Termodynamika, zagadnienia katalityczne i kinetyka w procesie syntezy wyższych alkoholi alifatycznych

Kulawska, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Termodynamika, zagadnienia katalityczne i kinetyka w procesie syntezy wyższych alkoholi alifatycznych

Autorzy

Kulawska M.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

http://www.iich.gliwice.pl/index.php/pl/prace-naukowe-iich-pan

Identyfikatory

Warianty tytułu

Thermodynamics, catalytic investigations and kinetic experiments in the synthesis of higher aliphatic alcohols

Języki publikacji

Abstrakty

Gaz syntezowy jest powszechnie stosowanym surowcem w przemyśle chemicznym; w zależności od użytych katalizatorów uzyskuje się bardzo szeroką gamę produktów: metanol, etanol, wyższe alkohole alifatyczne, węglowodory alifatyczne nasycone (zwłaszcza metan), substytut gazu ziemnego (SNG), węglowodory alifatyczne nienasycone (głównie C2-C4, kwas octowy, kwas mrówkowy, glikol. W ostatnich latach przedmiotem zainteresowania było katalityczne uwodornienie tlenku węgla zawartego w gazie syntezowym, w kierunku mieszaniny metanolu i wyższych alkoholi alifatycznych, ze względu na możliwość zastosowania jako dodatków przeciwstukowych do benzyn reformułowanych. Proces syntezy mieszaniny metanolu i wyższych alkoholi wymaga aktywnego i selektywnego katalizatora, pracującego w ostrych warunkach; pod wysokim ciśnieniem, w wysokiej temperaturze. Przegląd literatury dotyczącej katalizy tego procesu zamieszczono w rozdz. 2. Przedstawiono analizę stanu równowagi chemicznej. Określono wpływ parametrów procesowych na równowagowe stopnic przcrcagowania tlenku węgla w poszczególnych reakcjach, Opracowany model matematyczny i wyniki obliczeń zawarto w rozdz. 4. W niniejszej pracy opracowano grupę efektywnych katalizatorów omawianego procesu w oparciu o zmodyfikowane katalizatory syntezy metanolu. Wybrano bazowe składniki katalizatora, tlenki miedzi i cynku. Dodawano różne sole nieorganiczne i odpowiednie prornotory w różnych stężeniach, stosując przy tym różne metody pre-paracji. Najbardziej aktywne katalizatory tego procesu otrzymano metodą komplek-sowania kwasem cytrynowym. Są to złożone systemy katalityczne o wzorze ogólnym CuO/ZnO/ZrO2(Al2O3)/Fe2O3/MoO3/ThO2(UO2)/KOH(Cs2O). Wyniki testów katalitycznych opisano w rozdz. 5, tam także zamieszczono wyniki przeprowadzonych analiz fizykochemicznych. W obecności wytypowanych katalizatorów: potasowotorowe-go, cezowotorowego i uranowocezowego, przeprowadzono eksperymenty kinetyczne procesu uwodornienia gazu syntezowego w szerokim zakresie zmian parametrów procesu: P = 4-10 MPa. 7 = 553-653 K. GHSV= 1800-7000 h^-1, stosunek stężeń substratów gazowych wodoru do tlenku węgla, [wzór]= 0,46-3,17 (rozdz. 6).

Słowa kluczowe

gaz syntezowy katalizator analiza stanu równowagi chemicznej synteza metanolu

Wydawca

Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

Czasopismo

Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk

Rocznik

2008

Tom

nr 10, z. 2

Strony

5--120

Opis fizyczny

Bibliogr. 72 poz.

Twórcy

autor

Kulawska M.

Bibliografia

[1] Rica R., PAGGINI A., FATTORE V., ANCILLOTTI F., SPOSINI M., The production of methanol and higher alcohols from synthesis gas. Chemia Stosowana, 1984, 28, 1, 155.
[2] SPIVEY J.J., Catalysis in the development of clean energy technologies. Catal. Today, 2005,100, 171.
[3] HERMAN R.G., Advances in catalytic synthesis and utilization of higher alcohols. Catal. Today, 2000, 55, 233.
[4] MAHDAVI V., PEYROVI M.H., ISLAMI M., MEHR J.Y., Synthesis of higher alcohols from syngas over Cu Co2O3/ZnO, Al2O3 catalyst. Appl. Catal. A: Gen., 2005,281,259.
[5] SUN X., ROBERTS G.W., Synthesis of higher alcohols in a slurry reactor with cesium-promoted zinc chromite catalyst in decahydronaphthalene. Appl. Catal. A: Gen., 2003, 247, 133.
[6] PEREZ-ZURITA M.J., CIFARELLI M., CUBEIRO M.L., ALVAREZ J., GOLDWASSER M., PIETRI.E., GARCIA L., ABOUKAIS A., LAMONIER J.F., Palladium-based catalysts for the synthesis of alcohols. J. Molec. Catal. A-Chem, 2003, 206. 339.
[7] XlAODING X., DOESBURG E.B.M., SCHOLTEN J.J.F., Synthesis of higher alcohols from syngas – recently patented catalysts and tentative ideas on the mechanism. Catal. Today, 1987, 2, 125.
[8] FORZATTI P., TRONCONIE., PASQUON L, Higher alcohol synthesis. Catal. Rev.-Sci. Eng., 1991,33(1&2), 109.
[9] HERMAN R.G., Classical and non-classical routes for alcohol synthesis. Studies in Surface Science and Catalysis, 1991, 64, 265, Elsevier.
[10] HINDERMANN J.P., HUTCHINGS G.J., KIENNEMANN A., Mechanistic aspects of the formation of hydrocarbons and alcohols from CO hydrogenation. Catal. Rev.-Sci. Eng., 1993,35, (1), 1.
[11] TRONCONI E., FORZATTI P., PASQUON L, An investigation of the thermodynamic constraints in higher alcohol synthesis over Cs-promoted ZnCr-oxide catalyst. J. Catal.. 1990, 124,376.
[12] VILLA P., VALLI P.N., PASQUON I., PIERO G.D., Synthesis of alcohols from carbon oxides and hydrogen on ZnCrTi oxides: preparation and catalytic activity. Catal. Lett. 1992, 16,413.
[13] TRONCONI E., CRISTIANI C., FERLAZZO N., FORZATTI P., VILLA P.L., PASQUON L, Synthesis of alcohols from carbon oxides and hydrogen. V. Catalytic behaviour of pure Cr, Zn, Mn oxides towards CO/H2. Appl. Catal., 1987, 32, 285.
[14] TRONCONI E., FERLAZZO N., FORZATTI P., PASQUON I., Synthesis of alcohols from carbon oxides and hydrogen. 4. Lumped kinetics for the higher alcohol synthesis over a Zn-Cr-K oxide catalyst. Ind. Eng. Chem. Res., 1987, 26, 2122.
[15] TRONCONI E., LIETTI L., FORZATTI P., PASQUON I., Higher alcohol synthesis over alkali metal promoted high-temperature methanol catalysts, Appl. Catal, 1989,47,317.
[16] VILLA P., DEL PIERO G., LIETTI L., GARAGIOLA F., MOLOGNI G., TRONCONI E., PASQUON L, Synthesis of alcohols from carbon oxides and hydrogen. VI. Zn and Ti oxides: Preparation and catalytic activity. Appl. Catal., 1987, 35, 47.
[17] FORZATTI P., CRISTIANI C., FERLAZZO N., LIETTI L., TRONCONI E., VILLA P.L., PASQUON I., Synthesis of alcohols from carbon oxides and hydrogen. VII. Preparation, activation, and catalytic behaviour of a ZnMnCrK-oxide catalyst. J. Catal., 1988, 111, 120.
[18] KEIMW., FALTER W.Jsobutanol from synthesis gas. Catal. Lett., 1989, 3, 59.
[19] MINAHAN D.M., EPLING W.S., HOFLUND G.B., Higher-alcohol synthesis reaction study. V. Effect of excess ZnO on catalyst performance. Appl. Catal. A: Gen., 1998, 166/375.
[20] KOHL G., DERDULLA H.J., VEIT J., et al. Verfahren ziir Herstellimg von hoheren Alkoholen. DD – patent 273 163, 1989.
[21] FALTER W., KEIM W., Verfahren zur katalytischen Herstellung ernes Alkohol-gemisches mit erhohtem Isobutanolgehalt. EP - patent 335 092, 1989.
[22] NUNAN J.G., BOGDAN CH.E., KLIER K., SMITH K.J., YOUNG C.W., HERMAN R.G., Higher alcohol and oxygenate synthesis over caesium-doped Cu/ZnO catalysts. J. Catal., 1989, 116, 195.
[23] NUNAN J.G., HERMAN R.G., KLIER K., Higher alcohol and oxygenate synthesis over Cs/Cu/ZnO/M203 (M = Al, Cr) catalysts. J. Catal., 1989, 116, 222.
[24] STILES A.B., CHEN F., HARRISON J.B., Hu X., STORM D.A., YANG H.X., Catalytic conversion of synthesis gas to methanol and other oxygenated products. Ind. Eng.Chem. Res., 1991, 30, 811.
[25] DOMBEK, B.D., Catalyst for synthesis of mixtures of methanol and higher alcohols. U.S. patent: 4 943 551, 1990.
[26] DERDULLA H.J., STOSS W., MULLER H., KOHL G., et al. Verfahren zur Herstellung von Alkoholen. DD-patent 256 515, 1988.
[27] SUGIER A., FREUND E., Procédé de fabrication d'alcools et plus particuliérement d'alcools primaires, satures et lineaires, a partir de gaz de synthese. FR - patent 2 444 654, 1980.
[28] SUGIER A., FREUND E., Procédé de fabrication d'alcools et plus particuliérement d'alcools primaires, saturés et linéaires, á partir de gaz de synthese. FR - patent 2 369 234, 1978.
[29] TATSUMI T., MURAMATSU A., TOMINAGA H., Supported molybdenum catalysts for alcohol synthesis from CO-H2. Appl. Catal., 1987, 34, 77.
[30] ALYEA E.G., HE D., WANG J., Alcohol synthesis from syngas. I. Performance of alkali-promotedNi-Mo (MOVS) catalysts. Appl. Catal. A: Gen., 1993, 104, 77.
[31] Woo H.CH., PARK K.Y., KIM Y.G., NAM I.-S., CHUNG J.S., LEE J.S., Mixed alcohol synthesis from carbon monoxide and dihydrogen over potassium-promoted molybdenum carbide catalysts. Appl. Catal. 1991, 75, 267.
[32] STEVENS R.R., Process for producing alcohols from synthesis gas. EP - patent -172-431, 1986.
[33] GRAZIOSO M.V., KERR E.R., Process for producing lower aliphatic alcohols. U.S. patent: 4 661 525, 1987.
[34] YU-HUA D., DE-AN CH., KHl-RUI T., Promoter action of rare earth oxides in rhodium/silica catalysts for the conversion of syngas to ethanol. Appl. Catal., 1987, 35, 77.
[35] BHASTN M.M., HARTLEY W.J., ELLGEN P.C., WILSON T.P., Synthesis gas conversion over supported rhodium and rhodium-iron catalysts. J. Catal., 1978, 54, 120.
[36] INOUE M., NAKAJIMA K., KURUSU A., MIYAKE T., INUI T., Alcohol synthesis from syngas on group VIII metal catalysts promoted by Mo-Na^O. Appl. Catal.. 1989,49,213.
[37] LIN P.-Z., LIANG D.-B., Luo H.-Y., Xu C.-H., ZHOU H.-W, HUANG S.-Y., LIN L.-W., Synthesis of C2+-oxygenated compounds directly from syngas. Appl. Catal. A:'Gen., 1995, 131, 207.
[38] INOUE M., KURUSU A., WAKAMATSU H., NAKAJIMA K., INUI T., Preparation of Ir-Mo-Na2O composite catalysts and their performances for alcohol synthesis from syngas. Appl. Catal., 1987, 29, 361.
[39] INOUE M., KURUSU A., TERADA K., INUI T., Alcohol synthesis from syngas on alumina-supported iridium-based catalysts. Effects of transition-metal compound additives. Appl. Catal., 1991, 67, 203.
[40] PIJOLAT M., PERRICHON V., Synthesis of alcohols from CO and H2 on a Fe/AliOj catalyst at 8 30 bars pressure. Appl. Catal., 1985, 13, 321.
[41] KIENNEMANN A., BARAMA A., BOUJANA S., BETTAHAR M.M., Higher alcohol synthesis on modified iron based catalysts: Copper and molybdenum addition, Appl. Catal. A: Gen., 1993, 99, 175.
[42] UCHIYAMA S., OHBAYASHI Y., HAYASAKA T., KAWATA N., Production of higher alcohols from synthesis gas over nickel containing catalysts. Effects of adding copper and sodium to coprecipitated NiO-TiO2 catalysts. Appl. Catal., 1988,42, 143.
[43] BERNDT H., BRIEHN V., EVERT S., GUTSCHICK D., KOTOWSKI W., Relation between preparation, porosity and selectivity of CuO-ZnO-MeOx catalysts in the synthesis of alcohol mixtures. Catal. Lett., 1992, 14, 185.
[44] BOZ I., SAHIBZADA M., METCALFE I.S., Kinetics of the higher alcohol synthesis over a K-promoted CuO/ZnO/Al2O3 catalyst. Ind. Eng. Chem. Res., 1994, 33. 2021.
[45] SMITH K.J., ANDERSON R.B., A chain growth scheme for the higher alcohols synthesis. J. Catal, 1984, 85, 428.
[46] TRONCONI E., LIETTI L., GROPPI G., FORZATTI P., PASQUON L, Mechanistic kinetic treatment of the chain growth process in higher alcohol synthesis over a Cs-promoted Zn-Cr-O catalyst. J. Catal., 1992, 135, 99.
[47] PARK T.Y., NAM I.-S., KIM Y.G., Kinetic analysis of mixed alcohol synthesis from syngas over K/MoS: catalyst. Ind. Eng. Chem. Res., 1997, 36, 5246.
[48] SOMORJAI G.A., RlOUX R.M., High technology catalysts towards 100% selectivity. Fabrication, characterization and reaction studies. Catal. Today, 2005, 100,201.
[49] BERETTA A., SUN Q., HERMAN R.G., KLIER K., Production ofmethanol and isobutyl alcohol mixtures over double-bed cesium-promoted Cu/ZnO/Cr2O3 andZnO/Cr2O3 catalysts. Ind. Eng. Chem. Res., 1996, 35, 1534.
[50] BURCHAM M.M., HERMAN R.G., KLIER K., Higher alcohol synthesis over double bed Cs-Cu/ZnO/Cr2O3 catalysts: optimizing the yields of 2-methyl-l-propanol (isobutanol). Ind. Eng. Chem. Res., 1998, 37, 4657.
[51] NOWICKI L., Modelowanie kinet\yki reakcji uwodornienia tlenków węgla na wybranych typach katalizatorów w układzie gaz-ciecz-cialo stałe. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej Nr 835, 2000.
[52] COURTY PH., ARLIE J.P., CONVERS A., MIKITENKO P., SUGIER A., C1-C6 alcohols from syngas. Hydrocarb. Process., 1984, 63, 105.
[53] MAWSON S., MCCUTCHEN M.S., LIM P.K., ROBERTS G.W., Thermodynamics of higher alcohol synthesis. Energy & Fuels, 1993, 7, 257.
[54] REID R.C., PRAUSNITZ J.M., POLING B.E., The properties of gases and liquids. Me Graw-Hill International Editions, 1988.
[55] KIREEV W.A., Melody prakticeskich rascetov w termodynamike chimiceskich reakcij. Chimija, Moskva, 1970.
[56] STULL D.R., WESTRUM E.F., STNKE G.C., The chemical thermodynamics of organic compounds. Wiley. London, 1969.
[57] GRZYBOWSKA-SWIERKOSZ B., Element katalizy-heterogenicznej. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1993.
[58] COURTY PH., AJOT H., MARCILLY CH., DELMON B., Oxydes mixtes on en solution solide sous forme tres divisee obtenus par decomposition thermique de precurseurs amorphes. Powder Technol.. 1973, 7. 21.
[59] SKRZYPEK J., KRUPA K., LACHOWSKA M., KULAWSKA M.: Opracowanie selektywnego katalizatora do syntezy małocząsteczkowych alkoholi alifatycznych. Inż. Chem. Proc., 2001, 22, 3E, 1279.
[60] SAHIBZADA M., METCALFE I.S., CHADWICK D., Methanol synthesis from CO/CO2/H2 over Cu/ZnO/Al2O3 at differential and finite conversions. J. Catal.. 1998, 174, Ml.
[61] SKRZYPEK D., KRUPA K., WINIARSKI A., SZYMAŃSKA B., The characterization of modified higher aliphatic alcohols - synthesis catalysts by EPR and XPS methods. Polish J. Chem., 2005, 79, 145.
[62] SMITH K.J., HERMAN R.G., KLIER K., Kinetic modelling of higher alcohol synthesis over alkali promoted Cu/ZnO and MoS2 catalysts. Chem. Eng. Sci., 1990, 45, 2639.
[63] SMITH K.J., YOUNG CH.-W., HERMAN R.G., KLIER K., Development of a kinetic model for alcohol synthesis over a cesium-promoted Cu/ZnO catalyst. Ind. Eng. Chem. Res., 1991, 30,61.
[64] BREMAN B.B., BEENACKERS A.C.C.M., OESTERHOLT E., A kinetic model for the methanol-higher alcohol synthesis from CO/CO3/H2 over Cu/ZnO-based catalysts including simultaneous formation of methyl esters and hydrocarbons. Chem. Eng. Sci., 1994, 49, 4409.
[65] BERETTA A., TRONCONI E., FORZATTI P., PASQUON I., MICHELI E., TAGLIABUE L., ANTONELLI G.B., Development of a mechanistic kinetic model of the higher alcohol synthesis over a Cs-doped Zn/Cr/O catalyst. I. Model derivation and data fitting. Ind. Eng. Chem. Res., 1996, 35, 2144.
[66] CALVERLEY E.M., SMITH K.J., Kinetic model for alcohol, synthesis over a promoted Cu/ZnO/Cr2O3 catalyst. Ind. Eng. Chem. Res., 1992, 31, 792.
[67] CALVERLEY E.M., SMITH K.J., The effects of carbon dioxide, methanol, and alkali promoter concentration on the higher alcohol synthesis over a Cu/ZnO/Cr2O3 catalyst. J. CataL, 1991, 130, 616.
[68] SATTERFIELD CH.N. Mass Transfer in heterogeneous catalysis. The Massachusetts Institute of Technology Press, 1970.
[69] LAIDLER, K.J. Chemical Kinetics. McGraw-Hill Book Company, 1965.
[70] KULAWSKA M., SKRZYPEK J., Kinetyka selektywnego uwodorniania tlenku węgla do wyższych alkoholi alifatycznych. Inż. Chem. Proc., 1998, 19, 447.
[71] SKRZYPEK J., LACHOWSKA M., MOROZ H., Kinetics of methanol synthesis over commercial copper/zinc oxide/alumina catalysts. Chem. Eng. Sci., 1991, 46, 2809.
[72] BERETTA A., MICHELI E., TAGLIABUE L., TRONCONI E., Development of a process for higher alcohol production via synthesis gas. Ind. Eng. Chem. Res., 1998, 37, 3896.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BAT1-0033-0052