RU2137702C1 - Method for catalytic partial oxidation of hydrocarbons - Google Patents

Method for catalytic partial oxidation of hydrocarbons Download PDF

Info

Publication number
RU2137702C1
RU2137702C1 RU94030235/25A RU94030235A RU2137702C1 RU 2137702 C1 RU2137702 C1 RU 2137702C1 RU 94030235/25 A RU94030235/25 A RU 94030235/25A RU 94030235 A RU94030235 A RU 94030235A RU 2137702 C1 RU2137702 C1 RU 2137702C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
mixture
methane
oxygen
oxide
Prior art date
Application number
RU94030235/25A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94030235A (en
Inventor
Виллиам Лендор Петер (GB)
Виллиам Лендор Петер
Александер Вонкеман Коерт (NL)
Александер Вонкеман Коерт
Original Assignee
Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. filed Critical Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Publication of RU94030235A publication Critical patent/RU94030235A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2137702C1 publication Critical patent/RU2137702C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

FIELD: petrochemical synthesis. SUBSTANCE: invention, in particular, concerns production of carbon monoxide- hydrogen mixture from methane-containing raw material. Mixture of the latter with oxygen-containing gas at oxygen-to-carbon ratio between 0.3 and 0.8 is brought into contact with catalyst containing VIII group metal at temperature above 900 C and elevated pressure. According to invention, catalyst is carried by refractory metal oxide including at least two cations and contact is effected at flow rate from 500000 to 30000000 nl/kg hr. EFFECT: increased conversion of hydrocarbon raw and improved selectivity. 13 cl, 2 tbl, 5 ex

Description

Настоящее изобретение относится к способу каталитического частичного окисления углеводородов, в частности к способу получения смеси окиси углерода и водорода из метансодержащего исходного сырья, например природного газа или соответствующего газа. The present invention relates to a method for the catalytic partial oxidation of hydrocarbons, in particular to a method for producing a mixture of carbon monoxide and hydrogen from a methane-containing feedstock, for example natural gas or a corresponding gas.

Частичное окисление углеводородов, например метана или природного газа, в присутствии катализатора является эффективным способом получения смесей окиси углерода и водорода, известных как синтезгаз. Полученную смесь можно превратить в ценные углеводородные продукты, например топливо с температурой кипения в пределах средней температуры кипения, и углеводородные парафины посредством таких способов, как, например, синтез способом Фишера - Тропша, хорошо известным в технике. Partial oxidation of hydrocarbons, such as methane or natural gas, in the presence of a catalyst is an effective way to produce mixtures of carbon monoxide and hydrogen, known as synthesis gas. The resulting mixture can be converted into valuable hydrocarbon products, for example fuel with a boiling point within the middle boiling point, and hydrocarbon paraffins by methods such as, for example, Fischer-Tropsch synthesis, well known in the art.

Либо смесь можно превратить в такие продукты, как, например, метанол, известными способами синтеза. Or the mixture can be converted into products such as, for example, methanol, by known methods of synthesis.

Оптимальный способ каталитического частичного окисления для промышленного применении обеспечивает высокие уровни конверсии углеводородного исходного сырья с высоким уровнем избирательности для окиси углерода и водорода. The optimal method of catalytic partial oxidation for industrial applications provides high levels of conversion of hydrocarbon feedstock with a high selectivity for carbon monoxide and hydrogen.

Предшествующий уровень техники
В литературе имеется множество документов, раскрывающих детали экспериментов, проведенных в каталитическом частичном окислении углеводородов, в частности метана, с применением различных катализаторов. Обычно эти катализаторы содержат активный металл, выбранный из группы VIII Периодической таблицы элементов (вариант CAS, как указано в Справочнике по химии и физике, 68-ое издание), который поддерживается носителем на основе окиси огнеупорного материала, например окиси алюминия или двуокиси кремния.
State of the art
There are many documents in the literature that disclose details of experiments conducted in the catalytic partial oxidation of hydrocarbons, in particular methane, using various catalysts. Typically, these catalysts contain an active metal selected from group VIII of the Periodic Table of Elements (CAS variant, as described in the Handbook of Chemistry and Physics, 68th edition), which is supported by a carrier based on refractory material such as alumina or silica.

В Европейской заявке N 0262947 (ЕР - А - 0262947) раскрыт способ каталитического частичного окисления метана с применением катализатора, содержащего платину и окись хрома и поддерживаемого на носителе из окиси огнеупорного материала. Катализатор, конкретно указанный в ЕР - А - 0262947, содержит двуокись кремния в качестве материала носителя. In European application N 0262947 (EP - A - 0262947) a method for the catalytic partial oxidation of methane using a catalyst containing platinum and chromium oxide and supported on a support made of an oxide of refractory material is disclosed. The catalyst specifically disclosed in EP-A-0262947 contains silicon dioxide as a carrier material.

Эшкрофт А.Т. и другие ("Выборочное окисление метана для получения синтез-газа с использованием катализаторов, содержащих переходные металлы", Nature, том 344, N 6264, стр. 319-321, март, 1990) описывают эксперименты, проведенные с использованием окислов лантанида и рутения формулы Ln2Sn2O7 для частичного окисления метана. Ряд лантанидов испытывали при температуре 777oC, часовой объемной скорости газа 40000 ч-1 и давлении 1 атм. Авторы пришли к выводу, что при существующих условиях процесса активный катализатор содержал металл рутений, поддерживаемый на носителе из окиси металла.Ashcroft A.T. and others ("Selective oxidation of methane to produce synthesis gas using transition metal catalysts," Nature, Volume 344, N 6264, pp. 319-321, March, 1990) describe experiments using lanthanide and ruthenium oxides of the formula Ln 2 Sn 2 O 7 for the partial oxidation of methane. A number of lanthanides were tested at a temperature of 777 ° C., a gas hourly space velocity of 40,000 h −1 and a pressure of 1 atm. The authors concluded that under the existing process conditions, the active catalyst contained a ruthenium metal supported on a metal oxide support.

Аналогично, Джоунс Р. Х. и другие ("Каталитическая конверсия метана в синтез-газ над иридатом европия, Eu2Ir2O7", Catalysis Zetters 8 (1991) 169-174) описывают избирательное частичное окисление метана над пирохлором европия-иридия, Eu2Ir2O7 под давлением 1 атм. и температуре 873 K (600oC). Показано, что активный катализатор содержал частицы металла иридия, поддерживаемые на окиси европия. Подобные результаты раскрыты Верноном П.Д.Ф. и другими ("Частичное окисление метана до синтез-газа", Catalysis Zetters 6, (1990) 181-186, и Catalysis Today, 13 (1992) 417- 426) для никеля, рутения, родия, палладия, иридия и платины на носителях из окиси алюминия или присутствующие как металлы в окислах, полученных из предшественников смешанных окислов.Similarly, Jones R. Kh. And others ("Catalytic Conversion of Methane to Syngas over Europium Iridate, Eu 2 Ir 2 O 7 ", Catalysis Zetters 8 (1991) 169-174) describe selective partial oxidation of methane over europium-iridium pyrochlore , Eu 2 Ir 2 O 7 at a pressure of 1 atm. and a temperature of 873 K (600 o C). It was shown that the active catalyst contained iridium metal particles supported on europium oxide. Similar results are disclosed by Vernon P.D.F. and others ("Partial Oxidation of Methane to Syngas", Catalysis Zetters 6, (1990) 181-186, and Catalysis Today, 13 (1992) 417-426) for nickel, ruthenium, rhodium, palladium, iridium, and platinum on supports from alumina or present as metals in oxides derived from mixed oxide precursors.

Патент США N 5149464 в общем относится к способу избирательного окисления метана для получения окиси углерода, и водорода посредством контактирования газовой смеси реагента при температуре примерно 650 - 900oC с твердым катализатором, который в общем описан как:
a) катализатор формулы MxM'yOz, где:
M - по крайней мере один элемент, выбранный из Mg, B, Al, Ln, Ga, Si, Ti, Ir и Hf;
Ln - по крайней мере один элемент, выбранный из лантана и группы элементов-лантанидов;
M' - d-блок - переходный металл, а каждое из отношений x/y и y/z и (x+y)/z равно независимо от 0,1 до 8; или
b) окись d-блока - переходного металла; или
c) d-блок - переходный металл на огнеупорном носителе; или
d) катализатор, полученный путем нагрева a) или b) в условиях реакции или в безокислительных условиях.
US patent N 5149464 generally relates to a method for the selective oxidation of methane to produce carbon monoxide and hydrogen by contacting the gas mixture of the reagent at a temperature of about 650 - 900 o C with a solid catalyst, which is generally described as:
a) a catalyst of the formula M x M ' y O z , where:
M is at least one element selected from Mg, B, Al, Ln, Ga, Si, Ti, Ir and Hf;
Ln is at least one element selected from lanthanum and a group of lanthanide elements;
M '- d-block is a transition metal, and each of the ratios x / y and y / z and (x + y) / z is equal to independently from 0.1 to 8; or
b) d-block oxide is a transition metal; or
c) d-block - transition metal on a refractory carrier; or
d) a catalyst obtained by heating a) or b) under reaction conditions or under non-oxidizing conditions.

Как указано в патенте США N 5149464, d-блок - переходные металлы выбраны из тех, которые имеют порядковый номер элемента 21-29, 40-47, 72-79, то есть металлы - скандий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цирконий, ниобий, молибден, технеций, рутений, палладий, серебро, гафний, тантал, вольфрам, рений, осмий, иридий, платина и золото. As indicated in US Pat. No. 5,149,464, d-block transition metals are selected from those having an element serial number of 21-29, 40-47, 72-79, i.e., metals — scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron , cobalt, nickel, copper, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, palladium, silver, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum and gold.

В патенте США N 5149464 указано, что предпочтительными металлами являются металлы группы VIII в Периодической таблице элементов, то есть железо, осмий, кобальт, рений, иридий, палладий, платина, никель и рутений. US Pat. No. 5,149,464 teaches that the preferred metals are Group VIII metals in the Periodic Table of the Elements, i.e., iron, osmium, cobalt, rhenium, iridium, palladium, platinum, nickel and ruthenium.

Способ, описанный в патенте США N 5149464, осуществляют при температуре в интервале от 650 до 900oC, причем предпочтителен интервал температур 700-800oC. В патенте США N 5149464 описан ряд экспериментов, в которых испытывали различные катализаторы, содержащие металлы группы VIII, включая окись рутения, окислы празеодимия /рутения, пирохлоры, рутений на окиси алюминия, никель/, окись алюминия, перовскиты и окись никеля.The method described in US Pat. No. 5,149,464 is carried out at a temperature in the range of 650 ° C. to 900 ° C., with a temperature range of 700-800 ° C. being preferred. US Pat. No. 5,149,464 describes a series of experiments in which various catalysts containing Group VIII metals were tested. including ruthenium oxide, praseodymium / ruthenium oxides, pyrochlore, ruthenium on alumina, nickel /, alumina, perovskites and nickel oxide.

Подобное общее описание катализатора для применения в способе каталитического частичного окисления представлено в Международной заявке WO N 92/11199. В патенте WO N 92/11199 конкретно описаны эксперименты, в которых применяли катализаторы, содержащие иридий, палладий, рутений, родий, никель и платину, поддерживаемые на носителе из окиси алюминия. Все эксперименты проводили при мягких условиях процесса, причем типичными условиями были давление, равное 1 атм, температура, равная 1050 K (777oC), и часовая объемная скорость газа, равная примерно 20000/час. В описании патента WO 92/11199 указано, что были проведены испытания катализаторов на определение их срока службы и что большинство катализаторов, как и ожидали, не показали снижение активности после 80 часов и возможно значительно дольше.A similar general description of the catalyst for use in the catalytic partial oxidation method is presented in International Application WO N 92/11199. WO 92/11199 specifically describes experiments in which catalysts containing iridium, palladium, ruthenium, rhodium, nickel and platinum supported on an alumina support were used. All experiments were carried out under mild process conditions, with typical conditions being a pressure of 1 atm, a temperature of 1050 K (777 ° C), and a gas hourly space velocity of approximately 20,000 / hour. The patent specification WO 92/11199 states that catalysts were tested to determine their service life and that most catalysts, as expected, did not show a decrease in activity after 80 hours and possibly significantly longer.

В патенте Японии N 58-207946 раскрыт катализатор для частичного окисления углеводородов, который содержит комбинацию - шпинель окись алюминия - окись магния, алюминат кобальта, карбонат бария и алюминат бария или комбинацию - шпинель окись алюминия - окись магния, кобальт, окись кобальта и алюминат бария. В патенте Японии N 58-207946 указано, что этот катализатор пригоден для частичного окисления углеводородов, например природного газа, метана, этана, пропана и бутана. Однако патент Японии N 58-207946 относится в основном к способу получения газа, содержащего окись углерода и водород, для поверхностного упрочения стали. В этой связи примеры, представленные в патенте Японии N 58-207946, ограничены частичным окислением бутана для получения смеси окиси углерода и водорода, имеющей отношение содержания водорода / окиси углерода, равное примерно 1,3. Эксперименты проводили при объемной скорости 12000 ч-1, применяя в качестве исходного сырья смесь воздуха и бутана, при этом количество воздуха превышало в 1,025 раз теоретическое количество, необходимое для окисления бутана до окиси углерода и водорода (т.е. отношение содержания кислорода / углерода равно 0,51). В патенте Японии N 58-207946 не указано соответствующее рабочее давление для способа частичного окисления. В патенте Японии N 58-207946 указано, что катализаторы позволяют осуществлять способ частичного окисления с хорошей эффективностью при низких температурах, то есть ниже 1000oC. Для этой цели все эксперименты по испытанию катализаторов проводили при температуре 980oC.Japanese Patent No. 58-207946 discloses a catalyst for the partial oxidation of hydrocarbons, which comprises a combination of spinel alumina-magnesium oxide, cobalt aluminate, barium carbonate and barium aluminate or a combination of spinel alumina-magnesium oxide, cobalt, cobalt oxide and barium aluminate . Japanese Patent No. 58-207946 teaches that this catalyst is suitable for the partial oxidation of hydrocarbons, for example natural gas, methane, ethane, propane and butane. However, Japanese Patent No. 58-207946 relates generally to a method for producing a gas containing carbon monoxide and hydrogen for surface hardening of steel. In this regard, the examples presented in Japanese Patent No. 58-207946 are limited to the partial oxidation of butane to produce a mixture of carbon monoxide and hydrogen having a hydrogen / carbon monoxide ratio of about 1.3. The experiments were carried out at a space velocity of 12,000 h -1 , using a mixture of air and butane as a feedstock, while the amount of air exceeded the theoretical amount 1.025 times necessary for the oxidation of butane to carbon monoxide and hydrogen (i.e., the ratio of oxygen / carbon equal to 0.51). Japanese Patent No. 58-207946 does not indicate an appropriate operating pressure for a partial oxidation process. In Japanese patent N 58-207946 it is indicated that the catalysts allow the partial oxidation process to be carried out with good efficiency at low temperatures, that is, below 1000 ° C. For this purpose, all experiments on testing the catalysts were carried out at a temperature of 980 ° C.

Наконец, в Международной заявке WO N 93/01130 раскрыт способ частичного окисления метана с использованием катализатора, содержащего металл группы платины и/или окись металла, на носителе из окиси лантанида и/или окиси металла из группы III B, и/или окиси металла из группы IV B в Периодической таблице и/или из окиси алюминия. В заявке WO 93/01130 описана серия экспериментов, в которых применяли катализаторы, состоящие из палладия, удерживаемого на носителе из окислов скандия, иттрия, лантана, титана, циркония, гафния, церия, самария, алюминия, кремния и смешанных окислов бария /церия и стронция/ церия. Finally, International Application WO N 93/01130 discloses a method for the partial oxidation of methane using a catalyst containing a platinum group metal and / or metal oxide on a support of lanthanide oxide and / or metal oxide from group III B and / or metal oxide from Group IV B in the Periodic Table and / or from alumina. WO 93/01130 describes a series of experiments in which catalysts were used consisting of palladium supported on a support of scandium, yttrium, lanthanum, titanium, zirconium, hafnium, cerium, samarium, aluminum, silicon and mixed barium / cerium oxides and strontium / cerium.

Эксперименты проводили при температуре 750oC и при часовой объемной скорости газа 5000 ч-1, при этом применяли исходное сырье, состоящее из 45% метана: 5% кислорода: 55% аргона. В заявке WO 93/01130 не указано рабочее давление. Результаты, раскрытые в заявке WO 93/01130, показывают, что при выбранных рабочих условиях катализаторы, имеющие носители, состоящие из окиси металла из групп III В или IV B Периодической таблицы, алюминий и лантанид церий, показали высокую избирательность для окиси углерода вместо образования большого количества двуокиси углерода.The experiments were carried out at a temperature of 750 o C and at a gas hourly space velocity of 5000 h -1 , while a feedstock of 45% methane: 5% oxygen: 55% argon was used. WO 93/01130 does not indicate operating pressure. The results disclosed in WO 93/01130 show that, under selected operating conditions, catalysts having supports consisting of metal oxide from groups III B or IV B of the Periodic Table, aluminum and cerium lanthanide, showed high selectivity for carbon monoxide instead of forming large amounts of carbon dioxide.

Как уже упоминалось, важным способом для промышленного применения является получение смесей окиси углерода и водорода, которые затем используют в качестве исходного сырья для процесса углеводородного или органического химического синтеза. As already mentioned, an important method for industrial applications is to obtain mixtures of carbon monoxide and hydrogen, which are then used as feedstock for the process of hydrocarbon or organic chemical synthesis.

Каталитическое частичное окисление углеводородов является одним возможным способом получения этих смесей. Однако, чтобы способ был эффективным для промышленного применения, необходимо, чтобы его осуществляли при повышенном давлении, например от 30 до 150 бар, и при очень высокой часовой объемной скорости газа, например порядка 1000000 N л/кг/ч. По причинам термодинамики для достижения требуемой избирательности для окиси углерода и водорода необходимо осуществлять способ частичного окисления при высоких температурах. Следовательно, для способа частичного окисления, осуществляемого в промышленном масштабе, существенно, чтобы применяемый катализатор поддерживал свой уровень активности и избирательности для требуемых продуктов в течение продолжительных периодов работы, необходимых для промышленных процессов. The catalytic partial oxidation of hydrocarbons is one possible way to obtain these mixtures. However, for the method to be effective for industrial applications, it is necessary that it be carried out at elevated pressure, for example from 30 to 150 bar, and at a very high hourly space velocity of the gas, for example of the order of 1,000,000 N l / kg / h For reasons of thermodynamics, in order to achieve the required selectivity for carbon monoxide and hydrogen, it is necessary to carry out the partial oxidation method at high temperatures. Therefore, for a partial oxidation process carried out on an industrial scale, it is essential that the catalyst used maintains its level of activity and selectivity for the desired products over long periods of work required for industrial processes.

Также наиболее предпочтительной смесью окиси углерода и водорода для применения в качестве исходного сырья для процесса синтеза в промышленном масштабе, например синтеза парафинов или метанола, согласно способу Фишера - Тропша является смесь, имеющая отношение водорода к окиси углерода примерно 2,0. Такую смесь можно получить посредством частичного окисления метана или метансодержащего исходного сырья, например природного газа или соответствующего газа. Also the most preferred mixture of carbon monoxide and hydrogen for use as a feedstock for an industrial-scale synthesis process, for example the synthesis of paraffins or methanol, according to the Fischer-Tropsch process, is a mixture having a ratio of hydrogen to carbon monoxide of about 2.0. Such a mixture can be obtained by partial oxidation of methane or a methane-containing feedstock, for example natural gas or a corresponding gas.

Итак, можно увидеть, что существует необходимость в способе каталитического частичного окисления метана или метансодержащего сырья, в котором катализатор сохраняет высокий уровень активности и избирательности для окиси углерода и водорода в условиях высокой объемной скорости, повышенного давления и высокой температуры. В противоположность решениям в известных документах, в частности в Международной заявке WO 93/01130, было неожиданно обнаружено, что способ, в котором катализаторы, содержащие металл, выбранный из группы VIII Периодической таблицы элементов, удерживаются на носителе из окиси огнеупорного материала, имеющей по крайней мере два катиона, обеспечивает получение как окиси углерода, так и водорода в упомянутых условиях, причем с высоким выходом в течение продолжительного периода времени. So, we can see that there is a need for a method for the catalytic partial oxidation of methane or methane-containing feedstock, in which the catalyst maintains a high level of activity and selectivity for carbon monoxide and hydrogen under conditions of high space velocity, high pressure and high temperature. In contrast to solutions in well-known documents, in particular in International Application WO 93/01130, it was unexpectedly discovered that a method in which catalysts containing a metal selected from group VIII of the Periodic Table of Elements are supported on a support of refractory oxide having at least at least two cations, provides both carbon monoxide and hydrogen in the above conditions, and with high yield for an extended period of time.

Описание изобретения
Таким образом, предложен способ в соответствии с настоящим изобретением для каталитического частичного окисления метансодержащего исходного материала, который заключается в контактировании смеси исходного сырья и кислородсодержащего газа, причем смесь имеет отношение содержания кислорода к углероду в пределах 0,3-0,8 при температуре свыше 900oC и при повышенном давлении, с катализатором, содержащим металл, выбранный из группы VIII Периодической таблицы элементов, который поддерживается на окиси огнеупорного материала, имеющей по крайней мере два катиона.
Description of the invention
Thus, the proposed method in accordance with the present invention for the catalytic partial oxidation of methane-containing starting material, which consists in contacting a mixture of feedstock and oxygen-containing gas, and the mixture has a ratio of oxygen to carbon in the range of 0.3-0.8 at temperatures above 900 o C and at elevated pressure with a catalyst comprising a metal selected from group VIII of the Periodic table of elements, supported on a refractory oxide having at EPE two cations.

Способ в соответствии с настоящим изобретением пригоден для получения смеси окиси углерода и водорода из любого металлсодержащего сырья. Однако типичное исходное сырье будет содержать метан в комбинации с одним или несколькими другими углеводородами и газами. Исходное сырье предпочтительно содержит метан в количестве, по крайней мере, 50% по объему, лучше 75% по объему, а еще лучше 80% по объему. Метан может находиться в комбинации с другими углеводородами, например легкими углеводородами, имеющими 2-4 атома углерода. Способ особенно пригоден для частичного окисления природного газа и соответствующего газа. The method in accordance with the present invention is suitable for producing a mixture of carbon monoxide and hydrogen from any metal-containing raw material. However, a typical feed will contain methane in combination with one or more other hydrocarbons and gases. The feedstock preferably contains methane in an amount of at least 50% by volume, better than 75% by volume, and even better 80% by volume. Methane may be in combination with other hydrocarbons, for example light hydrocarbons having 2-4 carbon atoms. The method is particularly suitable for partial oxidation of natural gas and the corresponding gas.

Исходное сырье контактирует с катализатором в виде смеси с кислородсодержащим газом. В качестве кислородсодержащего газа пригоден воздух. Однако лучше всего применять по существу чистый кислород в качестве кислородсодержащего газа. Таким образом, исключается необходимость в большом объеме инертного газа, например азота, когда в качестве кислородсодержащего газа применяют воздух. Исходное сырье может содержать пар. The feedstock is contacted with the catalyst as a mixture with an oxygen-containing gas. Air is suitable as an oxygen-containing gas. However, it is best to use substantially pure oxygen as an oxygen-containing gas. Thus, the need for a large volume of inert gas, for example nitrogen, is eliminated when air is used as the oxygen-containing gas. Feedstock may contain steam.

Метансодержащее сырье и кислородсодержащий газ смешивают в таком количестве, чтобы получить отношение содержания кислорода к углероду в пределах 0,3-0,8, более предпочтительно в пределах 0,45-0,75. Ссылка на отношение кислорода к углероду относится к отношению кислорода в форме молекул (O2) к атомам углерода, присутствующим в метансодержащем сырье. Предпочтительно отношение кислорода к углероду находится в пределах 0,45-0,65, причем особенно предпочтительно отношение кислорода к углероду в области стехиометрического отношения 0,5, которое находится в интервале 0,45-0,6. Если в исходном сырье присутствует пар, то отношение содержания пара к содержанию углерода составляет свыше 0,0-3,0, предпочтительно в пределах 0,0-2,0. Метансодержащее сырье, кислородсодержащий газ и пар, если он присутствует, предпочтительно хорошо смешивают до контакта с катализатором.The methane-containing feed and the oxygen-containing gas are mixed in such an amount as to obtain an oxygen to carbon ratio in the range of 0.3-0.8, more preferably in the range of 0.45-0.75. The reference to the ratio of oxygen to carbon refers to the ratio of oxygen in the form of molecules (O 2 ) to carbon atoms present in the methane-containing feed. Preferably, the oxygen to carbon ratio is in the range of 0.45-0.65, and the oxygen to carbon ratio in the region of the stoichiometric ratio of 0.5, which is in the range of 0.45-0.6, is particularly preferred. If steam is present in the feed, then the ratio of the vapor content to the carbon content is in excess of 0.0-3.0, preferably in the range of 0.0-2.0. The methane-containing feed, oxygen-containing gas and steam, if present, are preferably mixed well before contact with the catalyst.

Способ в соответствии с настоящим изобретением осуществляют при повышенном давлении, которое значительно выше атмосферного давления. Способ можно осуществлять под давлением в пределах до 150 бар. Более предпочтительно способ проводят под давлением в интервале 5-100 бар, особенно 10-75 бар. The method in accordance with the present invention is carried out at elevated pressure, which is significantly higher than atmospheric pressure. The method can be carried out under pressure up to 150 bar. More preferably, the method is carried out under pressure in the range of 5-100 bar, especially 10-75 bar.

В условиях высокого давления, существующего в процессе, исходное сырье должно находиться в контакте с катализатором при высоких температурах для достижения требуемой степени конверсии. Таким образом, смесь метансодержащего сырья и кислородсодержащего газа контактирует с катализатором при температуре свыше 900oC, лучше в интервале от 1000-1300oC, а еще лучше 1000-1200oC. До контактирования с катализатором метансодержащее сырье и кислородсодержащий газ предпочтительно предварительно нагревают. Смесь метансодержащего сырья и кислородсодержащего газа можно подавать во время процесса с любой соответствующей объемной скоростью. Преимуществом способа в соответствии с этим изобретением является то, что можно достичь очень высокие объемные скорости газа. Итак, типичные часовые объемные скорости газа для этого способа (выражены в нормальных литрах газа на кг катализатора в час) находятся в интервале 20000-100000000 нормальных литров/кг/час, более предпочтительно от 50000 до 50000000 нормальных литров/кг/час. Особенно предпочтительна объемная скорость в интервале 500000-30000000 нормальных литров/кг/час.Under the high pressure existing in the process, the feed must be in contact with the catalyst at high temperatures to achieve the desired degree of conversion. Thus, the mixture of methane-containing feed and oxygen-containing gas is in contact with the catalyst at temperatures above 900 o C, preferably in the range from 1000-1300 o C, and even better 1000-1200 o C. Prior to contacting with the catalyst, the methane-containing feed and oxygen-containing gas are preferably preheated . A mixture of methane-containing feed and oxygen-containing gas can be supplied during the process at any appropriate space velocity. An advantage of the method in accordance with this invention is that very high gas space velocities can be achieved. So, typical gas hourly space velocities for this method (expressed in normal liters of gas per kg of catalyst per hour) are in the range of 20,000-100000000 normal liters / kg / hour, more preferably from 50,000 to 50,000,000 normal liters / kg / hour. A space velocity in the range of 500,000-30000,000 normal liters / kg / h is particularly preferred.

Катализатор, применяемый в способе в соответствии с настоящим изобретением, содержит металл группы VIII Периодической таблицы элементов, поддерживаемый на окиси огнеупорного материала, содержащей по крайней мере два катиона. Катализатор имеет структуру, образованную в результате осаждения металла группы VIII на подложку из окиси огнеупорного материала, например, посредством пропитки. Таким образом, катализаторы содержат металл группы VIII на поверхности подложки из огнеупорной окиси. Эта структура противоположна структуре, образованной в результате применения катализаторов, описанных в известных технических решениях, в которых огнеупорную окись наносят непосредственно в процессе частичного окисления, существующие условия в котором восстанавливают окислы, присутствующие в огнеупорном материале, до соответствующего металла, который является каталитически активным. The catalyst used in the method in accordance with the present invention contains a metal of group VIII of the Periodic table of the elements supported on the oxide of the refractory material containing at least two cations. The catalyst has a structure formed by the deposition of a metal of group VIII on a substrate of oxide of refractory material, for example, by impregnation. Thus, the catalysts contain a Group VIII metal on the surface of a refractory oxide support. This structure is the opposite of the structure formed by the use of the catalysts described in the known technical solutions in which the refractory oxide is applied directly in the process of partial oxidation, the existing conditions in which the oxides present in the refractory material are reduced to the corresponding metal, which is catalytically active.

Катализатор содержит металл группы VIII в Периодической таблице элементов, причем металл, выбранный из рутения, родия, палладия, осмия, иридия и платины, является предпочтительным. Катализаторы, содержащие рутений, родий или иридий в качестве каталитически активного металла, являются особенно предпочтительными для применения в настоящем способе. The catalyst contains a Group VIII metal in the Periodic Table of Elements, with a metal selected from ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum being preferred. Catalysts containing ruthenium, rhodium or iridium as a catalytically active metal are particularly preferred for use in the present process.

Металл группы VIII поддерживается на носителе из окиси огнеупорного материала, которая содержит по крайней мере два катиона. Окись огнеупорного материала представляет собой двойную иди тройную окись, состоящую из двух или трех катионов соответственно, причем предпочтительны двойные окислы. Каждый из двух или больше катионов окиси огнеупорного материала предпочтительно выбран из групп IA, IIA, IIIA и IVA в Периодической таблице элементов или из переходных металлов. Более предпочтительно, каждый из двух или больше катионов выбирают из групп IA, IIA, IIIA, IIIB, IVA и IVB и лантанидов. Предпочтительный катализатор содержит окись огнеупорного материала, имеющую по крайней мере один катион, выбранный из групп IA, IIA и IIIB и лантанидов, и по крайней мере один катион, выбранный из групп IIIA, IVA и IVB. Более предпочтительно катализатор содержит окись огнеупорного материала, имеющую по крайней мере один катион из группы IIIA или IVB. Барий является особенно предпочтительным катионом, выбранным из группы IIA. Алюминий - особенно предпочтительный катион, выбранный из группы IIIA. Лантан - наиболее предпочтительный катион, выбранный из группы IIIB. Цирконий - наиболее предпочтительный катион, выбранный из группы IVB. Одной наиболее предпочтительной окисью огнеупорного материала для применения в качестве подложки в катализаторе является двойная окись бария и алюминия, в частности барий-гексаалюминат. Другой, наиболее предпочтительной огнеупорной окисью для применения в качестве подложки в катализаторе является двойная окись лантана и циркония. Group VIII metal is supported on a support made of an oxide of refractory material that contains at least two cations. The oxide of the refractory material is a double go triple oxide consisting of two or three cations, respectively, with double oxides being preferred. Each of two or more cations of the oxide of the refractory material is preferably selected from groups IA, IIA, IIIA and IVA in the Periodic table of the elements or from transition metals. More preferably, each of two or more cations is selected from groups IA, IIA, IIIA, IIIB, IVA and IVB and lanthanides. A preferred catalyst contains refractory oxide having at least one cation selected from groups IA, IIA and IIIB and lanthanides, and at least one cation selected from groups IIIA, IVA and IVB. More preferably, the catalyst comprises a refractory oxide having at least one cation from group IIIA or IVB. Barium is a particularly preferred cation selected from group IIA. Aluminum is a particularly preferred cation selected from group IIIA. Lanthanum is the most preferred cation selected from group IIIB. Zirconium is the most preferred cation selected from group IVB. One most preferred oxide of a refractory material for use as a support in a catalyst is barium and aluminum double oxide, in particular barium hexaaluminate. Another, most preferred refractory oxide for use as a support in a catalyst is lanthanum and zirconium double oxide.

Материалы огнеупорной окиси для применения в качестве подложек в катализаторах имеются в продаже или их можно получить известными способами. Refractory oxide materials for use as supports in catalysts are commercially available or can be prepared by known methods.

Катализатор можно приготовить известными способами, из которых пропитка является предпочтительным способом. Способ приготовления катализатора пропиткой заключается в контактировании огнеупорной окиси с раствором соли металла группы VIII в Периодической таблице элементов. Затем пропитанную огнеупорную окись сушат и прокаливают. The catalyst can be prepared by known methods, of which impregnation is the preferred method. The method of preparing the catalyst by impregnation consists in contacting the refractory oxide with a solution of a Group VIII metal salt in the Periodic Table of the Elements. Then, the impregnated refractory oxide is dried and calcined.

В способе в соответствии с настоящим изобретением можно применять любой режим реакции для контакта реагентов с катализатором. Один соответствующий режим - это флюидизированный слой, в котором применяют катализатор в форме частиц, флюидизированных потоком газа. Предпочтительным режимом реакции для применения в способе является режим реакции во флюидизированном слое, при котором катализатор удерживается внутри реакционной зоны в неподвижном положении. В режиме с неподвижным слоем частицы катализатора можно удерживать с использованием известных способов реакции в неподвижном слое. Либо катализатор может быть в виде пенопласта, приготовленного, например, путем пропитки вспененной керамики из огнеупорной окиси описанным способом. Соответствующие пенопласты для применения в приготовлении катализатора включают в себя те, которые имеют от 30 до 150 пор на дюйм (12-60 пор на сантиметр). Также другие формы катализатора включают в себя сотовые монолитные структуры. In the method in accordance with the present invention, any reaction mode may be used to contact the reactants with the catalyst. One appropriate mode is a fluidized bed in which a catalyst is used in the form of particles fluidized by a gas stream. The preferred reaction mode for use in the method is the reaction mode in the fluidized bed, in which the catalyst is held inside the reaction zone in a stationary position. In the fixed-bed mode, the catalyst particles can be held using known fixed-bed reaction methods. Or, the catalyst may be in the form of a foam prepared, for example, by impregnating the foam ceramic from refractory oxide in the manner described. Suitable foams for use in the preparation of the catalyst include those that have 30 to 150 pores per inch (12-60 pores per centimeter). Other forms of catalyst also include honeycomb monolithic structures.

В конкретном исполнении способа в соответствии с этим изобретением исходное сырье контактирует с катализатором, удерживаемым в неподвижном слое, который имеет высокую извилистость. Термин "извилистость" является известным в технике термином, который, когда он относится к неподвижному слою катализатора, можно определить как отношение длины пути, занимаемого газом, проходящим через слой, к длине наикратчайшего прямого пути через слой. Таким образом, сотовые монолитные структуры имеют извилистость 1,0. Для целей настоящего изобретения термин "высокая извилистость" относится к устройствам, имеющим извилистость по существу больше, чем извилистость сотовых монолитных структур, в частности извилистость по крайней мере 1,1. Неподвижный слой частиц катализатора обычно имеет извилистость 1,5, таким образом, можно получить керамические пенопласты, имеющие извилистость в интервале 3,0-4,0 или даже выше. В общем, извилистость устройства с неподвижным слоем находится предпочтительно в интервале 1,1-10,0, а лучше 5,0. Наиболее соответствующим интервалом извилистости является от 1,3 до 4,0. In a specific embodiment of the method in accordance with this invention, the feedstock is contacted with a catalyst held in a fixed bed, which has a high tortuosity. The term “tortuosity” is a term known in the art that when it refers to a fixed catalyst bed, can be defined as the ratio of the path length occupied by the gas passing through the bed to the shortest direct path through the bed. Thus, honeycomb monolithic structures have a sinuosity of 1.0. For the purposes of the present invention, the term “high tortuosity” refers to devices having a tortuosity substantially greater than that of honeycomb monolithic structures, in particular tortuosity of at least 1.1. The fixed bed of catalyst particles typically has a tortuosity of 1.5, so that ceramic foams having a tortuosity in the range of 3.0-4.0 or even higher can be obtained. In general, the tortuosity of a fixed-bed device is preferably in the range of 1.1-10.0, and preferably 5.0. The most appropriate tortuosity range is from 1.3 to 4.0.

Установлено, что применение катализатора в устройстве с неподвижным слоем, имеющим высокую извилистость, позволяет достичь требуемой конверсии только при относительно очень непродолжительном времени контакта между реакционными газами и катализатором. Таким образом, требуется только очень небольшой катализатор, что, в свою очередь, позволяет достичь очень высоких объемных скоростей, необходимых для осуществления способа в промышленном масштабе. It has been established that the use of a catalyst in a device with a fixed bed having a high tortuosity makes it possible to achieve the desired conversion only with a relatively very short contact time between the reaction gases and the catalyst. Thus, only a very small catalyst is required, which, in turn, makes it possible to achieve the very high space velocities required to carry out the process on an industrial scale.

Исходное сырье предпочтительно контактирует с катализатором в адиабатических условиях. Для целей этого описания термин "адиабатический" относится к условиям реакции, при которых по существу исключаются все потери тепла и излучение из реакционной зоны за исключением тепла, остающегося в газообразном вытекающем потоке из реактора. The feed is preferably contacted with the catalyst under adiabatic conditions. For the purposes of this description, the term “adiabatic” refers to reaction conditions under which substantially all heat loss and radiation from the reaction zone are excluded except for the heat remaining in the gaseous effluent from the reactor.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к окиси углерода или водорода, полученных описанным способом. According to another aspect, the present invention relates to carbon monoxide or hydrogen obtained by the described method.

Смесь окиси углерода и водорода, полученная способом в соответствии с этим изобретением, особенно пригодна для применения в синтезе углеводородов, например, синтезом по способу Фишера - Тропша или синтезом оксигенатов, например метанола. Способы конверсии смеси окиси углерода и водорода в такие продукты хорошо известны в технике. The mixture of carbon monoxide and hydrogen obtained by the method in accordance with this invention is particularly suitable for use in the synthesis of hydrocarbons, for example, by the Fischer-Tropsch synthesis or the synthesis of oxygenates, for example methanol. Methods for converting a mixture of carbon monoxide and hydrogen into such products are well known in the art.

Способ в соответствии с изобретением дополнительно иллюстрируется следующими примерами, из которых примеры 1, 3 и 4 относятся к способу в соответствии с настоящим изобретением, а примеры 2 и 5 представлены только для целей сравнения. The method in accordance with the invention is further illustrated by the following examples, of which examples 1, 3 and 4 relate to the method in accordance with the present invention, and examples 2 and 5 are presented only for comparison purposes.

Пример 1
Приготовление катализатора
Барий - гекса - алюминат (BaAl12O19) получили следующим образом.
Example 1
Catalyst Preparation
Barium - hexa - aluminate (BaAl 12 O 19 ) was prepared as follows.

Барий (21,0 г) добавили в изопропиловый спирт (1500 мл) в атмосфере азота и порученную смесь нагревали в условиях орошения в течение 1,5 часа. В полученный раствор добавили еще изопропилового спирта (1000 мл). После этого постепенно добавляли изопропилат алюминия (379,65 г) и смесь нагревали в условиях орошения в течение 5 часов. Полученную смесь (601,87 г) соединяли с деминерализованной водой (22,5 г) и нагревали с орошением, при этом смесь перемешивали в течение дополнительно 1 часа. Полученный раствор затем нагрели для испарения растворителя, чтобы оставить твердый осадок. Твердое вещество высушили путем нагрева до температуры 450oC в течение 4 часов и поддерживали при этой температуре в течение 1 часа, а на второй стадии до температуры 1300oC в течение 1 часа и поддерживали при этой температуре в течение 5 часов.Barium (21.0 g) was added to isopropyl alcohol (1500 ml) in a nitrogen atmosphere and the charged mixture was heated under irrigation for 1.5 hours. More isopropyl alcohol (1000 ml) was added to the resulting solution. After that, aluminum isopropylate (379.65 g) was gradually added and the mixture was heated under irrigation conditions for 5 hours. The resulting mixture (601.87 g) was combined with demineralized water (22.5 g) and heated with irrigation, while the mixture was stirred for an additional 1 hour. The resulting solution was then heated to evaporate the solvent to leave a solid precipitate. The solid was dried by heating to a temperature of 450 o C for 4 hours and maintained at this temperature for 1 hour, and in the second stage to a temperature of 1300 o C for 1 hour and maintained at this temperature for 5 hours.

Водный раствор приготовили путем растворения хлорида родия (RhCl3, 2,0 г) и соляной кислоты (37%, 1,0 г) в деминерализованной воде (6,83 г), получив концентрацию родия 10% по массе. Барий - гекса - алюминат, полученный описанным способом, (30/80 меш, 2,0 г) погрузили в упомянутый водный раствор (1,07 г). Полученную смесь сначала перемешивали в валковой мельнице в течение 1 часа и после этого в барабанной сушилке в течение 1 часа. Полученный материал сушили в сушилке нагревом в течение 1 часа и поддерживали при температуре 120oC в течение 5 часов, после этого прокалили путем нагрева в течение 5 часов и поддерживали при температуре 500oC 1 час. Полученный катализатор содержал 5,0 мас.% родия.An aqueous solution was prepared by dissolving rhodium chloride (RhCl 3 , 2.0 g) and hydrochloric acid (37%, 1.0 g) in demineralized water (6.83 g) to obtain a rhodium concentration of 10% by weight. Barium-hexa-aluminate obtained by the described method (30/80 mesh, 2.0 g) was immersed in the aforementioned aqueous solution (1.07 g). The resulting mixture was first mixed in a roller mill for 1 hour and then in a drum dryer for 1 hour. The resulting material was dried in a dryer by heating for 1 hour and maintained at a temperature of 120 o C for 5 hours, then calcined by heating for 5 hours and maintained at a temperature of 500 o C for 1 hour. The resulting catalyst contained 5.0 wt.% Rhodium.

Каталитическое частичное окисление
Изготовили реактор, содержащий прозрачную сапфировую трубку, установленную концентрично внутри наружной прозрачной поликарбонатовой трубки. Родийсодержащий катализатор, приготовленный описанным способом, загрузили в сапфировую трубку и удерживали в ней в форме неподвижного слоя частиц катализатора, имеющего извилистость 1,5. Метан и кислород в достаточном количестве для получения отношения содержания кислорода к углероду 0,59 тщательно смешали до ввода в реактор для контакта с неподвижным слоем катализатора. Смесь метана и кислорода подавали в реактор под давлением 5 бар и при часовой объемной скорости газа (GHSV) 1240000 нор.л/кг/ч. Рабочую температуру в слое катализатора измеряли посредством оптической пирометрии. Состав газовой смеси, оставляющей реактор, измеряли газовой хроматографией. Определили конверсию и избирательность способа для окиси углерода и водорода (на основе превращенного метана). Рабочие условия реактора и результаты эксперимента представлены в таблице 1.
Catalytic partial oxidation
A reactor was made containing a transparent sapphire tube mounted concentrically inside the outer transparent polycarbonate tube. The rhodium-containing catalyst prepared by the described method was loaded into a sapphire tube and held therein in the form of a fixed layer of catalyst particles having a sinuosity of 1.5. A sufficient amount of methane and oxygen to obtain an oxygen to carbon ratio of 0.59 was thoroughly mixed before being introduced into the reactor for contact with a fixed catalyst bed. A mixture of methane and oxygen was fed into the reactor under a pressure of 5 bar and at a gas hourly space velocity (GHSV) of 1240000 normal liters / kg / h. The operating temperature in the catalyst bed was measured by optical pyrometry. The composition of the gas mixture leaving the reactor was measured by gas chromatography. The conversion and selectivity of the method for carbon monoxide and hydrogen (based on converted methane) were determined. The operating conditions of the reactor and the experimental results are presented in table 1.

Пример 2
Приготовление катализатора
Водный раствор, содержащий хлорид родия, приготовили как описано в примере 1. Раствор содержал родий в количестве 10 мас.%. Экструдаты альфа-окиси алюминия (имеются в продаже как поставляемые фирмой Энгельхард в измельченной форме до размера 30/80 меш, 10,0 грамм) погрузили в упомянутый раствор (5,33 г). Полученную смесь сначала перемешивали в валковой мельнице в течение 1 часа и затем в течение 1 часа в барабанной сушилке. Полученный материал сушили в сушилке путем нагрева в течение 1 часа, поддерживали при температуре 120oC 5 часов, затем прокаливали нагревом в течение 5 часов и поддерживали при температуре 500oC в течение 1 часа. Полученный катализатор содержал 5,0 мас.% родия.
Example 2
Catalyst Preparation
An aqueous solution containing rhodium chloride was prepared as described in Example 1. The solution contained rhodium in an amount of 10% by weight. Alpha alumina extrudates (commercially available as supplied by the company Engelhard in crushed form to a size of 30/80 mesh, 10.0 grams) were immersed in the above solution (5.33 g). The resulting mixture was first stirred in a roller mill for 1 hour and then for 1 hour in a drum dryer. The resulting material was dried in a dryer by heating for 1 hour, maintained at a temperature of 120 ° C. for 5 hours, then calcined by heating for 5 hours and maintained at a temperature of 500 ° C. for 1 hour. The resulting catalyst contained 5.0 wt.% Rhodium.

Каталитическое частичное окисление
Катализатор, приготовленный как описано, загрузили в устройство и испытывали на активность при частичном окислении метана, при этом применяли способ, описанный в примере 1. Рабочие условия реактора и результаты эксперимента представлены в таблице 1.
Catalytic partial oxidation
The catalyst prepared as described was loaded into the device and tested for activity in the partial oxidation of methane, using the method described in example 1. The operating conditions of the reactor and the experimental results are presented in table 1.

Пример 3
Катализатор, содержащий 5,0 мас.% родия на подложке из барий - гекса - алюмината, приготовили как описано в примере 1. Катализатор загрузили в устройство и испытывали на активность в каталитическом частичном окислении метана, при этом применяли в общем тот же способ, который описан в примере 1. Рабочие условия реактора и результаты эксперимента представлены в таблице 2.
Example 3
A catalyst containing 5.0 wt.% Rhodium on a barium-hexa-aluminate substrate was prepared as described in Example 1. The catalyst was loaded into a device and tested for activity in the catalytic partial oxidation of methane, using the same method as the general method. described in example 1. The operating conditions of the reactor and the experimental results are presented in table 2.

Пример 4
Приготовление катализатора
Цирконат лантана (La2Zr2O7) приготовили следующим способом. Нитрат лантана (La(NO3)3 • 6H2O, 27,07 г) и хлорокись циркония (ZrOCl2 • 8H2O, 20,14 г) растворили в деминерализованной воде (200 мл). В полученный раствор добавили лимонную кислоту (30 г). Полученную смесь нагрели для испарения растворителя, при этом остался твердый материал в форме осадка. Твердый материал высушили путем нагрева до температуры 700oC в течение 5 часов и поддерживали при этой температуре в течение 2 часов. Наконец, твердый материал нагревали 5 часов при температуре 1100oC.
Example 4
Catalyst Preparation
Lanthanum zirconate (La 2 Zr 2 O 7 ) was prepared as follows. Lanthanum nitrate (La (NO 3 ) 3 • 6H 2 O, 27.07 g) and zirconium chloride (ZrOCl 2 • 8H 2 O, 20.14 g) were dissolved in demineralized water (200 ml). Citric acid (30 g) was added to the resulting solution. The resulting mixture was heated to evaporate the solvent, while solid material remained in the form of a precipitate. The solid material was dried by heating to a temperature of 700 o C for 5 hours and maintained at this temperature for 2 hours. Finally, the solid material was heated for 5 hours at a temperature of 1100 o C.

Водный раствор, содержащий хлорид родия, приготовили как описано в примере 1. Раствор содержал родий в количестве 10 мас.%. Цирконат лантана, полученный описанным способом, (1,4 г) загрузили в упомянутый раствор (1,7 мл). Полученную смесь перемешивали сначала в валковой мельнице 1 час и после этого в барабанной сушилке в течение 1 часа. Полученный материал сушили в сушилке путем нагрева в течение 1 часа, поддерживали при температуре 120oC в течение 5 часов, прокаливали нагревом в течение 5 часов и выдерживали при температуре 500oC в течение 1 часа. Полученный катализатор содержал 5,0 мас. % родия.An aqueous solution containing rhodium chloride was prepared as described in Example 1. The solution contained rhodium in an amount of 10% by weight. Lanthanum zirconate obtained by the described method (1.4 g) was loaded into the above solution (1.7 ml). The resulting mixture was first mixed in a roller mill for 1 hour and then in a drum dryer for 1 hour. The resulting material was dried in a dryer by heating for 1 hour, maintained at a temperature of 120 o C for 5 hours, calcined by heating for 5 hours and kept at a temperature of 500 o C for 1 hour. The resulting catalyst contained 5.0 wt. % rhodium.

Каталитическое частичное окисление
Приготовленный описанным способом катализатор загрузили в устройство и испытывали на активность в частичном окислении метана с использованием способа, описанного в примере 1. Рабочие условия реактора и результаты эксперимента представлены в таблице 2.
Catalytic partial oxidation
The catalyst prepared by the described method was loaded into the device and tested for activity in the partial oxidation of methane using the method described in example 1. The operating conditions of the reactor and the experimental results are presented in table 2.

Пример 5
Катализатор, содержащий 5,0 мас. % родия на подложке из альфа-окиси алюминия, приготовили как описано в примере 2. Катализатор загрузили в устройство и испытывали на активность в каталитическом частичном окислении метана, при этом применяли в общем тот же способ, что и в примере 1. Рабочие условия реактора и результаты эксперимента представлены в таблице 2.
Example 5
The catalyst containing 5.0 wt. % rhodium on an alpha alumina support was prepared as described in Example 2. The catalyst was loaded into the device and tested for activity in the catalytic partial oxidation of methane, using the same general method as in Example 1. The operating conditions of the reactor and the experimental results are presented in table 2.

Claims (13)

1. Способ каталитического частичного окисления метансодержащего исходного сырья, включающий контактирование смеси исходного сырья и кислородсодержащего газа при отношении содержания кислорода к углероду в пределах 0,3 - 0,8 при температуре свыше 900oC и повышенном давлении с катализатором, содержащим металл, выбранный из группы VIII Периодической таблицы элементов, который поддерживается на окиси огнеупорного материала, имеющей по меньшей мере два катиона, отличающийся тем, что контактирование смеси исходного сырья и кислородсодержащего газа с катализатором ведут при объемной скорости от 500000 до 30000000 нл/кг/ч.1. A method for the catalytic partial oxidation of a methane-containing feedstock, comprising contacting a mixture of feedstock and an oxygen-containing gas with an oxygen to carbon ratio in the range of 0.3 - 0.8 at a temperature above 900 ° C and elevated pressure with a catalyst containing a metal selected from group VIII of the Periodic table of the elements, which is supported on oxide refractory material having at least two cations, characterized in that the contacting of the mixture of the feedstock and oxygen-containing g for the catalyst is carried out at a space velocity of from 500,000 to 30,000,000 Nl / kg / h. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что метансодержащее исходное сырье включает в себя метан в количестве по меньшей мере 50 об.%, предпочтительно по меньшей мере 80% по объему. 2. The method according to claim 1, characterized in that the methane-containing feedstock includes methane in an amount of at least 50 vol.%, Preferably at least 80% by volume. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что метансодержащим исходным сырьем является природный газ или соответствующий газ. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the methane-containing feedstock is natural gas or the corresponding gas. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что смесь включает в себя метансодержащее сырье и кислородсодержащий газ в количестве, достаточном для получения отношения кислорода к углероду в пределах 0,45 - 0,75, предпочтительно 0,45 - 0,65. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the mixture includes methane-containing raw materials and oxygen-containing gas in an amount sufficient to obtain an oxygen to carbon ratio in the range 0.45 - 0.75, preferably 0.45 - 0.65. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что смесь контактируют с катализатором под давлением в интервале до 150 бар, предпочтительно в интервале 5 - 100 бар, а лучше 10 - 75 бар. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the mixture is contacted with the catalyst under pressure in the range of up to 150 bar, preferably in the range of 5 - 100 bar, and preferably 10 - 75 bar. 6. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что смесь контактируют с катализатором при температуре в интервале 1000 - 1300oC, предпочтительно 1000 - 1200oC.6. The method according to any preceding paragraph, characterized in that the mixture is contacted with a catalyst at a temperature in the range of 1000 - 1300 o C, preferably 1000 - 1200 o C. 7. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что металлом, выбранным из группы VIII Периодической таблицы элементов, является рутений, родий, палладий, осмий, иридий или платина, причем предпочтителен рутений, родий или иридий. 7. The method according to any preceding paragraph, characterized in that the metal selected from group VIII of the Periodic Table of the Elements is ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium or platinum, with ruthenium, rhodium or iridium being preferred. 8. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что огнеупорная окись представляет собой двойную или тройную окись, предпочтительно двойную окись. 8. The method according to any preceding paragraph, characterized in that the refractory oxide is a double or triple oxide, preferably a double oxide. 9. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что огнеупорная окись содержит два или больше катионов, причем каждый выбран из групп IA, IIA, IIIA, IIIB и IVA и переходных металлов, предпочтительно из групп IA, IIA, IIIA, IIIB, IVA и IVB и лантанидов. 9. The method according to any preceding paragraph, characterized in that the refractory oxide contains two or more cations, each selected from groups IA, IIA, IIIA, IIIB and IVA and transition metals, preferably from groups IA, IIA, IIIA, IIIB, IVA and IVB and lanthanides. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что огнеупорная окись содержит один катион, выбранный из групп IA, IIA и IIIB, и по меньшей мере один катион, выбранный из групп IIIA, IVA и IVB, причем предпочтительно один катион - из группы IIA или IIIB и по меньшей мере один катион - из группы IIIA или IIB. 10. The method according to claim 9, characterized in that the refractory oxide contains one cation selected from groups IA, IIA and IIIB, and at least one cation selected from groups IIIA, IVA and IVB, and preferably one cation from the group IIA or IIIB and at least one cation is from group IIIA or IIB. 11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что огнеупорная окись содержит двойную окись бария и алюминия или двойную окись лантана и циркония. 11. The method according to p. 10, characterized in that the refractory oxide contains a double oxide of barium and aluminum or a double oxide of lanthanum and zirconium. 12. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что катализатор удерживают в устройстве с неподвижным слоем, причем устройство с неподвижным слоем имеет высокую извилистость, более предпочтительно в интервале от 1,1 до 5,0. 12. The method according to any preceding paragraph, characterized in that the catalyst is held in a device with a fixed layer, and the device with a fixed layer has a high tortuosity, more preferably in the range from 1.1 to 5.0. 13. Смесь окиси углерода и водорода, отличающаяся тем, что она получена способом согласно пп.1 - 12. 13. A mixture of carbon monoxide and hydrogen, characterized in that it is obtained by the method according to claims 1 to 12.
RU94030235/25A 1993-08-24 1994-08-23 Method for catalytic partial oxidation of hydrocarbons RU2137702C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP93202478 1993-08-24
EP93202478.9 1993-08-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94030235A RU94030235A (en) 1996-07-10
RU2137702C1 true RU2137702C1 (en) 1999-09-20

Family

ID=8214059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94030235/25A RU2137702C1 (en) 1993-08-24 1994-08-23 Method for catalytic partial oxidation of hydrocarbons

Country Status (15)

Country Link
JP (1) JPH07309601A (en)
KR (1) KR950005961A (en)
CN (1) CN1106357A (en)
AT (1) ATE173233T1 (en)
AU (1) AU671232B2 (en)
BR (1) BR9403321A (en)
CA (1) CA2129798C (en)
CO (1) CO4410399A1 (en)
DE (1) DE69414494T2 (en)
DZ (1) DZ1807A1 (en)
NO (1) NO943107L (en)
NZ (1) NZ264173A (en)
RU (1) RU2137702C1 (en)
SG (1) SG47038A1 (en)
ZA (1) ZA946353B (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478565C2 (en) * 2008-06-16 2013-04-10 Осака Гэс Ко., Лтд. Method of operating ruthenium-catalyst reactor
RU2495914C2 (en) * 2008-06-20 2013-10-20 ДжиТиЭлПЕТРОЛ ЭлЭлСи Apparatus and methods of processing hydrogen and carbon monoxide
RU2556671C2 (en) * 2009-12-16 2015-07-10 Эни С.П.А. Method of obtaining hydrogen based on liquid hydrocarbons, gaseous hydrocarbons and/or oxygen-containing compounds, including those obtained from biomass

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9806199D0 (en) * 1998-03-24 1998-05-20 Johnson Matthey Plc Catalytic generation of hydrogen

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5348717A (en) * 1993-05-11 1994-09-20 Exxon Research & Engineering Co. Synthesis gas from particulate catalysts, and admixtures of particulate catalysts and heat transfer solids

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478565C2 (en) * 2008-06-16 2013-04-10 Осака Гэс Ко., Лтд. Method of operating ruthenium-catalyst reactor
RU2495914C2 (en) * 2008-06-20 2013-10-20 ДжиТиЭлПЕТРОЛ ЭлЭлСи Apparatus and methods of processing hydrogen and carbon monoxide
RU2556671C2 (en) * 2009-12-16 2015-07-10 Эни С.П.А. Method of obtaining hydrogen based on liquid hydrocarbons, gaseous hydrocarbons and/or oxygen-containing compounds, including those obtained from biomass

Also Published As

Publication number Publication date
CN1106357A (en) 1995-08-09
NO943107L (en) 1995-02-27
JPH07309601A (en) 1995-11-28
NO943107D0 (en) 1994-08-23
DZ1807A1 (en) 2002-02-17
DE69414494T2 (en) 1999-05-20
NZ264173A (en) 1995-09-26
AU671232B2 (en) 1996-08-15
CA2129798C (en) 2005-06-07
KR950005961A (en) 1995-03-20
AU7032894A (en) 1995-03-09
DE69414494D1 (en) 1998-12-17
SG47038A1 (en) 1998-03-20
ZA946353B (en) 1995-03-22
BR9403321A (en) 1995-04-11
CA2129798A1 (en) 1995-02-25
RU94030235A (en) 1996-07-10
CO4410399A1 (en) 1997-01-09
ATE173233T1 (en) 1998-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0640561B1 (en) Process for the catalytic partial oxidation of hydrocarbons
AU767267B2 (en) Nickel-rhodium based catalysts and process for preparing synthesis gas
AU2001290617C1 (en) Lanthanide-promoted rhodium catalysts and process for producing synthesis gas
RU2132299C1 (en) Method of catalytic partial oxidation of hydrocarbon raw, method of synthesis of carbon monoxide and hydrogen from hydrocarbon raw, carbon monoxide and hydrogen
US5510056A (en) Process for the catalytic partial oxidation of hydrocarbons
AU743727B2 (en) Catalytic partial oxidation with a rhodium-iridium alloy catalyst
RU2154015C2 (en) Method of partial catalytic oxidation of hydrocarbons
JP3514826B2 (en) Method for catalytic partial oxidation of hydrocarbons
AU2001290617A1 (en) Lanthanide-promoted rhodium catalysts and process for producing synthesis gas
US20030045423A1 (en) Supported rhodium-lanthanide based catalysts and process for producing synthesis gas
US5989457A (en) Process for the production of synthesis gas
RU2136581C1 (en) Method of preparing carbon monoxide and hydrogen
RU2137702C1 (en) Method for catalytic partial oxidation of hydrocarbons

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20030824