Том 336 № 12 (2025)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2025/12/5442
Синтез Фишера–Тропша с использованием активного кобальтового катализатора
Актуальность. Определяется потребностью в усовершенствовании технологии жидкофазного синтеза топлив по методу Фишера–Тропша. Данная задача требует разработки новых методов создания высокоэффективных катализаторов процесса, которые позволяют обеспечивать высокий выход жидких целевых продуктов с низкой селективностью процесса по побочным продуктам – диоксиду углерода и метану. Цель. Разработка активного кобальтового катализатора (на основе кобальта Ренея), который позволит увеличить выход жидких углеводородов в процессе синтеза Фишера–Тропша для дальнейшего получения топлив или топливных фракций. Методы. Капиллярно-газовая хроматография, рентгенофазный анализ, синтез Фишера–Тропша. Результаты и выводы. Получены образцы катализатора на основе кобальта Ренея, характеризующиеся наличием в составе алюмината кобальта и нестехиометрических оксидов кобальта. Определена каталитическая активность полученных образцов в лабораторных условиях при варьировании температуры и давления процесса, а также при различных соотношениях реагентов в исходном синтез-газе. Проведен анализ полученных продуктов синтеза Фишера–Тропша с использованием активного кобальтового катализатора, который показал, что в составе газообразных продуктов синтеза преобладают алканы нормального строения, в большей степени метан. В качестве побочных продуктов синтеза присутствует диоксид углерода, но только при температурах выше 280 °С, что говорит о заметной скорости реакции парового сдвига только в условиях высоких температур. Жидкие продукты представляют собой смесь углеводородов широкого состава, состоящую в основном из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Полученные продукты нуждаются в дополнительном облагораживании. Разработанные катализаторы могут использоваться как самостоятельные каталитические системы, так и в качестве добавки к классическим нанесенным катализаторам.
Ключевые слова:
синтез Фишера–Тропша, кобальтовый катализатор (кобальт Ренея), активность катализатора, выход продуктов синтеза, капиллярно-газовая хроматография
Библиографические ссылки:
1. Strizhak P.A. et al. Alternative liquid fuels: achievements and prospects // Russian Chemical Reviews. – 2025. – Vol. 94. – № 5. – RCR5162. DOI: 10.59761/RCR5162
2. Direct synthesis of para-xylene from CO2 hydrogenation with a record-high space-time yield / Lijun Zhang, Teng Li, Wenjie Xiang, Zhiwei Ye, Luyao Wu, Wei Xia, Hao Huang, Zhihao Liu, Xiuyun Jiang, Guangbo Liu, Zhiliang Jin, Weizhe Gao, Hongliang Li, Jie Zeng, Noritatsu Tsubaki // Journal of the American Chemical Society. – 2025. – Article ASAP. DOI: 10.1021/jacs.5c03380
3. Assessing the potential of alternative fuels to decarbonize long-haul trucking in the United States / K. Moreno Sader, S. Biswas, A. Shirish Zalte, E. Gençer, W.H. Green // Energy & Fuels. – 2025. – Vol. 39. – № 22. – P. 10705–10720. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.5c01447
4. Recent advances and perspectives in catalyst design for converting syngas to higher alcohols / Sixu Liu, Danfeng Wu, Yiran Zhao, Yaozhen Liang, Lina Zhang, Jie Sun, Jingdong Lin, Shuai Wang, Yali Yao, Shaolong Wan, N.J. Coville, Yong Wang, Haifeng Xiong // Energy & Fuels. – 2024. – Vol. 38. – № 16. – P. 14769–14796. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c01419
5. Intensified biogas-to-fuels/chemicals: optimizing tandem bireforming and Fischer–Tropsch synthesis in a single reactor / O. Johnson, Yang He, B. Joseph, J.N. Kuhn // Energy & Fuels. – 2025. – Vol. 39. – № 16. – P. 7815–7829. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.5c00551
6. Redefining the symphony of light aromatic synthesis beyond fossil fuels: a journey navigating through a Fe-based/HZSM-5 tandem route for syngas conversion / M. Asif Nawaz, R. Blay-Roger, M. Saif, F. Meng, L.F. Bobadilla, T.R. Reina, J.A. Odriozola // ACS Catalysis. – 2024. – Vol. 14. – № 20. – P. 15150–15196. DOI: 10.1021/acscatal.4c03941
7. Gaseous and particulate emissions from a small business jet using conventional jet A-1 and a 30% SAF Blend / L. Durdina, Z.C.J. Decker, J. Edebeli, C. Spirig, T. Frischknecht, J.G. Anet, B.T. Brem, F. Siegerist, Th. Rindlisbacher // ACS ES&T Air. – 2025. – Vol. 2. – № 5. – P. 967–978. DOI: 10.1021/acsestair.5c00053
8. Fangtian Li, Xin Zhang, Yun Ji Biosolid gasification performance prediction using a stoichiometric thermodynamic model // ACS Omega. – 2024. – Vol. 9. – № 30. – P. 32639–32650. DOI: 10.1021/acsomega.4c01688
9. High selectivity and adsorption capacity of cation-exchanged zeolites for biogas, syngas, and flue gas separation in a pressure swing adsorption unit / D. Dodoo, P.J. Merkling, R.M. Madero-Castro, S. Calero, J.J. Gutiérrez-Sevillano // ACS Applied Energy Materials. – 2024. – Vol. 7. – № 15. – P. 6488–6498. DOI: 10.1021/acsaem.4c01162
10. Selective production of light olefins from Fischer–Tropsch synthetic oil by catalytic cracking / K.I. Dement’ev, A.D. Sagaradze, P.S. Kuznetsov, T.A. Palankoev, A.L. Maximov // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2020. – Vol. 59. – № 36. – P. 15875–15883. DOI: 10.1021/acs.iecr.0c02753
11. Boosting the selectivity of heavy paraffins in cobalt-catalyzed Fischer–Tropsch synthesis via zinc oxide and ZSM-5 / Feng Lu, Liping Li, Yaxiong Yu, Guo Tian, Hao Xiong, Jie Miao, Fei Wei, Chenxi Zhang // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2025. – Vol. 64. – № 6. – P. 3118–3135. DOI: 10.1021/acs.iecr.4c04209
12. Sustainable fuel additives derived from renewable resources: promising strategies for a greener future / A. Racha, Sh. Pai, Ch. Samanta, B.L. Newalkar // ACS Omega. – 2025. – Vol. 10. – № 19. – P. 19256–19282. DOI: 10.1021/acsomega.4c11343
13. E-fuels for net-zero: innovations and outlook for production technologies and carbon capture / I. Ul Hassan, S. Abdulhamid Hussen, R. Sathyamurthy, U. Zahid, U. Ahmed, V. Mahendra Reddy, A.G. Abdul Jameel // Energy & Fuels. – 2025. – Article ASAP. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.5c02179
14. Катализатор для синтеза Фишера–Тропша и способ получения этого катализатора: пат. 2685437 С2, Рос. Федерация, № 2018133197; заявл. 12.09.2018; опубл. 22.04.2019, Бюл. № 12. – 10 с.
15. Синтез Фишера–Тропша: пат. 2670756 С2, Рос. Федерация, № 2018102458; заявл. 24.01.2018; опубл. 27.10.2018, Бюл. № 30. – 12 с.
16. Enhanced GTL process: pat. US9062257 B1, USA, № 13/656,764; 22.10.2012; 23.06.2015. – 8 p.
17. Hydrogen production using off-gases from GTL processes: pat. US8877155 B1, USA, 13/656,774; 22.10.2012; 04.11.2014. – 9 p.
18. Integrated GTL process: pat. US11220473 B2, USA, № 16/842,963; 08.04.2020; 11.01.2022. – 12 p.
19. Machine learning-guided cobalt@copper dual-metal electrochemical sensor for urinary creatinine detection / K. Kaewket, Th.C.R. Outrequin, S. Deepaisarn, J. Wijitsak, P. Sunon, K. Ngamchuea // ACS Sensors. – 2025. – Vol. 10. – № 5. – P. 3471–3483. DOI: 10.1021/acssensors.4c03592
20. Cobalt and nickel nanocatalysts confined inside halloysite nanotubes for selective hydrogenations / A. Serrano-Maldonado, J.-B. Ledeuil, L. Madec, R. Rodrigues, D. Pla, M. Gómez // ACS Applied Nano Materials. – 2024. – Vol. 7. – № 17. – P. 20755–20765. DOI: 10.1021/acsanm.4c03715
21. Studies with Raney cobalt catalyst / A.J. Chadwell Jr., H.A. Smith // The Journal of Physical Chemistry. – 1956. – Vol. 60. – № 9. – P. 1339–1340. DOI: 10.1021/j150543a049
22. Скелетный кобальт для получения углеводородов в синтезе Фишера-Тропша / И.Г. Соломоник, К.О. Грязнов, Э.Б. Митберг, В.З. Мордкович // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2020. – № 12. – С. 71–76.
23. MOF-derived porous carbon-supported bimetallic Fischer–Tropsch synthesis catalysts / Aimei Wang, Mingsheng Luo, Baozhong Lü, Yongji Song, Zhi Yang, Min Li, Buchang Shi, Iltaf Khan // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2022. – Vol. 61. – № 11. – P. 3941–3951. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c03810
24. Cobalt-based coordination polymer with synergistic active sites for visible-light-driven CO2-to-CO conversion / Hang Zhou, Lun Zhao, Zhiheng Xu, Jiayu Li, Shiyu Yan, Hang Yin, WeiWei Fu // Crystal Growth & Design. – 2025. – Vol. 25. – № 20. – P. 8486–8493. DOI: 10.1021/acs.cgd.5c00870
25. Smith A.J., Garciano L.O., Tran T. Effect of chromate addition on the structure and kinetics of leaching for the formation of promoted skeletal (Raney) cobalt catalysts // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2008. – Vol. 47. – № 8. – P. 2518–2522. DOI: 10.1021/ie070809l
26. Structure and catalytic performance of Pt-promoted alumina-supported cobalt catalysts under realistic conditions of Fischer–Tropsch synthesis / H. Karaca, O. Safonova, S. Chambrey, P. Fongarland, P. Roussel, A. Griboval-Constant, M. Lacroix, A. Khodakov // Journal of Catalysis. – 2011. – Vol. 277. – Iss. 1. – P. 14–26. DOI: 10.1016/j.jcat.2010.10.007
