- the claimed thermal stabilizing agent has a highly durable structure, and its mechanical crushing strength after testing in cyclic oxidation-reduction conditions does not decrease for at least 100 cycles. Also, after testing in cyclic oxidation-reduction conditions for at least 100 cycles, the thermal stabilizing agent has a stable phase composition - copper oxide and carrier phases, while copper-aluminum spinel phases are absent.
- the technical result is the creation of a heat-stabilizing agent for endothermic processes in a stationary layer, which has optimal textural characteristics and has high strength.
- the product of rapid partial dehydration of gibbsite (hereinafter referred to as the TCA product) obtained by dehydration under conditions of pulsed heating of technical alumina hydrate - gibbsite Al(OH)3 was used as aluminum hydroxide.
- the TCA product is in an X-ray amorphous state, possibly with a content of crystalline phases in an amount of no more than 10 wt.%, and has the composition Al2O3 nH2O, where 0.43 ⁇ n ⁇ 1.5.
- the TCA product has high reactivity and is easily hydrated in an aqueous or vapor-phase medium to form aluminum hydroxide of a pseudoboehmite, bayerite structure mixed with an amorphous phase.
- the use of the TCA product ensures high crushing strength and a high specific surface area of the granules.
- the samples of the heat-stabilizing agent were obtained from the samples of the prepared carriers by impregnation by moisture capacity with an aqueous solution of Cu(NO3)2'3H2O heated to 50-60°C. After impregnation, the samples were withered, dried at a temperature of 80-200°C for 0.5-8.0 h and calcined at a temperature of 550-750°C for 2-8 h in an air flow.
- the composition and properties of the obtained carriers and the heat-stabilizing agent TSA are given in Table 2 and Table 3, respectively.
- the TS A samples were tested under cyclic oxidation-reduction conditions (CRC) in order to track changes in the TS A characteristics and changes in any process characteristics: heating of the layer/temperature of the TS A layer at each stage (reduction of CuO and oxidation of Cu), the volume of absorbed hydrogen and oxygen, the stability of the TS A operation under conditions close to real ones.
- CRC cyclic oxidation-reduction conditions
- Fig. 1 dependences of the temperature in the layer and the concentration of gases on the time of the reduction stage (left) and oxidation (right);
- Fig. 2 the volume of gases absorbed during the reduction of V(Hi) and oxidation of Y(O2);
- Fig. 3 temperature difference of the TSA layer during reduction and oxidation.
- TSA is prepared by impregnating the carrier granules with a solution prepared by dissolving copper (II) nitrate trihydrate in water at a temperature of 50-60°C. The amount of copper (II) nitrate trihydrate is determined based on the copper (II) oxide content of 8 wt.% in the calcined TSA.
- the TSA granules are dried at a temperature of 80-200°C for 8 hours in a stepwise mode. Then the TSA is calcined at a temperature of 550-750°C for 2-8 hours in an air flow.
- Table 3 The properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
- composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AGO3 - 85.2; CaO - 14.8.
- properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition.
- the composition and properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
- a mixture of calcium hydroxide and carbonate is used as a calcium precursor.
- the composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AlO3 - 77.8; CaO - 22.2.
- the properties of the carrier are given in Table 2.
- TS A is prepared similarly to example 1, differing only in composition.
- the composition and properties of TS A are given in Table 3.
- promoters are introduced - zinc oxide and magnesium oxide.
- composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 82.1; CaO - 16.3, ZnO - 0.8; MgO - 0.8.
- the properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition.
- the composition and properties of TS A are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
- a promoter is introduced - sodium hydroxide.
- composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 82.1; CaO - 15.8, Na2O - 2.1.
- properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 5.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
- composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AlO3 - 83.7; CaO - 16.3.
- properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 25.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
- composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AI2O3 - 80.0; CaO - 20.0.
- the properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 15.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; to form a stable structure, promoters are introduced - potassium oxide and titanium oxide.
- the composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 72.8; CaO - 22.2; K2O - 1.9; TiCh - 3.1.
- the properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 25.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- promoters are introduced - barium oxide and zirconium oxide.
- composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI O3 - 58.0; CaO - 36.0; BaO - 3.2; ZrO 2 - 2.8.
- the properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 10.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; a promoter is introduced - magnesium oxide.
- composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AI2O3 - 79.0; CaO - 18.0; MgO - 3.0.
- the properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 13.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; to form a stable structure, promoters are introduced - sodium oxide and silicon oxide.
- composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 77.1; CaO - 15.0; Na2O - 2.2; SiO2 - 5.7.
- the properties of the carrier are given in Table 2.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 12.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- the carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier, a promoter is introduced - TiO2.
- the properties of the carrier are given in table 2.
- Carrier composition (wt.%): AI2O3 - 80.0; CaO - 16.0; TiO2 - 4.0.
- TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 9.0 wt.%.
- the properties of TSA are given in Table 3.
- Example 13 (based on the prototype).
- the fuel component is manufactured in accordance with invention RU 2428250 (example D), as follows: calcium aluminate (Ca-aluminate) is granulated to approximately 3.5 mm in size, then the Ca-aluminate is calcined at a temperature of about 1300 °C for about 10 hours. Then the calcined material is impregnated with an enriched solution of copper (II) nitrate hexahydrate and manganese nitrate, the impregnated material is dried for about 4 hours at a temperature of about 250 °C after calcination at a temperature of about 500 °C for 5 hours.
- the concentration of CuO in the second fuel component is about 11 wt.%; the concentration of MnO 2 is 0.5 wt.% based on the total weight of the secondary component.
- a support based on aluminum oxide including calcium oxide and, possibly, promoters, having specified textural characteristics, wherein the proportion of pores with an effective radius of 60-70 nm is 70-78%.
- a TSA is obtained that has a high-strength structure and high stability to high-temperature processes in an oxidation-reduction atmosphere.
- the heat-stabilizing agent can find application in the chemical and petrochemical industries in the processes of obtaining olefin hydrocarbons by dehydrogenation of C3-C5 paraffins.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
ТЕРМОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ АГЕНТ ДЛЯ ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СТАЦИОНАРНОМ СЛОЕ THERMOSTABILIZING AGENT FOR ENDOTHERMIC PROCESSES IN A STATIONARY LAYER
Область техники Field of technology
Изобретение относится к области получения олефиновых углеводородов дегидрированием парафинов С3-С5 и может найти применение в химической и нефтехимической промышленности. The invention relates to the field of obtaining olefin hydrocarbons by dehydrogenation of C3-C5 paraffins and can find application in the chemical and petrochemical industries.
Предшествующий уровень техники Prior art
На данный момент в мире главными промышленными каталитическими процессами неокислительного дегидрирования парафиновых углеводородов являются российский процесс «Ярсинтез» и зарубежные процессы STAR, Oleflex, Catadiene и Catofin. Из них дегидрирование на алюмохромовых катализаторах в стационарных системах осуществляется только в процессах Catadiene и Catofin, в процессах STAR и Oleflex используются реакторы с движущимся слоем, а в процессе «Ярсинтез» - с псевдоожиженным слоем. At present, the main industrial catalytic processes of non-oxidative dehydrogenation of paraffin hydrocarbons in the world are the Russian Yarsintez process and the foreign STAR, Oleflex, Catadiene and Catofin processes. Of these, dehydrogenation on aluminochromium catalysts in stationary systems is carried out only in the Catadiene and Catofin processes, in the STAR and Oleflex processes, reactors with a moving bed are used, and in the Yarsintez process - with a fluidized bed.
Преимущества процессов дегидрирования в стационарном слое заключаются в непрерывности процесса дегидрирования и в высоком выходе целевого продукта. Работа катализатора увеличивается за счет постоянной регенерации, тепло от которой идет на последующую реакцию дегидрирования, что способствует снижению производственных затрат. The advantages of dehydrogenation processes in a fixed bed are the continuity of the dehydrogenation process and the high yield of the target product. The catalyst work increases due to constant regeneration, the heat from which goes to the subsequent dehydrogenation reaction, which helps to reduce production costs.
Вместе с тем применение катализаторов дегидрирования в стационарном слое приводит к ряду технологических сложностей: эндотермичность процесса дегидрирования приводит к снижению температуры в слое до 50-100°С, что требует внесения в систему большого количества тепла извне. Отсутствие равномерного распределения тепла во всем объеме катализатора ведет к образованию локальных зон перегрева и охлаждения. Это в свою очередь приводит к быстрому закоксовыванию катализатора и последующей дезактивации. At the same time, the use of dehydrogenation catalysts in a fixed bed leads to a number of technological difficulties: the endothermic nature of the dehydrogenation process leads to a decrease in the temperature in the bed to 50-100°C, which requires the introduction of a large amount of heat from outside into the system. The lack of uniform heat distribution throughout the entire volume of the catalyst leads to the formation of local overheating and cooling zones. This in turn leads to rapid coking of the catalyst and subsequent deactivation.
Для компенсации эндотермического эффекта используют каталитически инертные в реакциях дегидрирования и побочных реакциях, сопровождающих процесс, термостабилизирующие агенты (ТС А, также встречаются термины «теплогенерирующие материалы», «тепловыделяющие материалы», «тепловые генераторы» и др.), которые служат источником дополнительного тепла и тем самым поддерживают стабильную температуру слоя катализатора и всего процесса дегидрирования. To compensate for the endothermic effect, catalytically inert thermostabilizing agents (TSA, also known as “heat-generating materials”, “heat-releasing materials”, “heat generators”, etc.) are used in dehydrogenation reactions and side reactions accompanying the process. These agents serve as a source of additional heat and thereby maintain a stable temperature of the catalyst layer and the entire dehydrogenation process.
Из уровня техники известно использование оксида меди, стабилизированного на инертном алюмооксидном носителе, в качестве термостабилизирующего, агента, что обусловлено способностью обратимого восстановления-окисления оксида меди в условиях процесса дегидрирования, проводимого в периодическом режиме: дегидрирование, окислительная регенерация, восстановительная активация. The prior art discloses the use of copper oxide stabilized on an inert alumina carrier as a heat-stabilizing agent, which is due to the ability of reversible reduction-oxidation of copper oxide under the conditions of the dehydrogenation process, carried out in a periodic mode: dehydrogenation, oxidative regeneration, reductive activation.
Так, известен улучшенный эндотермический процесс конверсии углеводородов (патент ЕА 018474, МПК C10G11/18, B01J21/00, B01J23/00, опубл. 30.08.2013) и система каталитического слоя для его осуществления. Способ включает вступление в реакцию входящего потока углеводорода с многокомпонентным каталитическим слоем таким образом, что температура внутри каталитического слоя сохраняется в контролируемых пределах температур на всех стадиях способа. Многокомпонентный слой включает катализатор, специфичный к реакции, физически смешанный с тепловыделяющим материалом. Тепловыделяющий материал может содержать медь, хром, молибден, ванадий, церий, иттрий, скандий, вольфрам, марганец, железо, кобальт, никель, серебро, висмут или их комбинации. В качестве носителя используют различные оксиды или гидроксиды алюминия, такие как тригидроксид алюминия, бемит, псевдобемит, гиббсит, байерит, переходные оксиды алюминия или альфа-оксид алюминия, оксид кремния/оксид алюминия, оксид кремния, силикаты, алюминаты, такие как алюминат кальция или гексаалюминат бария, кальцинированные гидроталциты, цеолиты, оксид цинка, оксиды хрома, оксиды магния и их комбинации. Возможно, тепловыделяющий второй компонент может дополнительно содержать активатор, такой как щелочной или щелочноземельный металл, литий, натрий, калий, рубидий, цезий, бериллий, магний, кальций, стронций, цирконий, барий и их комбинации. Thus, an improved endothermic process for hydrocarbon conversion is known (patent EA 018474, IPC C10G11/18, B01J21/00, B01J23/00, published on 30.08.2013) and a catalytic layer system for implementing it. The method includes reacting an incoming hydrocarbon stream with a multicomponent catalytic layer in such a way that the temperature inside the catalytic layer is maintained within controlled temperature limits at all stages of the method. The multicomponent layer includes a catalyst specific to the reaction, physically mixed with a heat-generating material. The heat-generating material may contain copper, chromium, molybdenum, vanadium, cerium, yttrium, scandium, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, bismuth or combinations thereof. Various aluminum oxides or hydroxides are used as the carrier, such as aluminum trihydroxide, boehmite, pseudoboehmite, gibbsite, bayerite, transition aluminum oxides or alpha-alumina, silicon oxide/alumina, silicon oxide, silicates, aluminates such as calcium aluminate or barium hexaaluminate, calcined hydrotalcites, zeolites, zinc oxide, chromium oxides, magnesium oxides and combinations thereof. Possibly, the heat-generating second component may additionally contain an activator, such as an alkali or alkaline earth metal, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, zirconium, barium and combinations thereof.
Известен улучшенный способ дегидрирования с применением тепловыделяющего материала (патент ЕА 032486, МПК С07С5/333, опубл. 28.06.2019). В изобретении описан способ эндотермического превращения углеводородов, включающий взаимодействие углеводородов со слоем многокомпонентного катализатора и регенерацию слоя катализатора с помощью воздуха. При восстановлении слоя катализатора тепловыделяющий компонент второй каталитической композиции генерирует тепло, которое переходит в первую (и третью) каталитическую композицию (например, в ее инертный компонент). Тепловыделяющий компонент представляет собой материал, который генерирует тепло при воздействии условий восстановительной и/или окислительной реакции, но который является сравнительно инертным по отношению к углеводородному сырью в процессе дегидрироваания. An improved method of dehydrogenation using a heat-generating material is known (patent EA 032486, IPC C07C5/333, published on 28.06.2019). The invention describes a method for the endothermic conversion of hydrocarbons, including the interaction of hydrocarbons with a layer of a multicomponent catalyst and regeneration of the catalyst layer using air. When the catalyst layer is restored, the heat-generating component of the second catalytic composition generates heat, which passes into the first (and third) catalytic composition (for example, into its inert component). The heat-generating component is a material that generates heat when exposed to reducing and/or oxidative reaction conditions, but which is relatively inert with respect to the hydrocarbon feedstock during the dehydrogenation process.
Известна экзотермическая добавка для дегидрирования алканов и способ ее получения и использования (патент CN 108300430, МПК С07С11/04, С07С11/06, С07С11/08, С07С11/10, С07С5/333, С09К5/14, С09К5/16, опубл. 02.02.2021). Экзотермический вспомогательный агент содержит 10-35 мас.% СаО, 50-85 мас.% АЬОз, 5-30 мас.% СиО и 0-3 мас.% оксидов металлов, выбранных из группы VIII, группы ПВ, группы ШВ и группы VIIB. An exothermic additive for dehydrogenation of alkanes and a method for its production and use are known (patent CN 108300430, IPC C07C11/04, C07C11/06, C07C11/08, C07C11/10, C07C5/333, C09K5/14, C09K5/16, published 02.02.2021). The exothermic auxiliary agent contains 10-35 wt.% CaO, 50-85 wt.% AlO3, 5-30 wt.% CuO and 0-3 wt.% metal oxides selected from group VIII, group PV, group IIIB and group VIIB.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является каталитически неактивный тепловой генератор, описанный в патенте RU 2428250, МПК B01J23/26, B01J23/00, B01J21/04, С07С5/333, опубл. 10.09.2011. Тепловой генератор, называемый также «вторичный компонент» или «второй тепловыделяющий компонент», представляет собой тепловыделяющий инертный материал и носитель, пригодный для нанесения на него тепловыделяющего инертного материала. Тепловой генератор является каталитически инертным в отношении реакций дегидрирования и побочных реакций, которые протекают в процессе дегидрирования и приводят к повышенному коксообразованию. Тепловой генератор (каталитически инертный) способен генерировать тепло в промежуточных процессах восстановления и/или окисления. The closest in technical essence (prototype) is a catalytically inactive heat generator described in patent RU 2428250, IPC B01J23/26, B01J23/00, B01J21/04, C07C5/333, published 10.09.2011. The heat generator, also called the "secondary component" or "second heat-generating component", is a heat-generating inert material and a carrier suitable for applying the heat-generating inert material to it. The heat generator is catalytically inert with respect to dehydrogenation reactions and side reactions that occur during the dehydrogenation process and lead to increased coke formation. The heat generator (catalytically inert) is capable of generating heat in intermediate reduction and/or oxidation processes.
Носители для вторичного компонента включают в себя (но не ограничены указанными) оксид алюминия, глиноземы, моногидрат оксида алюминия, бемит, псевдобемит, тригидрат оксида алюминия, гиббсит, байерит, оксид алюминия-кремния, переходные оксиды алюминия, альфа-оксид алюминия, оксид кремния, силикаты, алюминаты, обожженные гидроталькиты, оксид цинка, оксиды хрома, оксиды магния и их сочетания. Supports for the secondary component include, but are not limited to, alumina, aluminas, alumina monohydrate, boehmite, pseudoboehmite, alumina trihydrate, gibbsite, bayerite, alumina-silicon oxide, transition aluminas, alpha-alumina, silica, silicates, aluminates, calcined hydrotalcites, zinc oxide, chromium oxides, magnesium oxides, and combinations thereof.
Тепловыделяющий инертный материал может быть выбран из меди, хрома, молибдена, ванадия, церия, иттрия, скандия, вольфрама, марганца, железа, кобальта, никеля, серебра, висмута и их сочетания. Тепловыделяющий инертный материал составляет 1-40 мас.% от общей массы вторичного компонента. В более предпочтительном варианте воплощения тепловыделяющий инертный материал составляет 4-20 мас.% от общей массы вторичного компонента, а в наиболее предпочтительном варианте воплощения количество тепловыделяющего инертного материала составляет 6-10 мас.% от общей массы вторичного компонента. Вторичный компонент может дополнительно содержать (необязательно) промотор, такой как щелочной или щелочноземельный металл, литий, натрий, калий, рубидий, цезий, бериллий, магний, кальций, стронций, барий и их сочетание. The heat-generating inert material may be selected from copper, chromium, molybdenum, vanadium, cerium, yttrium, scandium, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, bismuth and a combination thereof. The heat-generating inert material constitutes 1-40 wt.% of the total weight of the secondary component. In a more preferred embodiment, the heat-generating inert material constitutes 4-20 wt.% of the total weight of the secondary component, and in the most preferred embodiment, the amount of the heat-generating inert material constitutes 6-10 wt.% of the total weight of the secondary component. The secondary component may further comprise (optionally) a promoter such as an alkali or alkaline earth metal, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and a combination thereof.
Недостатком перечисленных аналогов является то, что тепловыделяющие материалы не обладают оптимальными текстурными характеристиками и имеют недостаточно высокую прочность. Раскрытие изобретения The disadvantage of the listed analogs is that the heat-generating materials do not have optimal textural characteristics and are not strong enough. Disclosure of invention
Задачей изобретения является разработка экзотермического термостабилизирующего агента (далее - ТСА) для проведения эндотермических процессов в стационарном слое, обладающего оптимальными текстурными характеристиками и имеющего высокую прочность. The objective of the invention is to develop an exothermic thermal stabilizing agent (hereinafter referred to as TSA) for carrying out endothermic processes in a stationary layer, which has optimal textural characteristics and has high strength.
Поставленная задача решается с помощью носителя для получения термостабилизирующего агента для эндотермических процессов в стационарном слое, включающего алюминаты кальция и оксид алюминия. В качестве предшественника оксида алюминия используют продукт быстрой частичной дегидратации гиббсита формулы АЬОз пНгО, где 0,43<п<1,5. Пористая структура носителя такова, что доля пор с эффективным радиусом 60-70 нм составляет 70-78%. Носитель имеет следующий состав в пересчете на оксиды, мас.%: оксид кальция - 10-36, оксид алюминия - остальное. Предпочтительно, фазовый состав носителя включает алюминаты кальция CaALiO?, CaAli20i9, СазАЬОб. Носитель предпочтительно имеет прочность 11-31 МПа, удельную поверхность 4,0-18,0 м2/г, суммарный объем пор 0,16-0,34 см3/г. Носитель дополнительно включает по крайней мере одно соединение из группы К2О, НагО, BaO, SiCh, ТЮ2, Z1O2, ZnO, MgO в количестве до 10 мас.%. The problem set is solved using a carrier for obtaining a heat-stabilizing agent for endothermic processes in a stationary bed, including calcium aluminates and aluminum oxide. The product of rapid partial dehydration of gibbsite of the formula AlO3 nH2O, where 0.43 < n < 1.5, is used as a precursor of aluminum oxide. The porous structure of the carrier is such that the proportion of pores with an effective radius of 60-70 nm is 70-78%. The carrier has the following composition in terms of oxides, wt.%: calcium oxide - 10-36, aluminum oxide - the rest. Preferably, the phase composition of the carrier includes calcium aluminates CaALiO?, CaAl2O19, Ca3Al2O3. The carrier preferably has a strength of 11-31 MPa, a specific surface area of 4.0-18.0 m2 /g, and a total pore volume of 0.16-0.34 cm3 /g. The carrier additionally includes at least one compound from the group K2O, Na2O, BaO, SiCh, TiO2, Z1O2, ZnO, MgO in an amount of up to 10 wt.%.
Также поставленная задача решается с помощью способа получения вышеуказанного носителя, включающего смешивание гидроксидов алюминия и соединений кальция, формование, сушку и прокаливание. В качестве гидроксида алюминия используют продукт быстрой частичной дегидратации гиббсита формулы АИОз-пНгО, где 0,43<п<1,5. Гранулы носителя прокаливают при температуре 900-1400°С. The task is also solved using the method for obtaining the above-mentioned carrier, including mixing aluminum hydroxides and calcium compounds, molding, drying and calcination. The product of rapid partial dehydration of gibbsite of the formula AIO3-nH2O, where 0.43<n<1.5, is used as aluminum hydroxide. The carrier granules are calcined at a temperature of 900-1400°C.
А также поставленная задача решается с помощью термостабилизирующего агента для эндотермических процессов в стационарном слое, включающего соединения кальция, оксиды меди и алюминия. Данный термостабилизирующий агент включает вышеуказанный носитель, полученный вышеуказанным способом. Термостабилизирующий агент имеет удельную площадь поверхности 8,0-35,0 м2/г и прочность на раздавливание 15-33 МПа. Термостабилизирующий агент предпочтительно содержит соединения кальция в количестве 8-25 мас.% в пересчете на оксид, оксид меди в количестве 5-25 мас.%, оксид алюминия - остальное. Термостабилизирующий агент дополнительно включает по крайней мере одно соединение из группы К2О, МагО, ВаО, SiC>2, ТЮ2, ZrO2, ZnO, MgO в количестве до 10 мас.%. Термостабилизирующий агент, предпочтительно, имеет поры с эффективным радиусом 40-55 нм, доля которых составляет 52-56%. Заявленный термостабилизирующий агент обладает высокопрочной структурой, и его механическая прочность на раздавливание после испытаний в циклических окислительно-восстановительных условиях не уменьшается в течение не менее 100 циклов. Также после испытаний в циклических окислительно-восстановительных условиях в течение не менее 100 циклов термостабилизирующий агент имеет стабильный фазовый состав - оксид меди и фазы носителя, при этом фазы медноалюминиевой шпинели отсутствуют. The set task is also solved using a heat-stabilizing agent for endothermic processes in a stationary bed, including calcium compounds, copper and aluminum oxides. This heat-stabilizing agent includes the above-mentioned carrier obtained by the above-mentioned method. The heat-stabilizing agent has a specific surface area of 8.0-35.0 m2 /g and a crushing strength of 15-33 MPa. The heat-stabilizing agent preferably contains calcium compounds in an amount of 8-25 wt.% based on oxide, copper oxide in an amount of 5-25 wt.%, and aluminum oxide - the rest. The heat-stabilizing agent additionally includes at least one compound from the group K2O, MagO, BaO, SiC>2, TiO2, ZrO2 , ZnO, MgO in an amount of up to 10 wt.%. The heat-stabilizing agent preferably has pores with an effective radius of 40-55 nm, the proportion of which is 52-56%. The claimed thermal stabilizing agent has a highly durable structure, and its mechanical crushing strength after testing in cyclic oxidation-reduction conditions does not decrease for at least 100 cycles. Also, after testing in cyclic oxidation-reduction conditions for at least 100 cycles, the thermal stabilizing agent has a stable phase composition - copper oxide and carrier phases, while copper-aluminum spinel phases are absent.
Техническим результатом является создание термостабилизирующего агента для эндотермических процессов в стационарном слое, обладающего оптимальными текстурными характеристиками и имеющего высокую прочность. The technical result is the creation of a heat-stabilizing agent for endothermic processes in a stationary layer, which has optimal textural characteristics and has high strength.
В результате взаимодействия оксида кальция с продуктом быстрой частичной дегидратации гиббсита формулы АЬОз-пНгО, где 0,43<п<1,5, образуются алюминаты кальция различного фазового состава, которые обладают высокими эксплуатационными характеристиками в качестве носителей для ТСА, такими как высокая термическая стабильность, механическая прочность, постоянный фазовый состав. При температурах 900-1400°С происходит образование преимущественно обогащенных кальцием фаз - алюминатов кальция различного фазового состава. Предлагаемый способ позволяет получать фазы СаАЬО?, СаА11гО19, СазАЬОб, обладающие максимальной прочностью. As a result of interaction of calcium oxide with the product of rapid partial dehydration of gibbsite of formula AlO3-nH2O, where 0.43<n<1.5, calcium aluminates of various phase composition are formed, which have high operational characteristics as carriers for TCA, such as high thermal stability, mechanical strength, constant phase composition. At temperatures of 900-1400°C, predominantly calcium-enriched phases are formed - calcium aluminates of various phase composition. The proposed method allows obtaining phases CaAl2O3, CaAl2O3, Ca3Al2O3, which have maximum strength.
Для приготовления образцов носителя для ТСА в качестве соединений кальция использовали гидроксид кальция или его смесь с карбонатом кальция. To prepare the carrier samples for TCA, calcium hydroxide or its mixture with calcium carbonate were used as calcium compounds.
В качестве гидроксида алюминия использовали продукт быстрой частичной дегидратации гиббсита (далее - продукт ТХА), полученный дегидратацией в условиях импульсного нагрева технического гидрата глинозема - гиббсита А1(ОН)з. Продукт ТХА находится в рентгеноаморфном состоянии, возможно, с содержанием кристаллических фаз в количестве не более 10 мас.%, и имеет состав АЬОз пНгО, где 0,43<п<1,5. Продукт ТХА обладает высокой реакционной способностью и легко гидратируется в водной или парофазной среде с образованием гидроксида алюминия псевдобемитной, байеритной структуры в смеси с аморфной фазой. Использование продукта ТХА обеспечивает высокую прочность на раздавливание и высокую удельную площадь поверхности гранул. The product of rapid partial dehydration of gibbsite (hereinafter referred to as the TCA product) obtained by dehydration under conditions of pulsed heating of technical alumina hydrate - gibbsite Al(OH)3 was used as aluminum hydroxide. The TCA product is in an X-ray amorphous state, possibly with a content of crystalline phases in an amount of no more than 10 wt.%, and has the composition Al2O3 nH2O, where 0.43<n<1.5. The TCA product has high reactivity and is easily hydrated in an aqueous or vapor-phase medium to form aluminum hydroxide of a pseudoboehmite, bayerite structure mixed with an amorphous phase. The use of the TCA product ensures high crushing strength and a high specific surface area of the granules.
Из образцов приготовленных носителей пропиткой по влагоемкости нагретым до 50-60°С водным раствором Си(МОз)2'ЗН2О были получены образцы термостабилизирующего агента. После пропитки образцы провяливали, сушили при температуре 80-200°С в течение 0, 5-8,0 ч и прокаливали при температуре 550-750°С в течение 2-8 ч в токе воздуха. Состав и свойства полученных носителей и термостабилизирующего агента ТСА приведены соответственно в таблице 2 и таблице 3. Образцы ТС А испытывались в циклических окислительно-восстановительных условиях (ЦОВ) с целью отслеживания изменения характеристик ТС А и изменения каких- либо характеристик процесса: разогрев слоя/температура слоя ТСА на каждой из стадий (восстановление СиО и окисление Си), объем поглощенных водорода и кислорода, стабильность работы ТСА в условиях, приближенных к реальным. Также определялись физико-химические свойства образцов до и после ЦОВ испытаний. The samples of the heat-stabilizing agent were obtained from the samples of the prepared carriers by impregnation by moisture capacity with an aqueous solution of Cu(NO3)2'3H2O heated to 50-60°C. After impregnation, the samples were withered, dried at a temperature of 80-200°C for 0.5-8.0 h and calcined at a temperature of 550-750°C for 2-8 h in an air flow. The composition and properties of the obtained carriers and the heat-stabilizing agent TSA are given in Table 2 and Table 3, respectively. The TS A samples were tested under cyclic oxidation-reduction conditions (CRC) in order to track changes in the TS A characteristics and changes in any process characteristics: heating of the layer/temperature of the TS A layer at each stage (reduction of CuO and oxidation of Cu), the volume of absorbed hydrogen and oxygen, the stability of the TS A operation under conditions close to real ones. The physicochemical properties of the samples before and after the CRC tests were also determined.
В частности, образец ТСА по примеру 4 испытан в 118 циклах восстановления- окисления. Результаты испытаний приведены на Фиг. 1-3, где: In particular, the TSA sample according to Example 4 was tested in 118 reduction-oxidation cycles. The test results are shown in Figs. 1-3, where:
Фиг. 1 - зависимости температуры в слое и концентрации газов от времени стадии восстановления (слева) и окисления (справа); Fig. 1 - dependences of the temperature in the layer and the concentration of gases on the time of the reduction stage (left) and oxidation (right);
Фиг. 2 - объем поглощенных газов при восстановлении V(Hi) и окислении У(Ог); Fig. 2 - the volume of gases absorbed during the reduction of V(Hi) and oxidation of Y(O2);
Фиг. 3 - перепад температуры слоя ТСА при восстановлении и окислении. Fig. 3 - temperature difference of the TSA layer during reduction and oxidation.
Полученные высокие и постоянные значения прочности образцов ТСА (таблица 1), как и данные по фазовому составу, демонстрируют высокую стабильность ТСА к высокотемпературным процессам в окислительно-восстановительной атмосфере. The obtained high and constant values of the strength of the TSA samples (Table 1), as well as the data on the phase composition, demonstrate the high stability of TSA to high-temperature processes in an oxidation-reduction atmosphere.
Таблица 1. Изменение прочности на раздавливание ТСА в течение ЦОВ испытаний. Table 1. Change in crushing strength of TSA during CV tests.
После 96-ти циклов проведена обработка паром и снова проверены показатели работы ТСА в ЦОВ-испытаниях. After 96 cycles, steam treatment was carried out and the performance of the TSA was again checked in the COV tests.
Результаты ЦОВ-испытаний показали: The results of the COV tests showed:
- наличие сильного разогрева слоя ТСА (Фиг. 1) как на стадии восстановления, так и на стадии окисления, причем в случае окисления разогрев происходит сильнее из-за большего экзоэффекта реакции окисления меди; - the presence of strong heating of the TSA layer (Fig. 1) both at the reduction stage and at the oxidation stage, and in the case of oxidation, the heating is stronger due to the greater exo-effect of the copper oxidation reaction;
- механическая прочность и фазовый состав остаются стабильными на всем протяжении работы ТСА. Рентгенофазовый анализ показал наличие фазы СиО и фаз носителя. Присутствия фаз индивидуальных оксидов алюминия и кальция, а также медноалюминиевой шпинели не выявлено ни на свежем образце, ни после ЦОВ- испытаний, что говорит о низком взаимодействии СиО с поверхностью шпинельного носителя и демонстрирует высокую стабильность ТСА к высокотемпературным процессам в окислительно-восстановительной атмосфере; - образец ТС А (CuO/алюминат кальция) не склонен к сильной дезактивации и стабилен в ходе работы в восстановительно-окислительных условиях, как с точки зрения поглощения водорода/кислорода, так и температурного режима (Фиг. 2, 3); - mechanical strength and phase composition remain stable throughout the entire period of TSA operation. X-ray phase analysis showed the presence of a CuO phase and carrier phases. The presence of phases of individual aluminum and calcium oxides, as well as copper-aluminum spinel, was not detected either on a fresh sample or after COV tests, which indicates a low interaction of CuO with the surface of the spinel carrier and demonstrates high stability of TSA to high-temperature processes in an oxidation-reduction atmosphere; - sample TC A (CuO/calcium aluminate) is not prone to strong deactivation and is stable during operation under reducing-oxidizing conditions, both in terms of hydrogen/oxygen absorption and temperature conditions (Fig. 2, 3);
- обработка паром не повлияла на стабильность ТС А; - steam treatment did not affect the stability of TS A;
- ТС А имеет длительный период разработки, связанный с перераспределением оксида меди на грануле. - TS A has a long development period associated with the redistribution of copper oxide on the granule.
Лучший вариант осуществления изобретения The best embodiment of the invention
Сущность изобретения проиллюстрирована следующими примерами. The essence of the invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Example 1.
В Z-образный смеситель загружают 150 г гидроксида алюминия - продукт ТХА формулы АЪОз пНгО, где п=0,9. Пластичную массу получают путем пептизации гидроксида алюминия азотной кислотой. Затем вводят гидроксид кальция в количестве 15,42 г. Полученную массу формуют в гранулы. Гранулы носителя сушат при температуре 80-200°С в течение 0,5-8 ч. Затем носитель прокаливают при температуре 900-1400°С в течение 2-8 ч в токе воздуха. 150 g of aluminum hydroxide, a TCA product of the formula AlO3 nH2O, where n=0.9, are loaded into a Z-shaped mixer. The plastic mass is obtained by peptizing aluminum hydroxide with nitric acid. Then, calcium hydroxide is introduced in an amount of 15.42 g. The resulting mass is formed into granules. The carrier granules are dried at a temperature of 80-200°C for 0.5-8 hours. Then the carrier is calcined at a temperature of 900-1400°C for 2-8 hours in an air flow.
Состав носителя в пересчете на оксиды кальция и алюминия, (мас.%): АЬОз - 90,0; СаО - 10,0. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AlO3 - 90.0; CaO - 10.0. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят пропиткой гранул носителя раствором, приготовленным путем растворения в воде тригидрата нитрата меди (II) при температуре 50-60°С. Навеску тригидрата нитрата меди (II) определяют из расчета содержания оксида меди (II) - 8 мас.% в прокаленном ТСА. Гранулы ТСА сушат при температуре 80-200°С в течение 8 ч в ступенчатом режиме. Затем ТСА прокаливают при температуре 550-750°С в течение 2-8 ч в токе воздуха. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared by impregnating the carrier granules with a solution prepared by dissolving copper (II) nitrate trihydrate in water at a temperature of 50-60°C. The amount of copper (II) nitrate trihydrate is determined based on the copper (II) oxide content of 8 wt.% in the calcined TSA. The TSA granules are dried at a temperature of 80-200°C for 8 hours in a stepwise mode. Then the TSA is calcined at a temperature of 550-750°C for 2-8 hours in an air flow. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 2. Example 2.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя.The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
Состав носителя в пересчете на оксиды кальция и алюминия (мас.%): АГОз - 85,2; СаО - 14,8. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AGO3 - 85.2; CaO - 14.8. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом. Состав и свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition. The composition and properties of TSA are given in Table 3.
Пример 3. Example 3.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя. В качестве предшественника кальция используется смесь гидроксида и карбоната кальция. Состав носителя в пересчете на оксиды кальция и алюминия, (мас.%): АЬОз - 77,8; СаО - 22,2. Свойства носителя приведены в таблице 2. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier. A mixture of calcium hydroxide and carbonate is used as a calcium precursor. The composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AlO3 - 77.8; CaO - 22.2. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТС А готовят аналогично примеру 1, отличается только составом. Состав и свойства ТС А приведены в таблице 3. TS A is prepared similarly to example 1, differing only in composition. The composition and properties of TS A are given in Table 3.
Пример 4. Example 4.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя, используют гидроксид алюминия формулы АЬОз пНгО, где п=1,4. Для формирования устойчивой структуры вводят промоторы - оксид цинка и оксид магния. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; aluminum hydroxide of the formula AlO3 nH2O is used, where n=1.4. To form a stable structure, promoters are introduced - zinc oxide and magnesium oxide.
Состав носителя в пересчете на оксиды, (мас.%): AI2O3 - 82,1; СаО - 16,3, ZnO - 0,8; MgO - 0,8. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 82.1; CaO - 16.3, ZnO - 0.8; MgO - 0.8. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом. Состав и свойства ТС А приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition. The composition and properties of TS A are given in Table 3.
Пример 5. Example 5.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя. Для формирования устойчивой структуры вводят промотор - гидроксид натрия. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier. To form a stable structure, a promoter is introduced - sodium hydroxide.
Состав носителя в пересчете на оксиды, (мас.%): AI2O3 - 82,1; СаО - 15,8, Na2O - 2,1. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 82.1; CaO - 15.8, Na2O - 2.1. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 5,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 5.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 6. Example 6.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя.The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
Состав носителя в пересчете на оксиды кальция и алюминия (мас.%): АЬОз - 83,7; СаО - 16,3. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AlO3 - 83.7; CaO - 16.3. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 25,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 25.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 7. Example 7.
Носитель готовят аналогично примеру 1 , отличается только составом носителя.The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier.
Состав носителя в пересчете на оксиды кальция и алюминия (мас.%): AI2O3 - 80,0; СаО - 20,0. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AI2O3 - 80.0; CaO - 20.0. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 15,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 15.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 8. Example 8.
Носитель готовят аналогично примеру 1 , отличается только составом носителя, для формирования устойчивой структуры вводят промоторы - оксид калия и оксид титана. Состав носителя в пересчете на оксиды, (мас.%): AI2O3 - 72,8; СаО - 22,2; КгО - 1,9; TiCh - 3,1. Свойства носителя приведены в таблице 2. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; to form a stable structure, promoters are introduced - potassium oxide and titanium oxide. The composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 72.8; CaO - 22.2; K2O - 1.9; TiCh - 3.1. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 25,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 25.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 9. Example 9.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя, используют гидроксид алюминия формулы АЬОз пНгО, где п=0,6. Для формирования устойчивой структуры вводят промоторы - оксид бария и оксид циркония. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; aluminum hydroxide of the formula AlO3 nH2O is used, where n=0.6. To form a stable structure, promoters are introduced - barium oxide and zirconium oxide.
Состав носителя в пересчете на оксиды, (мас.%): AI O3 - 58,0; СаО - 36,0; ВаО - 3,2; ZrO2 - 2,8. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI O3 - 58.0; CaO - 36.0; BaO - 3.2; ZrO 2 - 2.8. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 10,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 10.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 10. Example 10.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя, вводят промотор - оксид магния. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; a promoter is introduced - magnesium oxide.
Состав носителя в пересчете на оксиды кальция и алюминия, (мас.%): AI2O3 - 79,0; СаО - 18,0; MgO - 3,0. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of calcium and aluminum oxides (wt.%): AI2O3 - 79.0; CaO - 18.0; MgO - 3.0. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 13,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 13.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 11. Example 11.
Носитель готовят аналогично примеру 1 , отличается только составом носителя, для формирования устойчивой структуры вводят промоторы - оксид натрия и оксид кремния. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier; to form a stable structure, promoters are introduced - sodium oxide and silicon oxide.
Состав носителя в пересчете на оксиды, (мас.%): AI2O3 - 77,1 ; СаО - 15,0; №2 О - 2,2; SiO2 - 5,7. Свойства носителя приведены в таблице 2. The composition of the carrier in terms of oxides (wt.%): AI2O3 - 77.1; CaO - 15.0; Na2O - 2.2; SiO2 - 5.7. The properties of the carrier are given in Table 2.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 12,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 12.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 12. Example 12.
Носитель готовят аналогично примеру 1, отличается только составом носителя, вводят промотор - ТЮ2. Свойства носителя приведены в таблице 2. The carrier is prepared similarly to example 1, differing only in the composition of the carrier, a promoter is introduced - TiO2. The properties of the carrier are given in table 2.
Состав носителя (мас.%): AI2O3 - 80,0; СаО - 16,0; ТЮг- 4,0. Carrier composition (wt.%): AI2O3 - 80.0; CaO - 16.0; TiO2 - 4.0.
ТСА готовят аналогично примеру 1, отличается только составом, количество СиО в ТСА составляет 9,0 мас.%. Свойства ТСА приведены в таблице 3. TSA is prepared similarly to example 1, differing only in composition, the amount of CuO in TSA is 9.0 wt.%. The properties of TSA are given in Table 3.
Пример 13 (по прототипу). Тепловыделяющий компонент изготовлен в соответствии с изобретением RU 2428250 (пример D), как изложено ниже: алюминат кальция (Са-алюминат) гранулируют приблизительно до гранул размером 3,5 мм, затем Са-алюминат прокаливают при температуре около 1300°С в течение около 10 часов. Затем прокаленный материал пропитывают обогащенным раствором гексагидрата нитрата меди (II) и нитрата марганца, пропитанный материал высушивают в течение около 4 часов при температуре около 250°С после прокаливания при температуре около 500°С в течение 5 часов. Концентрация СиО во втором тепловыделяющем компоненте составляет около 11 масс.%; концентрация МпО2 составляет 0,5 мас.% в расчете на общую массу вторичного компонента. Example 13 (based on the prototype). The fuel component is manufactured in accordance with invention RU 2428250 (example D), as follows: calcium aluminate (Ca-aluminate) is granulated to approximately 3.5 mm in size, then the Ca-aluminate is calcined at a temperature of about 1300 °C for about 10 hours. Then the calcined material is impregnated with an enriched solution of copper (II) nitrate hexahydrate and manganese nitrate, the impregnated material is dried for about 4 hours at a temperature of about 250 °C after calcination at a temperature of about 500 °C for 5 hours. The concentration of CuO in the second fuel component is about 11 wt.%; the concentration of MnO 2 is 0.5 wt.% based on the total weight of the secondary component.
Таблица 2. Состав и свойства носителей. Таблица 3. Состав и свойства образцов термостабилизирующих агентов (ТСА). Table 2. Composition and properties of carriers. Table 3. Composition and properties of samples of heat-stabilizing agents (TSA).
Из приведенных примеров следует, что для получения высокоэффективного ТСА, обладающего высокой прочностью, предложен носитель на основе оксида алюминия, включающий оксид кальция и, возможно, промоторы, имеющий заданные текстурные характеристики, причем доля пор с эффективным радиусом 60-70 нм составляет 70-78%. С использованием предлагаемого носителя и способа его получения на основе продукта быстрой частичной дегидратации гиббсита получен ТСА, обладающий высокопрочной структурой и высокой стабильностью к высокотемпературным процессам в окислительно- восстановительной атмосфере. It follows from the given examples that in order to obtain a highly effective TSA with high strength, a support based on aluminum oxide is proposed, including calcium oxide and, possibly, promoters, having specified textural characteristics, wherein the proportion of pores with an effective radius of 60-70 nm is 70-78%. Using the proposed support and the method for its preparation based on the product of rapid partial dehydration of gibbsite, a TSA is obtained that has a high-strength structure and high stability to high-temperature processes in an oxidation-reduction atmosphere.
Промышленная применимость Industrial applicability
Термостабилизирующий агент может найти применение в химической и нефтехимической промышленности в процессах получения олефиновых углеводородов дегидрированием парафинов С3-С5. The heat-stabilizing agent can find application in the chemical and petrochemical industries in the processes of obtaining olefin hydrocarbons by dehydrogenation of C3-C5 paraffins.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2023119900A RU2813106C1 (en) | 2023-07-28 | Thermal stabilizing agent for endothermic processes in stationary bed | |
| RU2023119900 | 2023-07-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025029166A1 true WO2025029166A1 (en) | 2025-02-06 |
Family
ID=94395743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2024/000217 Pending WO2025029166A1 (en) | 2023-07-28 | 2024-07-08 | Thermostabilizing agent for endothermic processes in a fixed bed |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2025029166A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5384302A (en) * | 1993-09-08 | 1995-01-24 | Norton Chemical Process Products Corp. | Catalyst carrier |
| RU2271248C1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-03-10 | Открытое акционерное общество "Катализатор" | Microspherical catalyst carrier |
| RU2428250C2 (en) * | 2005-09-02 | 2011-09-10 | Зюд-Кеми Инк. | Catalytically inactive heat generator and perfected dehydration |
| US8017546B2 (en) * | 2006-09-15 | 2011-09-13 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Catalyst for producing alkylene oxide, method for producing the same, and method for producing alkylene oxide using said catalyst |
| CN108300430A (en) * | 2018-02-06 | 2018-07-20 | 四川润和催化新材料股份有限公司 | A kind of dehydrating alkanes heat release auxiliary agent and preparation method thereof and application method |
| RU2724048C1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-06-19 | Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор" | Catalyst carrier for dehydrogenation of paraffin hydrocarbons in a stationary layer based on active aluminum oxide |
-
2024
- 2024-07-08 WO PCT/RU2024/000217 patent/WO2025029166A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5384302A (en) * | 1993-09-08 | 1995-01-24 | Norton Chemical Process Products Corp. | Catalyst carrier |
| RU2271248C1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-03-10 | Открытое акционерное общество "Катализатор" | Microspherical catalyst carrier |
| RU2428250C2 (en) * | 2005-09-02 | 2011-09-10 | Зюд-Кеми Инк. | Catalytically inactive heat generator and perfected dehydration |
| US8017546B2 (en) * | 2006-09-15 | 2011-09-13 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Catalyst for producing alkylene oxide, method for producing the same, and method for producing alkylene oxide using said catalyst |
| CN108300430A (en) * | 2018-02-06 | 2018-07-20 | 四川润和催化新材料股份有限公司 | A kind of dehydrating alkanes heat release auxiliary agent and preparation method thereof and application method |
| RU2724048C1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-06-19 | Акционерное общество "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Катализатор" | Catalyst carrier for dehydrogenation of paraffin hydrocarbons in a stationary layer based on active aluminum oxide |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2428250C2 (en) | Catalytically inactive heat generator and perfected dehydration | |
| EP2212404B1 (en) | Improved endothermic hydrocarbon conversion process | |
| KR20140108264A (en) | Zinc and/or manganese aluminate catalyst useful for alkane dehydrogenation | |
| KR20160134706A (en) | Improved dehydrogenation process with heat generating material | |
| EA007873B1 (en) | CATALYTIC COMPOSITIONS, INCLUDING MOLECULAR SITES, THEIR PREPARATION AND APPLICATION IN THE TRANSITION PROCESS | |
| WO2014131728A1 (en) | Stabilized catalyst support and catalyst comprising transition aluminia | |
| EP3844109B1 (en) | Methods of producing hydrogen-selective oxygen carrier materials | |
| RU2148430C1 (en) | Hydrocarbon dehydrogenation catalyst and method of preparation thereof | |
| Petrolini et al. | Exploiting oxidative coupling of methane performed over La 2 (Ce 1− x Mg x) 2 O 7− δ catalysts with disordered defective cubic fluorite structure | |
| WO1998039278A1 (en) | USE OF Ce/Zr MIXED OXIDE PHASE FOR THE MANUFACTURE OF STYRENE BY DEHYDROGENATION OF ETHYLBENZENE | |
| RU2200143C1 (en) | Hydrocarbon dehydrogenation catalyst and method of preparation thereof | |
| WO2016161140A1 (en) | Heat management materials for endothermic alkane dehydrogenation reactions | |
| RU2271860C1 (en) | Paraffin hydrocarbon dehydrogenation catalyst | |
| RU2813106C1 (en) | Thermal stabilizing agent for endothermic processes in stationary bed | |
| WO2025029166A1 (en) | Thermostabilizing agent for endothermic processes in a fixed bed | |
| Li et al. | Boron-promoted Cu/ZrO2 catalysts for hydrogenation of sec-butyl acetate: Structural evolution and catalytic performance | |
| RU2724048C1 (en) | Catalyst carrier for dehydrogenation of paraffin hydrocarbons in a stationary layer based on active aluminum oxide | |
| RU2432203C1 (en) | Catalyst for dehydration of paraffin hydrocarbons and method of its application | |
| RU2055014C1 (en) | Hydrocarbon raw material conversion method and method to produce catalyst for its realization | |
| RU2349378C1 (en) | Microspherical catalyst for dehydrogenation of paraffin hydrocarbons | |
| US20230256420A1 (en) | Shaped catalyst body for the production of ethylene oxide | |
| CN119709139B (en) | A thermal auxiliary material for promoting the efficiency of alkane dehydrogenation reaction and its preparation method and application | |
| RU2792028C1 (en) | Catalyst for the dehydrogenation of paraffins (options) | |
| RU2828534C1 (en) | Catalyst for dehydrogenation of paraffin hydrocarbons in stationary layer | |
| RU2448770C1 (en) | Catalyst for dehydrogenation of c3-c5 paraffin hydrocarbons, method of producing said catalyst and method for dehydrogenation of c3-c5 paraffin hydrocarbons |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 24849707 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |