«Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина»

Новые катализаторы конверсии изобутилового спирта в «зеленые» углеводороды на основе наноразмерного цеолита ZSM-5

УДК: 661.183.8+661.183.1
DOI: -

Авторы:

¹ Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Москва, Российская Федерация
² Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, Москва, Российская Федерация

Ключевые слова: наноразмерный цеолит ZSM-5, карбид кремния, ZSM-5/SiC, гидротермально-микроволновой синтез, изобутиловый спирт

Аннотация:

В статье описана впервые исследованная конверсия изобутанола на катализаторах, синтезированных гидротермально-микроволновым методом: на наноразмерном цеолите ZSM-5 и на материале, содержащем наноразмерный цеолит ZSM-5 и карбид кремния. Показано, что данные катализаторы обеспечивают получение «зеленых» компонентов топлив и мономеров из изобутанола – продукта переработки возобновляемого сырья. Наноразмерный цеолит ZSM-5 демонстрирует стабильную работу без необходимости регенерации в течение 20 ч. В свою очередь, материал, содержащий карбид кремния, продемонстрировал высокую производительность при получении ценного мономера пропилена, а также более высокую производительность по компонентам топлив.

Список литературы:

1. Постановление Правительства Российской Федерации от 20.04.2022 № 707 (ред. от 29.10.2022) «Об утверждении Правил представления и проверки отчетов о выбросах парниковых газов, формы отчета о выбросах парниковых газов, Правил создания и ведения реестра выбросов парниковых газов и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации». – 2022. – URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_415427
2. Шевелева Н.А. Направления и методы декарбонизации нефтегазового сектора // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2023 – № 2 (311). – С. 25–31. – DOI: 10.33285/2411-7013-2023-2(311)-25-31
3. Чудинов С.Ю., Мокрушин И.Г., Кетов А.А. Ресурсосберегающая технология замены нефтяного сырья на продукт деоксигенеза растительного масла // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2024. – № 3 (318). – С. 58–66.
4. Isobutanol Is a Building Block for Advanced Renewable Fuels and More. – 2025. – URL: https://gevo.com/product/isobutanol (дата обращения: 11.02.2025).
5. Bio-Isobutanol – Overview and Challenges. – 2018. – URL: https://stillwaterassociates.com/bio-isobutanol-overview-and-challenges/?cn-reloaded=1 (дата обращения: 11.02.2025).
6. ASTM D7566-22. Standard Specification for Aviation Turbine Fuel Containing Synthesized Hydrocarbons. – 2022. – DOI: 10.1520/D7566-22
7. Experimental study of physical-chemical properties of advanced alcohol-to-jet fuels / A. Yakovlieva, S. Boichenko, V. Boshkov [et al.] // Aviation. – 2023. – Vol. 27, Issue 1. – P. 1–13. – DOI: 10.3846/aviation.2023.18564
8. Isobutanol to isobutene: Processes and catalysts / J.L. Dubois, S. Segondy, G. Postole, A. Auroux // Catalysis Today. – 2023. – Vol. 418, Issue 1. – DOI: 10.1016/j.cattod.2023.114126
9. Transformation of isobutyl alcohol to aromatics over zeolite-based catalysts / L. Yu, S. Huang, S. Zhang [et al.] // ACS Catalysis. – 2012. – Vol. 2, Issue 6. – P. 1203–1210. – DOI: 10.1021/ cs300048u
10. Conversion of isobutanol to olefins and aromatics over H-ZSM-5-based catalysts: tuning of product selectivity / Z.Y. Du, B.B. Zhang, T.S. Chen [et al.] // Energy & Fuels. – 2019. – Vol. 33, Issue 1. – P. 10176–10184. – DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b02454
11. Isobutanol conversion to petrochemicals using MFI-based catalysts synthesized by a hydrothermal-microwave method / A.G. Dedov, A.A. Karavaev, A.S. Loktev [et al.] // Catal. Today. – 2021. – Vol. 367. – P. 199–204. – DOI: 10.1016/j.cattod.2020.04.064
12. Пат. 2617119 Рос. Федерация, МПК C10G3/00. Способ получения жидких углеводородов / А.Г. Дедов, А.С. Локтев, И.О. Моисеев [и др.]; патентообладатель РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. – № 2016125784; заявл. 28.06.2016; опубл. 21.04.2017.
13. HMFI/SiC – a novel efficient catalyst for green hydrocarbon production via bioisobutanol conversion / A.G. Dedov, A.A. Karavaev, A.S. Loktev [et al.] // Mend. Comm. – 2023. – Vol. 33, Issue 6. – P. 832–835. – DOI: 10.1016/j.mencom.2023.10.031
14. Bensafi B. The universal zeolite ZSM-5: Structure and synthesis strategies. A review // Coordination Chemistry Reviews. – 2023. – Vol. 496. – DOI: 10.1016/j.ccr.2023.215397
15. Zabihpour A. Strategies to control reversible and irreversible deactivation of ZSM-5 zeolite during the conversion of methanol to propylene (MTP): A review / Chemical Engineering Science. – 2023. – Vol. 273, Issue 5. – DOI: 10.1016/j.ces.2023.118639
16. Synthesis of nanosized ZSM-5 zeolite with intracrystalline mesopores / Z. Xue, J. Ma, T. Zhang [et al.] // Materials Letters. – 2012. – Vol. 68, Issue 1. – P. 1–3. – DOI: 10.1016/ j.matlet.2011.10.019
17. A novel method for a nanosized ZSM-5 (MFI) zeolite synthesis in proton form / A.G. Dedov, A.A. Karavaev, A.S. Loktev [et al.] // Mend. Comm. – 2024. – Vol. 34, Issue 3. – P. 433–435. – DOI: 10.1016/j.mencom.2024.04.039
18. Low-temperature synthesis of three-pore system hierarchical ZSM-5 zeolite for converting palm oil to high octane green gasoline / G.T.M. Kadja, N.J. Azhari, F. Apriadi [et al.] // Microporous and Mesoporous Materials. – 2023. – Vol. 360. – DOI: 10.1016/j.micromeso.2023.112731
19. Binderless H-ZSM-5 coating on β-SiC for different alcohols dehydration / S. Ivanova, E. Vanhaecke, L. Dreibine [et al.] // Applied Catalysis A: General. – 2009. – Vol. 359, Issue 1-2. – P. 151–157. – DOI: 10.1016/j.apcata.2009.02.024
20. Пат. 2799782 Рос. Федерация, МПК C01B 39/38. Композит на основе наноразмерного цеолита структурного типа ZSM-5 в протонной форме и карбида кремния и способ его получения / А.Г. Дедов, А.А. Караваев, А.С. Локтев [и др.]; патентообладатель Институт нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН). – № 2022116387; заявл. 17.06.2022; опубл. 11.07.2023, Бюл. № 20.
21. Nano-sized H-ZSM-5 zeolite catalyzes aldol condensation reaction to prepare methyl acrylate and acrylic acid / M. Xie, Y. Ni, X. Fang [et al.] // Catal. Sci. Technol. – 2022. – Vol. 12, Issue 16. – P. 5171–5177. – DOI: 10.1039/D2CY00447J