Исследователи детальнее изучили катализ в процессе Фишера-Тропша

Исследователи детальнее изучили катализ в процессе Фишера-Тропша

Немецким учёным удалось более детально исследовать явления, происходящие с катализатором в ходе процесса Фишера-Тропша в промышленных условиях. Исследователи смогли выделить несколько стадий процесса и изучить каталитическую активность на каждой из них. Достигнуть этого позволило создание авторами уникального спектроскопического реактора. Статья опубликована в журнале Reaction Chemistry & Engineering.

Процесс Фишера-Тропша вот уже почти 100 лет применяют для получения смазочных масел и синтетического топлива из так называемого синтез-газа — смеси угарного газа (CO) и водорода (H2). Метод привлекателен своей экологичностью, поскольку позволяет уменьшить количество выбросов углекислого газа (CO2) в атмосферу за счёт более рационального его использования.

Этот процесс протекает в присутствии металлических катализаторов — кобальта, рения, никеля и. т. д. Хотя сам процесс Фишера-Тропша изучен достаточно давно, до сих пор доподлинно неизвестно, как протекание химических реакций влияет на структуру катализатора и как это влияние отражается на его активности и селективности. Для изучения этого вопроса исследователям нужны методы, позволяющие в реальном времени отслеживать изменения, происходящие с металлическим катализатором.

Один из таких методов — одновременное проведение in situ спектроскопии поглощения рентгеновских лучей (XAS) и дифракции рентгеновских лучей (XRD). Однако, как отмечают авторы исследования, существующие экспериментальные установки имеют ряд ограничений. Одна из главных проблем — невозможно изучать этот процесс обоими методами одновременно в реальных промышленных условиях.

Немецким учëным удалось обойти эти ограничения. Для этого они предложили уникальную конструкцию ячейки с образцом исследуемого катализатора. С помощью нового подхода будет возможно одновременно проводить необходимые анализы и создавать в аппарате промышленные условия.

В сочетании с методами масс-спектрометрии и газовой хроматографии продуктов реакции это позволило исследователям детально изучить процесс изменения активности и селективности коммерческого катализатора Co-Re-Ni/Al2O3 в процессе синтеза и связать эти изменения с конкретными изменениями структуры катализатора.

Проведя эксперимент продолжительностью 310 часов, учëные выяснили, что процесс изменения активности катализатора можно разбить на несколько участков. За первые 8 часов степень превращения угарного газа быстро падает с 90% до 66%. Такое резкое уменьшение эффективности катализатора авторы связывают с ухудшением массообмена из-за образования на поверхности катализатора жидкой пленки продуктов процесса.

На втором участке — от 8 до 60 часов — падение активности уже не столь велико — от 66 до 55%. Вероятно, это связано с протеканием твердофазной реакции образования алюмината кобальта CoAl2O4. Наконец, третий участок — от 60 до 310 часов — характеризуется медленным уменьшением степени превращения CO до 33% и не изменяющейся селективностью. Данные спектроскопии указывают на образование различных углеродистых соединений на поверхности на данном участке.

Как отмечают сами авторы, их исследование представляет собой важный шаг на пути к уменьшению разрыва между фундаментальными исследованиями, проводимыми с использованием синхротронного излучения, и реальными промышленными условиями. Разработанный авторами подход демонстрирует возможность создания и применения особых спектроскопических реакторов, при помощи которых возможно более детально изучать промышленные химические процессы.

Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: