Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CATALYST FOR CARBON DIOXIDE CONVERSION OF NATURAL GAS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/032357
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the field of developing and manufacturing catalysts, and can be used in the chemical industry for the process of carbon dioxide conversion of natural gas and/or methane, with the aim of producing a synthesis gas in a wide range of temperatures and with high reagent feeding speeds. Described is a catalyst in the form of a nanocomposite Ni-containing material, composed of an oxide having a perovskite-like structure or a fluorite-like structure with high oxygen mobility, platinum metals, nickel, and an oxide additive, having a high specific surface area and/or good thermal stability. The said catalyst may be used as an active component when applying to various types of thermally-conductive carriers (FeCrAl foil or mesh, porous carriers based on nickel and aluminum or silicon carbide, microchannel plates, etc.). The technical result consists in the high activity and stability of the claimed catalysts, which allow for carrying out the process of carbon dioxide conversion of methane, including natural gas, at higher loads, up to 540,000 h-1 (at shorter contact times, as short as 0.015 s).

Inventors:
MEZENTSEVA NATALYA VASILIEVNA (RU)
SADYKOV VLADISLAV ALEXANDROVICH (RU)
PAVLOVA SVETLANA NIKOLAEVNA (RU)
VOSTRIKOV ZAKHAR YURIEVICH (RU)
Application Number:
PCT/RU2014/000638
Publication Date:
March 03, 2016
Filing Date:
August 26, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
FEDERALNOE G BUDZHETNOE UCHREZHDENIE NAUKI INST KATALIZA IM G K BORESKOVA SIB OTDEL ROSSIISKOI AKADE (RU)
International Classes:
B01J23/83; B01J23/755; B01J23/84; B01J23/85; B01J23/889; B01J23/89; B82B1/00; B82Y30/00; C01B3/38
Foreign References:
RU2453366C12012-06-20
US20100168257A12010-07-01
Other References:
KAPOKOVA L.G. ET AL.: "Perovskity nFeO.7NiO.303-b i nanokompozity na ikh osnove-predshestvenniki perspektivnykh katalizatorov uglekislotnoi konversii metana.", VSEROSSYSKAYA KONFERENTSIA S MEZHDUNARODNYM UCHASTIEM TVERDOOKSIDNYE TOPLIVNYE ELEMENTY I ENERAOUSTANOVKI NA IKH OSNOVE., 2010, CHernoaolovka., pages 23 - 24
GUBANOVA E.L. ET AL.: "Vliyanie podvizhnosti kisloroda slozhnogo oksidnogo nositeliya na mekhanizm partsialnogo okislenia metana", ROP. KHIM. ZH., vol. LII, no. 1, 2008, pages 21 - 31
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Катализатор для получения синтез-газа в процессе углекислотной конверсии природного газа, представляющий собой нанокомпозитный Ni- содержащий материал, характеризующийся тем, что он состоит из оксида с перовскито-подобной или флюорито-подобной структурой с высокой кислородной подвижностью, платиновых металлов, никеля Ni и оксидной добавки, обладающей высокой удельной площадью поверхности и/или хорошей термической стабильностью, состав катализатора имеет следующую общую формулу:

Ме + bVO + cJO + ί/Ni,

где: a, b, c, d - масс. %, а + b + с + d = 100%,

0 < а < 5,

10 < Z> < 95,

2 < с < 88,

2 < </ < 66,

Мс - метал платиновой группы;

РО - перовскито-подобный или флюорито-подобный оксид с высокой подвижностью кислорода;

где: РО: 1) перовскито-подобный оксид Ln'xLn2i-xM1M2i.y03-5, где: Ln1 и Ln2 - La, Sm, Pr, Се, Gd, x - 0 - 1 ; M1 и M2 = Mn, Fe, Ru, Co, Cr, Ni, у = 0 - 1 ;

2) флюорито-подобный оксид Ln'xLn^.iCeyZxy.iO^ Lni и Ln2 =

La, Sm, Pr, Gd, x = 0 - 1 , у = 0.1 - 0.9, x+(x - 1) + у + (у - 1) = 1 ;

JO - оксидная добавка, обладающая высокой дисперсностью и/или хорошей термической стабильностью, и/или высокой кислородной подвижностью;

Ni - активный компонент, который может быть введен в объем перовскито-подобного или флюорито-подобного оксида на стадии синтеза, когда формируется полимерный предшественник оксида или может быть представлен в наиокомпозитном катализаторе как индивидуальная фаза никеля Ni или оксида никеля NiO, нанесенный методом пропитки или другим методом.

2. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что содержание активного компонента никеля составляет от 1 до 60 мас.%.

3. Катализатор по п. 1 , отличающийся тем, что содержание металла платиновой группы Pt и/или Ru от 0 до 5 мас.%;

4. Катализатор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксидной добавки содержит оксид А1203 или CexGdi-x02, или ZryYi_y02, где: х = 0.5 - 0.95, у = 0.70 - 0.95 в количестве от 2 до 88 мас.%.

5. Катализатор по п. 1 , отличающийся тем, что содержит перовскито- подобный или флюорито-подобный оксид с высокой подвижностью кислорода; в количестве от 10 до 95 мас.%».

6. Катализатор по п. 1 , отличающийся тем, что может быть использован в качестве активного компонента для изготовления структурированных катализаторах на теплопроводных носителях с содержанием катализатора до 10 мае. %.

Description:
КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ УГЛЕКИС ЛОТНОЙ КОНВЕРСИИ

ПРИРОДНОГО ГАЗА

Изобретение относится к области разработки и производства катализаторов и может быть использовано в химической промышленности для процесса углекислотной конверсии природного газа и/или метана с целью получения синтез-газа в широком интервале температур и высоких скоростях подачи реагентов.

Для превращения метана в синтез-газ существует три наиболее перспективных для индустрии процесса.

· Паровая конверсия метана (ПКМ),

СН 4 -I- Н 2 0 -> СО + ЗИ 2 ΔΗ Θ 298 = + 206 кДж*моль ~ 1

• Углекислотная конверсия метана (УКМ)

СН 4 + С0 2 -> 2СО -I- 2Н 2 ΔΗ Θ 298 = + 247 кДж*моль

• Парциальное окисление Met ана (ПОМ),

СН 4 + Уг 0 2 -» СО + 2Н 2 ΔΗ Θ 298 = - 38 кДж*моль ~ '

Для всех трех реакций, также протекает побочная реакция обратной паровой конверсии СО, которая влияет на отношение Н 2 / СО в получаемом синтез-газа.

С0 2 + Н 2 <-» СО I- Н 2 0 ΔΗ°298 = + 1 кДж*моль

Углекислотная конверсия метана с С0 2 является альтернативным маршрутом получения синтез-газа с явными преимуществом, таким как отношение Н 2 /СО в синтез-газе составляет 1 : 1. Так же, в процессе УКМ возможно регулировать отношение Н 2 /СО, так как для различных приложений требуются различные отношения Н 2 /СО. Это достигается путем комбинации реакции УКМ с паровой конверсией или с парциальным окислением метана. Наконец, можно рассматривать УКМ как "зеленый" процесс, так как в процессе расходуется парниковый газ С02. Процесс УКМ был впервые изучен Фишером и Тропшем в 1928 на металлических катализаторах [1], и недавние исследования этой реакции выявили ряд типичных катализаторов УКМ, содержащих Fe [2], Со [3], Ni [4]. Результаты многочисленных исследований показали, что катализаторы на основе благородных металлов проявляют более высокую активность и меньше подвержены зауглероживанию.

Кроме того, реакция УКМ является эндотермическим процессом и комбинация с эндотермическим процессом ПКМ более эффективна по энергетике. Стехиометрическая реакция метана и диоксида углерода при участии переходных металлов VIII группы при температуре 780 °С и атмосферном давлении обеспечивает селективность по синтез-газу около 90%, при конверсии метана и двуокиси углерода более 85% [5].

Керамические материалы, которые обладают как ионной, так и электронной проводимостью, привлекают внимание как катализаторы реформинга углеводородов и как анодные материалов для твердооксидных топливных элементов. Эти смешанные ионно-электронные проводящие материалы (MIEC) включают добавки керамики, такие как допированные оксиды церия или перовскито-подобные оксиды типа допированных LaCr0 3 и SrTi0 3 [6]. По сравнению с анодами на основе металлов, оксиды переходных металлов со смешанной ионной и электронной проводимостью, менее подвержены образованию кокса или отравлению серой.

Для улучшения свойств катализаторов, таких как активность в реформинге, стабильность к зауглероживанию, устойчивость к отравлению серой могут вводится различные добавки Изучение влияния добавок редкоземельных элементов на свойства Се0 2 показало, что ионная проводимость сильно зависит от ионного радиуса элемента. В частности, в ряду от Yb к La проводимость возрастает, достигая максимума в Sm и затем снижаясь к La. Аналогичная зависимость наблюдалась и в ряду с Zr, с максимумом, проходящим через Sc. Эти зависимости были объяснены с точки зрения искажений в решетке Се0 2 вносимых допирующей добавкой. С этой точки зрения, добавка Sm показала лучшие результаты, вызывая наименьшие искажения и напряжения в решетке Се0 2 и демонстрируя наименьшее изменение потенциальной энергии

Оксид церия допированный трехвалентными редкоземельными оксидами (Gd 2 0 3 , Sm 2 0 3 , and Y 2 0 3 ) является смешанным ионно-электронным материалом, который имеет ионную проводимость примерно в 10 раз выше, чем у YSZ.

Возможность хранения кислорода и миграции в объем оксида церия также может повысить окисляемость углеводородов. Кроме того, эти материалы имеют хорошую электрокаталитическую активность и способность подавлять образование углерода. Рабочие характеристики катализатора могут быть улучшены путем добавления металлов, таких как Ni. Например, материалы иа основе допированного Ni-Gd и Ru-Ni-Gd оксида церия были исследованы для прямого электрохимического окисления углеводородного топлива. Промотирование металлами платиновой группы увеличивает активность катализаторов в паровой и углекислотной конверсии топлив.

Введение высокодисперсных мелких частиц благородных металлических катализаторов в Sm-допированный оксид церия может существенно понизить поляризационное сопротивление.

По сравнению с микронными частицами Ni в керметных анодах, несколько процентов ультратонких нанометровых частиц никеля диспергированных в аноде на основе оксида церия допированного Sm может значительно повысить производительность [6].

Никель, нанесенный на керметы из перовскито-подобных оксидов, таких как La-Sr-Mn-Cr0 3 , La-Pr-Mn-СгОз и La-Sr-Ti0 3 также были исследованы в окислительной конверсии метана. Другие интересные примеры использования материалов из этой категории, были предложены для использования в СТ ТОТЭ анодах, включая Ni-M/YSZ (М = Со, Си, Fe) La-Sr- Cr-FeC-з , La-Sr-Cr-Mn0 3 (LSCM), La-Sr-Fe-Cr0 3 и La-Sr-Ti-Mn0 3 (LSTM) [7].

Частицы Ni диспергированные в смешанных флюорито-подобных оксидах на основе церия - циркония допированные редкоземельными элементами (Sm, Pr, Gd, La), а также первоскито-подобные оксиды (АВ0 3 ) являются основными материалами, представленными в этой работе. Согласно литературе, добавление Zr0 2 , Zr-Y-0 2 , Ce-Gd-0 2 , А1 2 0 3 увеличивает термическую стабильность и удельную поверхность оксидов, особенно в восстановительных условиях. Частицы никеля и небольшие добавки металлов платиновой группы должны активировать молекулы топлива, а редкоземельные элементы в составе оксидов должны увеличивать кислородную подвижность катализатора.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту является катализатор для процесса углекислотной конверсии метана [RU 2453366, 20.06.2012]. Катализатор представляет собой носитель на основе сложного смешанного оксида, содержащего как минимум 3 металла, на основе церия-циркония допированного металлами редкоземельных элементов с нанесенным активным компонентом из Ni и/или La и/или металлов платиновой группы (Pt, Ru). Общую формулу катализатора можно записать так, MiM 2 M3[AxByCeo.3 5 Zr 0 .35]0 2 - Где: х равен 0,3 при у = 0, и где х равен 0,15 при у = 0.15. Где: А и/или В выбирают из металлов редкоземельных элементов Pr, La, Sm. Где: Mi - выбирают из металлов платиновой группы - Pt или Ru, с содержанием от 0 до 1,4 мас.%; М 2 - это никель с содержанием от 0 до 1 ,9 до 6,6 мас.%; М 3 - это La с содержанием от 0 до 4,7 мае. %

Технический результат заключается в высокой активности и стабильности заявляемых катализаторов, которые позволяют проводить процесс углекислотной конверсии метана, в том числе природного газа, при более высоких нагрузках до 540 000 ч "1 (при более коротких временах контакта до 0,015 с).

Изобретение решает задачу создания стабилизированного массивного катализатора для процесса получения синтез-газа путем углекислотной конверсии метана, в том числе в качестве активного компонента для структурированного катализатора углекислотной природного газа, способного работать в реальных смесях и при малых временах контакта.

Задача решается путем создания высокоэффективного и стабильного катализатора способного работать при малых временах контакта (при высоких объемных скоростях подачи) в процессе получения синтез-газа путем проведения реакции углекислотной конверсии метана или углекислотной конверсии природного газа при широкой вариации параметров процесса (состав смеси, температура, нагрузки).

Катализатор для получения синтез-газа в процессе углекислотной конверсии природного газа, представляющий собой нанокомпозитный Ni- содержащий материал, характеризующийся тем, что он состоит из оксида с перовскито-подобной или флюорито-подобной структурой с высокой кислородной подвижностью, платиновых металлов, никеля Ni и оксидной добавки, обладающей высокой удельной площадью поверхности и/или хорошей термической стабильностью, состав катализатора имеет следующую общую формулу:

аМе + ЬТО + сЮ + ,

где: a, b, c, d - масс. %, а + Ь + с + d = 100%,

0 < я < 5,

10 < 6 £ 95,

2 < с < 88,

2 < d < 60;

Me - метал платиновой группы;

РО - перовскито-подобный или флюорито-подобный оксид с высокой подвижностью кислорода;

где: РО: 1) перовскито-подобный оксид Ln x Ln )-х М М ьуОз-д, где: Ln и Ln 2 - (La, Sm, Pr, Се, Gd), x = 0 - 1 ; M 1 и M 2 = (Mn, Fe, Ru, Co, Cr, Ni), у = 0 - 1 ;

2) флюорито-подобный оксид Ln x Ln x -iCeyZxy-i0 2 , Lni и Ln 2 =

(La, Sm, Pr, Gd), x - 0 - 1, у = 0.1 - 0.9, x+(x - 1) + у + (у - 1) = 1 ;

JO - оксидная добавка, обладающая высокой дисперсностью и/или хорошей термической стабильностью, и/или высокой кислородной подвижностью;

Ni - активный компоненет. который может быть введен в объем перовскито-подобного или флюорито-подобного оксида на стадии синтеза, когда формируется полимерный предшественник оксида или может быть представлен в нанокомпозитном катализаторе как индивидуальная фаза Ni или NiO нанесенный методом пропитки или другим методом.

Содержание в катализаторе активного компонента никеля составляет от 1 до 60 мас.%.

Содержание металла платиновой группы Pt и/или Ru составляет от 0 до 5 мас.%.

Катализатор в качестве оксидной добавки содержит оксид А1 2 0 3 или Ce x Gdi -x 0 2 , или Zr y Yi- y 0 2 , где: х = 0.5 - 0.95, у = 0.70 - 0.95 в количестве от 2 до 88 мас.%. Катализатор содержит перовскито-подобный или флюорито-подобный оксид с высокой подвижностью кислорода; в количестве от 10 до 95 мас.%.

Катализатор может быть использован в качестве активного компонента для изготовления структурированных катализаторах на теплопроводных носителях с содержанием катализатора до 10 мае. %.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Нанокомпозитный катализатор на основе перовскито-подобного охкеида, Ni и GDC или А1 2 0 3 или YSZ

Основная формула это Lnl x Ln2i. x M y Nii -y 0 3 -5 + JO, где Ln 1 = (La, Sm,Pr),x

= 0-1 ; Ln 2 = (La, Sm, Pr, Ce ; Gd), x = 0 - 1 ; M = (Mn, Fe, Ru, Co), у = 0 - 0,9.

1 2

Содержание перовскито-подобного оксида Ln x Ln i, x M y Nii -y 0 3- 5 в катализаторе варьируется от 60 до 95 мае. %, и JO от 5 to 88 wt. %, соответсвенно. Где JO это А1 2 0 3 или Ce x Gd,. x 0 2 (GDC) или Zr y Yi -y 0 2 (YSZ).

Синтез

В качестве исходного сырья использовались кристаллогидраты нитратов La, Fe, Ni, Рг, Sm, Се, Gd и RuOHCl 3 . Перовскит был синтезирован методом Пекини с использованием нитратов металлов (Me), RuOHCl 3 взятых в соответствующих отношениях, лимонной кислоты (ЛК), этиленгликоля (ЭГ) и этилендиамина (ЭД) как реагентов. Мольное соотношение реагентов ЛК : ЭГ : ЭД : ΣΜε это 3.75: 1 1.25:3.75: 1. Лимонная кислота и нитраты металлов были растворены при 80 °С в диситилированной воде, соответсвенно. Приготовленные растворы соединили вместе при перемешивании с последующим добавлением ЭД. Приготовленный раствор перемешивался 60 мин и затем нагревался при 70°С в течение 24 ч, позволяя сформироваться гелю. Гель был прокален в интервале 600 - 900°С в течение 2 ч с последующим получением твердого вещества.

Катализаторы были приготовлены с использованием порошка GDC или

1 2

А1 2 0з и порошка оксида Ln x Ln i. x M y Nii -y 0 3 .s, смешанных в различных массовых соотношениях. Порошки были подвергнуты ультразвуковому диспергированию с использованием установки «Ika Т25 ULTRA-TURRAX basic » (IKA, Германия) с добавлением поливинилбутираля как поверхностно активного вещества с последующей сушкой и спеканием на воздухе в интервале температур 700 - 900°С. В другом случае, катализаторы могли быть приготовлены методом пропитки по влагоемкости порошка оксидной добавки GDC или А1 2 0 3 водным раствором солей соответствующего оксида Ln' x Ln 2 i. xM y Nii -y 03.s, с последующей сушкой и прокалкой на воздухе в интервале температур 600 - 900 °С.

Каталитические испытания в реальных условиях.

Процесс углекислотной конверсии метана (УКМ) был исследован в равновесных условиях при температурах 750-850°С в проточном реакторе с реакционной смесью 45% С0 2 + 45% природный газ (ПГ) + 10% N 2 или 52.5% С0 2 +38.1% ПГ, N 2 - баланс при 800°С и время контакта 0.03-0.24 с. ПГ содержит до 90% СН4 и смесь углеводородов С 2 4 . Перед испытаниями, катализаторы были активированы в реакционной среде при 850°С в течение 2 ч. Долгосрочное тестирование было проведено при 800°С и времени контакта 0.24 с. Концентрации реагентов и продуктов были анализированы с использованием «GC Tcvet-500».

В таблице 1 представлены результаты испытания нанокомпозитного катализатора в реальных смесях в реакции углекислотной конверсии природного газа.

Таблица 1. Каталитическая активность для образца 90%Lao.9Pr 0. iFeo .7 Nio.30 3- 6 + l O%Ceo.9Gdo.1Ch, где Хеш, со2 - конверсия реагентов, (Н 2 +СО) - концентрация синтез-газа на выходе, (Н 2 /СО) - отношение концентраций продуктов на выходе. Условия реакции: 800°С, С0 2 : ПГ = 1.38 (52.5% С0 2 + 38.1% ПГ, N 2 - баланс), время контакта (τ) = 0.253 секунд, предобработка в реакционной среде в течение 2 ч при 850°С.

Таблица 2.

Равновесная активность 2%Ni + 10%LaMnO 3 + 88%A1 2 0 3 катализатора в

УКМ при 700 и 800°С, где Хеш , Хсог - конверсии реагентов, (Н 2 /СО) - отношение концентраций продуктов на выходе; смесь: 31.5% СН 4 + 46.0% С0 2 , Не - баланс. Навеска = 0.1 г, время контакта - 0.17 с. Эксперименты с чистым метаном.

Таблица 3.

Температурная зависимость каталитической активности для 2%Ru+ 98%(80%LaPrMnCr+10%YSZ+10%NiO) каталитзатора в УКМ. Предоьработка в 0 2 при 700°С, 30 мин., состав смеси: 7%СН 4 + 7%С0 2 + Не баланс. Время контакта 0.015 с.

Пример 2

Нанокомпозитный катализатор на основе флюорито-подобного оксида, Ni и YSZ

Основная формула это Ме'Ме 2 +Ln' x Ln 2 x- iCe y Zr y- i0 2 + Ni + YSZ, где:Ме' это Pt (от 0 до 5 мас.%.) и Me это Ru (от 0 до 5 мас.%);

Ln 1 = (La,Sm,Pr,Gd), Ln 2 = (La,Sm,Pr,Gd), x = 0 - 0.5 ; у = 0.2 - 0.8; x +(x - 1) +y +(y - 1) = 1 , YSZ = Zr y Y[ -y 0 2 , где: у = 0.70 - 0.95. Содержание флюорито- подобного оксида Ln' x Ln iCeyZi iC в катализаторе варьируется от 10 до 95 мас.%, Ni - от 2 до 60 мас.% и YSZ от 2 до 60 мае. %.

Синтез

Сначала, для приготовления исходных компонентов были использованы, водные растворы нитратов (Y, Sm, Се, La, Gd, Pr), водный раствор оксихлорида циркония, лимонная кислота (ЛК), этиленгликоль (ЭГ), и этилендиамин (ED). Оптимальное молярное соотношение реагентов используемое для приготовления геля это ЛК : ЭГ : ЭД : Е е это 3.75: 1 1.25:3.75: 1.

Лимонную кислоту растворяли в этиленгликоле при 60°С. Затем к раствору ЛК и ЭГ добавляли водные соли нитратов металлов в необходимом соотношении - Y(N0 3 ) 2 .nH 2 0, Ce(N0 3 ) 3 nH 2 0, Pr(N0 3 ) 3 nH 2 0, Sm(N0 3 ) 3 nH 2 0 растворенные в маленьком количестве диситилированной воды с последующим добавлением ZrOCl 2 . ЭД был добавлен в раствор при комнатной температуре с получением после перемешивания геля.

Для приготовления YSZ: полученный гель, содержащий соли иттрия и циркония, нагревался при 100°С для удаления следов воды. Этот гель, в дальнейшем был прокален на воздухе в интервале температур 300 - 800°С в течение 1 - 5 ч с получением порошка высокодисперсного порошка YSZ.

Порошок YSZ и порошок NiO затем добавляли в полимерный предшественник - гель Lnl x Ln2 x .iCeo. 3 5Zro. 3 50 2 . Затем смесь нагревалась при температуре 100°С для удаления следов воды. Этот гель, в дальнейшем был прокален на воздухе в интервале температур 300 - 800°С в течение 1 - 5 ч до получения порошка.

Pt и/или Ru были нанесены методом пропитки по влагоемкости на порошок (Ln' x Ln 2 x- iCe y Zr y-1 0 2 + YSZ) из H 2 PtCl 6 и/или Ru(OH)Cl 3 растворов с соответствующими концентрациями с последующей сушкой и прокалкой в течение 1 ч при 800 или 900°С.

Каталитические испытания

В таблице 4 представлены результаты каталитических экспериментов по У КМ в реальных условиях с природным газом. Условия каталитических испытаний в реальных условиях с природным газом были такими же, как в примере 1.

Таблица 4.

Каталитическая активность нанокомпозитных катализаторов, где Хеш , Хсо 2 - конверсии реагентов, (Н 2 +СО) - концентрация синтез-газ на выходе, (Н 2 /СО) - отношение концентраций продуктов на выходе. Условия реакции: 800°С или 850°С, отношение С0 2 : ПГ = 1.38 (52.5% С0 2 + 38.1% ПГ, N 2 - баланс), время контакта (τ) = 0.253 секунд, предобработка в реакционной среде 2 ч при 850°С; состав катализатора: 1 - 1% Pt + 99%(10%NiO-i-10%YSZ+80%Smo.i 5 Pro.i 5 Ceo.3 5 Zro.3 5 0 2 ), 2 - 0.5%Pt+0.5%Ru + 99%(10%NiO+10%YSZ+80%Sm 0.15 Pr 0 i 5 Ceo .35 Zro .35 0 2 ).

В таблице 5 представлены результаты УКМ при разных температурах, выход синтез-газа (Н 2 +СО), отношение целевых продуктов Н 2 /СО для 1% Ru / NiO+YSZ+SmPrCeZrO.

Таблица 5.

Активность катализатора l%Ru + 99%

(10%NiO+10%YSZ+80%Smo.i 5 Pr 0. i 5 Ceo.3 5 Zro. 35 0 2 ) в УКМ при разных температурах, где Хеш , со2 - конверсии реагентов, (Н 2 +СО) - концентрация синтез-газ на выходе, (Н 2 /СО) - отношение концентраций продуктов на выходе. Условия реакции: 20% СН 4 + 20% С0 2 , время контакта 0.015 с, предобработка в 0 2 при 700°С, 30 мин.

Как следует из таблицы 5, отношение Н 2 /СО может варьироваться при изменении температуры реакции. В Таблице 6 представлены типичные временные зависимости отношения Н 2 /СО при различных температурах, которые достаточно стабильны после начального легкого снижения из-за восстановления катализатора.

Таблица 6.

Отношение Н 2 /СО в УКМ для l%Ru + 99% (10%NiO-tT O%YSZ+80%Sm 0 .iPr 0 . 2 Ce 0 .3 5 Zro.350 2 ) при различных температурах, смесь 20% CH 4 + 20% С0 2 , время контакта 0.015 с, предобработка в 0 2 при 700°С, 30 мин.

Нанокомпозитные катализаторы обеспечивают высокий выход синтез- газа в углекислотной конверсии реального природного газа с содержанием до 6% смеси С 2 4 алканов (таблица 7).

Таблица 7.

Температурная зависимость концентрации продуктов на выходе в УКМ для 0.5% Pt -I- 0.5% Ru + 99%(10%NiO+10%YSZ+80%Smo.3Ce 0 .35Zr 0 .3 5 0 2 ). Время контакта 0.1 с, смесь: 47.8% С0 2 + 42 % СН 4 (47.8% ПГ)+ 2 - баланс.

Работа катализатора была стабильна и при таких условиях (таблица 8).

Таблица 8.

Конверсия СН 4 в длительных экспериментах по углекислотной конверсии ПГ для катализатора 0.5%Pt + 0.5%Ru + 99% (10%NiO+10%YSZ+80%Sm 0 jPr 0 . Ce 0 . 35 Zro. 3 50 2 ). Время контакта 0.1 с, смесь: 47.8% С0 2 + 42 % СН 4 (47.8% ПГ) N 2 - баланс, 800°С.

Пример 3.

Нанокомпозитные катализаторы были исследованы в УКМ как структурированные катализаторы на теплопроводных носителях. Для приготовления структуированных катализаторов были использованы различные типы теплопроводных носителей: фехралевая фольга или сетка защищенные корундовым слоем; Ni-Al пористые пластины; SiC/Al-Si-0 пеноматериалы; фехралевые микроканальные пластины защищенные слоем корунда.

Нанокомпозитный активный компонент (содержание до 10 мае. % ) был нанесен на структурированный теплопроводный носитель путем нанесения слоев из суспензии в изопропаноле с поливинилбутералем с последующей сушкой и прокалкой на воздухе в интервале температур 700 - 900°С в течение 2 ч. Металлы платиновой группы и/или Ni были нанесены на структурированный катализатор методом пропитки с последующей сушкой и прокалкой в температурном интервале 700 - 900°С.

В таблице 9 представлены результаты длительных экспериментов УКМ структурированного катализатора с нанокомпозитным активным компонентом l%Ru + 99%(80%Lao .5 Pr 0.5 Mno .2 Cr 0.8 0 3 +10%YSZ+10%NiO). аблица 9.

Зависимость концентрации продуктов (Н 2 , СО) и реагентов (СН 4 , С0 2 ) на выходе в УКМ от времени для 8 мас.% (l%Ru + 99%(80%Lao. 5 Pro .5 Mno. 2 Cro .8 0 3 +10%YSZ+10%NiO) нанесенного на фехралевую сетку скрученную в спираль Архимеда (внешняя диагональ цилиндра 15 мм, высота 26 мм) с формированием треугольных каналов (сторона 1- 3 мм). Смесь: 55% С0 2 + 35% СН 4 + N 2 баланс, 800°С.

Источники информации

[1] F. Fischer and H. Tropsch. // Brennstoff-Chem (1928) Vol.9, P.39.

[2] T. Sodesawa and al., Catalytic reaction of methane with carbon dioxide // React. Kinet Catal. Lett. (1979) Vol.12, P.107 - 1 1 1.

[3] A. Guerrero-Ruiz and al. // J. Chem. Soc, Chem. Commun. (1993) P. 487

[4] A.M. Gadalla and M.E. Sommer, Synthesis and characterization of catalysts in the system Al203~MgO~NiO-Ni for methane reforming with C02 II J. Am. Ceram. Soc. (1989) Vol.72, P.683 - 687.

[5] E. L. Gubanova, Etude experimentale et modelisation de I oxydation partielle du methane en gaz de synthese sur reacteur catalytique a temps court ( These 2008) [6] R.J. Kee et al., Solid-oxide fuel cells with hydrocarbon fuels II Proceedings of the Combustion Institute 30 (2005) P. 2379-2404

[7] Ovalle A, and al., Mn substituted titanates as efficient anodes for direct methane SOFCs. II Solid State Ionics 2006; 77: 1997 - 2003.