Математична модель отримання вуглеводневого палива за схемою Фішера-Тропша у стаціонарному шарі каталізатора на основі кобальту

Автор(и)

  • Yurii Zakharchuk Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-9774-1942
  • Yurii Beznosyk Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-7425-807X
  • Liudmyla Bugaieva Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-2576-6048

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.134165

Ключові слова:

Fischer-Tropsch reaction, cobalt catalyst, inverse problem of kinetics, rate constant

Анотація

Дослідження кінетики процесу Фішера-Тропша є досить важливим завданням, так як даний процес дуже чутливий до температурного режиму, та характеристик каталізатору. Також даний процес супроводжується багатьма побічними реакціями, які негативно впливають на швидкість та селективність реакції. Синтез Фішера-Тропша є альтернативним джерелом отримання якісного палива не з нафти, а з вугілля або біомаси. Тому дослідження кінетики реакції Фішера-Тропша спрямовані на підвищення селективності і активності каталізаторів, визначення констант швидкості хімічних реакцій є актуальними.

Вибір каталізатору є одним з основних факторів, що впливають на якість і вихід продукту по синтезу Фішера-Тропша. Для дослідів виготовлено два зразка кобальтових каталізаторів. Перший зразок каталізатору Со/γ-Al2O3 містить наночистинки кобальту одного розміру. Другий зразок каталізатору (Со)/γ-Al2O3 отриманий методом просочення носія розчином нітрату кобальту. Каталізатор отриманий методом просочення (Со)/ γ -Al2O3 виявив на порядок вищу активність в порівнянні з монодисперсним. Однак, монодисперсний каталізатор показав високу селективність за нижчими вуглеводнями.

Для розрахунку кінетики процесу Фішера-Тропша та для знаходження констант швидкості реакцій, було створено програмний модуль, який розроблявся в середовищі MS Visual Studio 2017 на мові C# з використанням технологій .NET Framework v4.6. За допомогою розробленого програмного модуля було розраховано константи швидкості реакції процесу Фішера-Тропша. Проаналізувавши отримані дані, видно, що відносна похибка лежить в межах 2…3 %, що свідчить про адекватність запропонованої моделі розв’язку зворотної задачі хімічної кінетики. Тому можна засвідчити, що дану модель розрахунку констант швидкості можна використовувати для дослідження процесу Фішера-Тропша

Біографії авторів

Yurii Zakharchuk, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Yurii Beznosyk, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Liudmyla Bugaieva, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Посилання

  1. Mordkovich, V. Z., Sineva, L. V., Kul'chakovskaya, E. V., Asalieva, E. Yu. (2015). Chetyre pokoleniya tekhnologii polucheniya sinteticheskogo zhidkogo topliva na osnove sinteza Fishera-Tropsha. Kataliz v neftepererabatyvayushchey promyshlennosti, 15 (5), 23–45.
  2. Slivinskiy, E. V., Kuz'min, A. E., Abramova, A. V., Kliger, G. A., Loktev, S. M. (1998). Sintez Fishera-Tropsha: sovremennoe sostoyanie i principy sozdaniya katalizatorov (obzor). Neftekhimiya, 38, 243–268.
  3. Dry, M. E.; Anderson, R. B., Boudard, M. (Eds.) (1981). The Fischer–Tropsch Synthesis. Catalysis, Science and Technology, 1, 159–256.
  4. Schulz, H. (1999). Short history and present trends of Fischer–Tropsch synthesis. Applied Catalysis A: General, 186 (1-2), 3–12. doi: 10.1016/s0926-860x(99)00160-x
  5. Krylov, O. V. (2004). Geterogennyy kataliz. Moscow, 679.
  6. Lapidus, A. L., Krylova, A. Yu. (2000). O mekhanizme obrazovaniya zhidkih uglevodorodov iz CO i H2 na kobal'tovyh katalizatorah. Rossiyskiy himicheskiy zhurnal, 44 (1), 43–56.
  7. Rofer-DePoorter, C. K. (1981). A comprehensive mechanism for the Fischer-Tropsch synthesis. Chemical Reviews, 81 (5), 447–474. doi: 10.1021/cr00045a002
  8. Brunner, K. M., Duncan, J. C., Harrison, L. D., Pratt, K. E., Peguin, R. P. S., Bartholomew, C. H., Hecker, W. C. (2012). A Trickle Fixed-Bed Recycle Reactor Model for the Fischer-Tropsch Synthesis. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 10 (1). doi: 10.1515/1542-6580.2840
  9. Tristantini, D., Lögdberg, S., Gevert, B., Borg, Ø., Holmen, A. (2007). The effect of synthesis gas composition on the Fischer–Tropsch synthesis over Co/γ-Al2O3 and Co–Re/γ-Al2O3 catalysts. Fuel Processing Technology, 88 (7), 643–649. doi: 10.1016/j.fuproc.2007.01.012
  10. Davis, B. H. (2007). Fischer−Tropsch Synthesis: Comparison of Performances of Iron and Cobalt Catalysts. Industrial & Engineering Chemistry Research, 46 (26), 8938–8945. doi: 10.1021/ie0712434
  11. Patzlaff, J., Liu, Y., Graffmann, C., Gaube, J. (1999). Studies on product distributions of iron and cobalt catalyzed Fischer–Tropsch synthesis. Applied Catalysis A: General, 186 (1-2), 109–119. doi: 10.1016/s0926-860x(99)00167-2
  12. Patzlaff, J., Liu, Y., Graffmann, C., Gaube, J. (2002). Interpretation and kinetic modeling of product distributions of cobalt catalyzed Fischer–Tropsch synthesis. Catalysis Today, 71 (3-4), 381–394. doi: 10.1016/s0920-5861(01)00465-5
  13. Zhou, L., Froment, G. F., Yang, Y., Li, Y. (2016). Advanced fundamental modeling of the kinetics of Fischer-Tropsch synthesis. AIChE Journal, 62 (5), 1668–1682. doi: 10.1002/aic.15141
  14. Sun, Y., Yang, G., Zhang, L., Sun, Z. (2017). Fischer-Tropsch synthesis in a microchannel reactor using mesoporous silica supported bimetallic Co-Ni catalyst: Process optimization and kinetic modeling. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 119, 44–61. doi: 10.1016/j.cep.2017.05.017
  15. Arsalanfara, M., Mirzaeib, A. A., Bozorgzadehc, H. R., Samimid, A. (2014). A review of Fischer-Tropsch synthesis on the cobalt based catalysts. Phys. Chem. Res., 2 (2), 179–201.
  16. Mosayebi, A., Haghtalab, A. (2015). The comprehensive kinetic modeling of the Fischer–Tropsch synthesis over Co@Ru/γ-Al2O3 core–shell structure catalyst. Chemical Engineering Journal, 259, 191–204. doi: 10.1016/j.cej.2014.07.040
  17. Mosayebi, A., Abedini, R. (2017). Detailed kinetic study of Fischer – Tropsch synthesis for gasoline production over Co Ni/HZSM-5 nano-structure catalyst. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (44), 27013–27023. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.09.060
  18. Pyatnickiy, Yu. I., Lunev, N. K. (2001). Kineticheskoe modelirovanie processa Fishera-Tropsha. Kataliz i neftekhimiya, 9-10, 1–4.
  19. Skoretska, I., Beznosyk, Y. (2017). Modeling the heterogeneous catalytic recovery processes of aldehydes and ketones. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (6 (87)), 36–43. doi: 10.15587/1729-4061.2017.99755
  20. Bezdenezhnyh, A. A. (1973). Inzhenernye metody sostavleniya uravneniy skorostey reakciy i rascheta kineticheskih konstant. Leningrad: Himiya, 256.
  21. Zakharchuk, Y., Beznosyk, Y. (2018). Research and modeling of the heterogeneous process of production the hydrocarbon fuel according to the Fischer-Tropsch scheme. 6th International Scientific-Practical Conference "Modeling and simulation for chemistry, technologies and sustainable development systems – MSCT-6". Kyiv, 139–145.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-19

Як цитувати

Zakharchuk, Y., Beznosyk, Y., & Bugaieva, L. (2018). Математична модель отримання вуглеводневого палива за схемою Фішера-Тропша у стаціонарному шарі каталізатора на основі кобальту. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(6 (93), 60–70. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.134165

Номер

Том 3 № 6 (93) (2018): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Yurii Zakharchuk, Yurii Beznosyk, Liudmyla Bugaieva

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.