Для цитирования:
Кузьмина Р. И., Пилипенко А. Ю., Хорошилов И. И., Фролов М. П. Конверсия этанола на цеолитах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2015. Т. 15, вып. 4. С. 30-41. DOI: 10.18500/1816-9775-2015-15-4-30-41
Конверсия этанола на цеолитах
Исследована возможность переработки биомассы в продукты нефтехимического синтеза. Проведен анализ развития синтеза катализаторов для процессов получения моторного топлива из биоэтанола. Показано, что при варьировании состава катализаторов и условий проведения процесса могут быть синтезиро- ваны углеводороды бензинового ряда, этилен, ароматические углеводороды. Предложена схема конверсии этанола в углеводороды различных классов.
1. Grace J. Understanding and managing the global carbon cycle // J. Ecol. 2004. Vol. 92. Р. 189–202.
2. URL: http://www.rg.ru/2014/09/22/atmosfera-site-anons. html (дата обращения: 15.09.2015).
3. Третьяков В. Ф. Биоэтанол-стратегия развития топливного и нефтехимического комплекса // Хим. техника. 2008. № 1. С. 8–12.
4. Haryanto A., Fernando S., Murali N., Adhikari S. Current status of hydrogen production techniques by stream reforming of ethanol; a review // Energy & Fuels. 2005. Vol. 19. P. 2098–2116.
5. Schulz J., Bandermann F. Conversion of ethanol over Zeolite H-ZSM-5 // Chem. Eng. Technol. 1994. Vol. 17. P. 179–186.
6. Cao F., Chen Y., Zhai F., Li J., Wang J., Wang X., Wang S., Zhu W. Biodisel production from high acid value waste frying oil catalyzed by superacid heteropolyacid // Biotech. Bioeng. 2008. Vol. 101, № 1. P. 93–100.
7. Kulkarni M. G., Gopinath R., Meher L. C., Dalai A. K. Solid acid catalysed biodiesel production by simultaneous esterifi cation and transesterifi cation // Green Chem. 2006. Vol. 8. P. 1056–1062.
8. Aimaretti N., Manuale D. L., Mazzieri V. M., Vera C. R., Yori J. C. Batch study of glyserol decomposition in onestage supercritical production of biodisel // Energy Fuels. 2009. Vol. 23, № 2. P. 1076–1080.
9. Pinnart T., Savage P. E. Assessment of noncatalytic biodiesel synthesis using supercritical reaction conditions // Ind. Eng. Chem. Res. 2008. Vol. 47, № 18. P. 6801–6808.
10. Fjerbeak L., Christensen K. V., Norddahl B. A review of the current state of biodisel production using enzmatic transesterifi cation // Biotech. Bioeng. 2009. Vol. 102, № 5. P. 1298–1315.
11. Haas M. J., McAloon A. J., Yee W. C., Foglia T. A. A process model to estimate biodiesel production costs // Bioresour. Technol. 2006. Vol. 97, № 4. P. 671–678.
12. Bezhadi S., Farid M. M. Review : Examining the use of different feedstock for the production of biodiesel // Asia-Pac. J. Chem. Eng. 2007. Vol. 2. P. 480–486.
13. Snare M., Kubickova I., Maki-Arvela P., Eranen K., Murzin D. Y. Heterogeneous catalytic deoxygenation of stearic acid for production of biodiesel // Ind. Eng. Chem. Res. 2006. Vol. 45. P. 5708–5715.
14. Maki-Arvela P., Kubickova I., Snare M., Eranen K., Murzin D. Y. Catalytic deoxygenation of fatty acids and their derivatives // Energy Fuels. 2007. Vol. 21, № 1. P. 30–41.
15. Twaiq F. A., Zabidi N. A. M., Bhatia S. Catalytic conversion of palm oil to hydrocarbons; perfomans of various zeolitecatalysts // Ind. Eng. Chem. Res. 1999. Vol. 3, № 9. P. 3230–3237.
16. Siswanto D. Y., Salim G. W., Wibisonom N., Hindarso H., Sudaryanto Y., Ismadji S. Gasoline production from palm oil via catalytic cracking using MCM-41 // ARPN J. Eng. Appl. Sci. 2008. Vol. 3, № 6. P. 42–46.
17. Cosimo J. I., Diez V. K., Xu M., Iglesia E., Apesteduia C. R. Structure and Surface and Catalytic Properties of Mg-Al Basic Oxides // J. Catal. 1998. Vol. 178. P. 499–510.
18. Basso L. C., Amorim H. V. de, Oliviera A. J. de, Lopes M. L. Yeast selection for fuel ethanol production in Brazil // FEMS Yeast Research. 2008. Vol. 8, № 7. P. 1155–1163.
19. Oudejans J. C., Van Den Oosterkamp P., Van Bekkum H. Conversion of ethanol over zeolite h-zsm-5 in the presence of water // Appl. Catal. 1982. Vol. 3. P. 109–115.
20. Nguyen T. M., Le Van Mao R. Conversion of ethanol in aqueous solution over ZSM-5 zeolites : Study of the reaction network // Appl. Catal. 1990. Vol. 58. P. 119–129.
21. Talukdar A., Bhattacharyya K., Sivasanker S. HZSM-5 catalysed conversion of aqueous ethanol to hydrocarbons // Appl. Catal. 1997. Vol. 148. P. 357–371.
22. Крылов О. В. Гетерогенный катализ. М. : Академкни- га, 2004. 679 с.
23. Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию фор- мирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2004. 442 с.
24. Baerlocher Ch., Meier W., Olson D. Atlas of zeolite framework types. ELSEVIER (Fifth Revised Edition). Amsterdam, 2001. P. 308.
25. Aguayo A. T., Gayaubo A. G., Tarro A. M., Atutxa A., Bilbao J. Study of operating variables in the transformation of aqueous ethanol into hydrocarbons on an HZSM-5 // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2002. Vol. 77. P. 211–216.
26. Machado N. R. C. F., Calsavara V., Astrath N. G. C. Obtaining hydrocarbons from ethanol over iron-modifi ed ZSM-5 zeolites // Fuel. 2005. Vol. 84. P. 2064–2070.
27. Третьяков В. Ф., Ньы Ч. Т. К., Третьяков К. В., Сильченкова О. Н., Матышак В. А. Превращение этанола на модифицированном цеолите HZSM-5 по данным спектрокинетических исследований in situ // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87, № 6. С. 962–965.
28. Nagy J. B., Eenoo M. van, Derouane E. G. Highly dispersed supported iron particles from the decompositionof iron carbonyl on HY zeolite // J. Catal. 1979. Vol. 58, № 2. P. 230–237.
29. Jalama K., Covilleb N. J., Hildebrandta D., Glassera D., Jewella L. L. Fischer-Tropsch synthesis over Co/TiO2 : Effect of ethanol addition // Fuel. 2007. Vol. 86. P. 73–80.
30. Кировская И. А. Поверхностные явления. Омск. : ОмГТУ, 2001. 175 с.
31. Kirovskaya I. A. Gas adsorption at the components of the GaAs-CdS system // Protection of Metals. 2008. Vol. 44, № 2. P. 184–189.
32. Kirovskaya I. A. Adsoption and electrophysical studies of the sensitivity and selectivity of the surface of the InSb-CdTe. System with respect to toxic gases // J. Phys. Chem. A. 2008. Vol. 82, № 5. P. 830–834.
33. Whitcraft D., Verykios X. E., Mutharasan R. Recovery of ethanol from fermentation broths by catalytic conversion to gasoline. I&EC (Process Design & Dev.) // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1983. Vol. 22. P. 452–458.
34. Кузьмина Р. И., Пилипенко А. Ю., Зюмченко Е. В. Конверсия одноатомных спиртов на поверхности Zr-модифицированных высококремнистых цеолит- ных системах типа zsm-5 // Наука 21 века : новый подход : материалы 21-й молодеж. междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. СПб., 2013. C. 21–26.
35. Kirovskaya I. A. Adsoption, electrophysical, and optical studies of the surface of solid solutioons and the binary components of the InSb-ZnTe system // J. Phys. Chem. 2009. Vol. 83, № 13. P. 452–458.
36. Способ получения формальдегида : пат. 2404959 Рос. Федерация. – № 2009115308; заявл. 23.04.2009; опубл. 21.11.2010; Бюл. №33.
37. Способ получения дивинила (варианты) : пат. 2459788 Рос. Федерация. – № 2010148026/04; заявл. 26.11.2010; опубл. 27.08.2012; Бюл. № 24.
38. Илолов А. М., Талышинский Р. М., Третьяков В. Ф., Третьяков К. В., Французова Н. А. Кинетическая модель инициированного дегидрирования метанола в формальдегид в присутствии наноструктуриро- ванного кремнийсодержащего катализатора // На- нотехнологии. Наука и производство. 2012. № 2 (17). С. 7–30.
39. Третьяков В. Ф., Талышинский Р. М., Илолов А. М., Тшисвака Мутомбо, ТретьяковК. В., Забористов В. Н., Ряховский В. С., Таракулова А. О. Научные и практи- ческие аспекты производства дивинила из биоэтанола // Автогазозаправочный комплекс + альтернатив- ное топливо (Междунар. науч.-техн. журн.). 2012. № 8 (68). С. 16–27.
40. Третьяков В. Ф., Ньы Ч. Т. К., Талышинский Р. М., Илолов А. М., Французова Н. А. Каталитическая кон- версия биоэтанола в ароматические углеводороды в присутствии перекиси водорода // Вестн. МИТХТ. 2013. Т. 8, № 6. С. 37–41.
41. Glazneva T. S., Smachkova V. P., Paukshtis E. A. Acid properties of fi berglass materials // React. Kinet. Catal. Lett. 2007. Vol. 92. P. 303–309.
42. Глазнева Т. С., Паукштис Е. А. Бренстедовская кислотность стекловолокнистых материалов // Хи- мия в интересах устойчивого развития. 2008. Т. 16. С. 473–478.
43. Третьяков В. Ф., Макарфи Ю. И., Талышинский Р. М., Французова Н. А., Торховский В. Н., Антонюк С. Н., Третьяков К. В. Каталитическая конверсия этанола в углеводороды // Вестн. МИТХТ. 2010. Т. 5, № 4. С. 77–86.
44. Arenamnart S., Trakarnpruk W. Ethanol conversion to ethylene using metal-mordenite catalysts // Intern. J. Appl. Sci. and Eng. 2006. Vol. 4, № 1. P. 21–32.
45. Мoser W. R., Thompson R. W., Chiang C., Tong H. Siliconrich H-ZSM-5 catalyzed conversion of aqueous ethanol to ethelyne // J. Appl. Catal. 1989. Vol. 117. P. 19–32.
46. Суханов В. П. Каталитические процессы в нефтепе- реработке. М. : Химия, 1979. 343 с.
47. Murata K., Inaba M., Takahara I. Effects of surface modifi cation of H-ZSM-5 catalysts on direct transformationof ethanol into lower olefi ns // J. Japan Petrol. Institute. 2008. Vol. 51, № 4. Р. 234–239.
48. Song Z., Takahashi A., Nakamura I., Fujitani T. Phosphorus-modifi ed ZSM-5 for conversion of ethanol to propylene // Appl. Catal. A : General, 2010. Vol. 384, № 1–2. Р. 201–205.
49. Song Z., Takahashi A., Mimura N., Fujitani T. Productionof propylene from ethanol over ZSM-5 zeolites // Catal. Lett. 2009. Vol. 131, № 3–4. Р. 364–369.
50. Ryoo R., Iheea H., Kwaka J. H., Seob G., Liuc S. 129Xe nuclear magnetic resonance study on a solid-state defect in HZSM-5 zeolite // Microporous Materials. 1995. Vol. 4. P. 59–64.
51. Machado N. R. C. F., Calsavaraa V., Astrathb N. G. C., Netob A. M., Baessob M. L. Hydrocarbons from ethanol using [Fe,Al]ZSM-5 zeolites obtained by direct synthesis // Appl. Catal. A. 2006. Vol. 311. P. 193–198.
52. Магарил Р. З. Теоретические основы химических про- цессов переработки нефти. М. : Химия, 1976. 311 с.
53. Moser W. R., Chiang C. C., Thompson R. W. Infrared diffuse refl ectance study of the silicon-rich H-ZSM-5 catalysis of ethanol conversion // J. Catal. 1989. Vol. 115. P. 532–541.
54. Aronson M. T., Gorte R. J., Farneth W. E. The infl uence of oxonium ion and carbenium ion stabilities on the alcohol/H-ZSM-5 interaction // J. Catal. 1986. Vol. 98. P. 434–443.
55. Гудков Б. С., Баландин А. А. О механизме гетероген- ных каталитических реакций дейтеро-водородного обмена циклоалканов // Успехи химии. 1966. Т. 35, № 10. C. 1819–1829.
56. Glazneva T. S., Rebrovb E. V., Schoutenb J. C., Paukshtisa E. A., Ismagilov Z. R. Synthesis and haracterization of mesoporous silica thin fi lms as a catalyst support on titanium substrate // Thin Solid Films. 2007. Vol. 515. P. 6391–6394.
57. Караханов Э. А. Синтез-газ как альтернатива нефти. II. Метанол и синтезы на его основе // Сорос. образов. журн. 1997. № 12. С. 65–69.
58. Хаджиев С. Н. Крекинг нефтяных фракций на це- олитсодержащих катализаторах. М. : Химия, 1982. 277 с.
59. Aguayo A. T., Gayubo A. G., Atutxa A., Valle B., Bilbao J. Regeneration of a HZSM-5 zeolite catalyst deactivated in the transformation of aqueous ethanolinto hydrocarbons // Catal. Today. 2005. Vol. 107–108. P. 410–416.
60. Брек Д. Цеолитные молекулярные сита. М. : Мир, 1976. 561 с.
61. Gagarin S. G., Zakharyan R. Z., Kolbanovskii Yu. A. Electronic mechanism of catalytic dehydration of ethanol // Rus. Chem. Bull. 1983. Vol. 32. Р. 1140– 1145.
62. Shinohhara Y., Satozono H., Nakajima T., Suzuki S., Mishima S. Study of the Interaction of Ethanol with the Broensted and Lewis Acid Sites on Metal Oxide Surfaces Using the DV-Xa Method // J. Chem. Software. 1997. Vol. 4. P. 41.
63. Takahara I., Satio M., Inaba M., Murata K. Dehydration of Ethanol into Ethylene over Solid Acid Catalysts // Catal. Lett. 2005. Vol. 105. Р. 249–257.
64. Derouane E. G., Nagy J. B., Dejaifve P., Van Hooff J. H. C., Spekman B. P., Vedrine J. C., Naccache C. Elucidation of the mechanism of conversion of methanol and ethanol to hydrocarbons on a new type of synthetic zeolite // J. Catal. 1977. Vol. 47. Р. 249–259.
65. Kondo J. N., Ito K., Yoda E., Wakabayashi F., Domen K. An ethoxy intermediate in ethanol dehydration on bronsted acid sites in zeolite // J. Phys. Chem. B. 2005. Vol. 109. Р. 10969–10972.
66. Christensen C. H., Johansson R., Hruby S. L., RassHansen J. The Hydrocarbon Pool in Ethanol-to-Gasoline over HZSM-5. Catalysts // Catal. Lett. 2009. Vol. 127 (1–2). P. 1–6.
67. Bjorgen M., Svelleb S., Joensena F., Nerlova J., Kolboeb S., Boninoc F., Alumboc L., Bordigac S., Olsbye U. Conversion of methanol to hydrocarbons over zeolite H-ZSM-5 : On the origin of the olefi nic species // J. Catal. 2007. Vol. 249 (2). P. 195–207.
68. Хусид Б. Л., Чукин Г. Д., Ростанин Н. Н., Коновальчи- ков Л. Д., Сурин С. А., Нефедов Б. К., Ростанина Е. Д. Цеолит содержащий катализатор конверсии метанола в углеводороды // Кинетика и катализ. 1990. T. 31, № 4. С. 906–912.
69. Третьяков В. Ф., Ньы Ч. Т. К., Третьяков К. В., Силь- ченкова О. Н., Матышак В. А. Превращение этанола на модифицированном цеолите HZSM-5 по данным спектрокинетических исследований in situ // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87, № 6. С. 965–965.
70. Понамарев О. А., Московская И. Ф., Романовский Б. В. Превращение метанола на пентасилах : после- довательность образования продуктов реакции // Кинетика и катализ. 2004. Т. 45, № 3. С. 426–431.