RU2141383C1

RU2141383C1 - Method of preparation of hydrocarbon conversion catalyst

Info

Publication number: RU2141383C1
Application number: RU98113591A
Authority: RU
Inventors: С.Ф. Тихов; В.А. Садыков; В.Ю. Кругляков; С.Н. Павлова; А.С. Иванова; Ю.В. Потапова
Original assignee: Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 1999-11-20

Abstract

FIELD: technical chemistry, particularly, methods of preparation of catalysts for conversion of methane and other hydrocarbons by steam or carbon dioxide in production of synthesis gas containing CO and H₂. SUBSTANCE: catalyst is made in form of catalytic tube whose wall is coated with catalytic layer including preceding compounds in form of solution of salts applied to tube wall and forming during calcination of reducible and nonreducible oxides. Preceding compounds are used in form of powdery substances which consist of nonvolatile, nonsoluble, or low soluble compounds of transition metals of period 4 of Periodic table, or their mixtures, and/or rare-earth metals, or their mixtures, and /or zirconium, and/or alkali-earth elements, and/or their mixtures, and/or platinum metals, or their mixtures, and aluminium, or various combinations of all individual, or mixed compounds of above-mentioned elements. Process of preparation of catalytic layer includes mixing of powders, their arrangement in molding device permeable for gaseous substances together with metal tube, treatment in oxidizing and/or damp atmosphere of molding device together with powdery components and metal tube with subsequent withdrawal of article in form of tube with catalytic layer, its drying and calcination. In this case, catalytic layer presence highly porous thick-layered self-adhesion coating 0.6-10.0 mm thick, applied to external or internal surface of tube. EFFECT: increased activity and stability of catalytic layer, reduced material content of catalytic element and its simplified preparation. 9 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к области технической химии, а именно к способу приготовления катализатора конверсии метана и других углеводородов водяным паром или двуокисью углерода при производстве синтез-газа, содержащего CO и H₂.The present invention relates to the field of technical chemistry, and in particular to a method for preparing a catalyst for the conversion of methane and other hydrocarbons with water vapor or carbon dioxide in the production of synthesis gas containing CO and H ₂ .

Известно, что процесс конверсии более эффективен при высоких (800-850^oC) температурах, когда равновесие максимально смещено в сторону образования CO и водорода и минимально - в сторону зауглероживания катализаторов (образования кокса). Кроме того, процесс конверсии идет с поглощением тепла, то есть является эндотермическим. Среди конструкций конвертеров наиболее распространен трубчатый тип. Катализатор конверсии в виде гранул или колец загружают в трубы, в которых и осуществляется процесс конверсии углеводородов. Снаружи к поверхности труб обычно путем некаталитического сжигания углеводородов подводится тепло, выделяющееся в экзотермическом процессе полного окисления.It is known that the conversion process is more efficient at high (800-850 ^o C) temperatures, when the equilibrium is maximally biased towards the formation of CO and hydrogen and minimally towards carbonization of the catalysts (coke formation). In addition, the conversion process proceeds with the absorption of heat, that is, it is endothermic. Among the designs of converters, the tubular type is the most common. The conversion catalyst in the form of granules or rings is loaded into pipes, in which the hydrocarbon conversion process is carried out. Outside, heat released in the exothermic process of complete oxidation is usually supplied to the surface of the pipes by non-catalytic combustion of hydrocarbons.

Составы и способы приготовления катализаторов конверсии должны обеспечивать высокую активность, термостабильность, низкую закоксовываемость катализаторов [А.С. СССР N 1502078, М.кл.⁴ B 01 J 37/04, Б.И. 31, 1989; патент США N 5134109, М. кл. ⁵ B 01 J 21/06, 1992; EP N 0503653, М.кл.⁵ B 01 J 23/56, 1992]. Однако этих свойств недостаточно для оптимизации процессов конверсии. Важной характеристикой является низкое газодинамическое сопротивление слоя катализатора в трубках, что позволяет снизить расходы на прокачивание газов через реактор. Также важным является увеличение теплообмена между внешней трубой и катализатором, что позволяет снизить теплопотери.The compositions and methods for the preparation of conversion catalysts should provide high activity, thermal stability, low coking properties of the catalysts [A.S. USSR N 1502078, M.cl. ⁴ B 01 J 37/04 B.I. 31, 1989; US patent N 5134109, M. cl. ⁵ B 01 J 21/06, 1992; EP N 0503653, M.C. ⁵ B 01 J 23/56, 1992]. However, these properties are not enough to optimize conversion processes. An important characteristic is the low gas-dynamic resistance of the catalyst layer in the tubes, which reduces the cost of pumping gases through the reactor. It is also important to increase the heat transfer between the outer pipe and the catalyst, which reduces heat loss.

Так, в [Патент США N 4337178, М.кл.³ B 01 J 21/04, 1982] использовали кольца с перегородками на основе огнеупорных оксидов при отношении высоты кольца к внутреннему диаметру не более чем 4:1. Активный компонент наносили на поверхность колец в виде тонкого слоя. Однако при хаотической засыпке каталитического слоя его газодинамическое сопротивление снижается несущественно. Кроме того, при случайном инициировании процесса зауглероживания возможно быстрое закупоривание и выход из строя отдельных труб, что снижает активность реактора в целом.So, in [US Patent N 4337178, M.CL. ³ B 01 J 21/04, 1982] used rings with baffles based on refractory oxides with a ratio of ring height to inner diameter of not more than 4: 1. The active component was applied to the surface of the rings as a thin layer. However, with a chaotic filling of the catalytic layer, its gas-dynamic resistance decreases insignificantly. In addition, with the accidental initiation of the carburization process, rapid clogging and failure of individual pipes is possible, which reduces the activity of the reactor as a whole.

Использование носителя для катализаторов конверсии в виде трубок или сотовых структур с активным компонентом на поверхности позволяет существенно снизить газодинамическое сопротивление каталитического слоя. Так, в [Патент Великобритании N 2188251, М.кл.⁴ B 01 J 37/02; 1987] описан способ приготовления катализатора, включающий разбрызгивание в плазме порошка на непористый субстрат. При этом катализатор состоит из носителя (субстрата) и каталитического покрытия. Каталитическое покрытие включает "активный компонент", который содержит по меньшей мере один из следующих элементов (Mo, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Rh, lr, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au) и "керамический оксид", который содержит по меньшей мере один из следующих элементов (Hf, Pb, Zr, Ce, Ti, Nb, Ta, Sn, In, Si, Al, La, Th, Mg, Sr, P, Ba). Составы покрытия и его толщина в патенте детально не описаны и не патентуются. Однако в примерах описаны катализаторы, содержащие (вес.% покрытия): NiO - 54-66; NiAl₂O₄ - 23; Ni⁰ - 11-23 при толщине покрытия 20-50 мкм. При максимальной плотности покрытия; 8 г/см² (плотность NiO - 7,5; а Ni⁰ - 8,9) и толщине слоя - 50 мкм - максимальная концентрация элементов на единицу геометрической поверхности не превысит для никеля - 0,04; а для алюминия - 0,003 г/см². Данный катализатор, включающий субстрат и собственно "каталитическое покрытие", помещается в виде трубок или скрученных пластин внутрь трубы конвертера. При таком размещении катализатора невозможно обеспечить хороший механический и тепловой контакт между катализатором и трубой конвертера и, следовательно, эффективный подвод тепла к катализатору.The use of a support for conversion catalysts in the form of tubes or honeycomb structures with an active component on the surface can significantly reduce the gas-dynamic resistance of the catalytic layer. So, in [British Patent N 2188251, M.cl. ⁴ B 01 J 37/02; 1987] describes a method for preparing a catalyst, comprising spraying a plasma powder onto a non-porous substrate. In this case, the catalyst consists of a carrier (substrate) and a catalytic coating. The catalytic coating includes an “active component” that contains at least one of the following elements (Mo, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Rh, lr, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au) and "ceramic oxide", which contains at least one of the following elements (Hf, Pb, Zr, Ce, Ti, Nb, Ta, Sn, In, Si, Al, La, Th, Mg, Sr, P, Ba) . The composition of the coating and its thickness in the patent are not described in detail or patented. However, in the examples described catalysts containing (wt.% Coverage): NiO - 54-66; NiAl ₂ O ₄ - 23; Ni ⁰ - 11-23 with a coating thickness of 20-50 microns. At maximum coating density; 8 g / cm ² (the density of NiO is 7.5; and Ni ⁰ is 8.9) and the layer thickness is 50 μm — the maximum concentration of elements per unit of geometric surface will not exceed 0.04 for nickel; and for aluminum - 0.003 g / cm ² . This catalyst, including the substrate and the actual "catalytic coating", is placed in the form of tubes or twisted plates inside the converter tube. With this arrangement of the catalyst, it is impossible to provide good mechanical and thermal contact between the catalyst and the converter pipe and, therefore, efficient heat supply to the catalyst.

Известны конструкции каталитических элементов, с хорошим контактом между катализатором и металлической трубкой. Так в [Патент РФ. N 2062402, М.кл.⁶ F 23 D 14/18, Б.И. 17, 1996] описан каталитический элемент, содержащий трубку, на одну сторону которой нанесен катализатор (каталитическое покрытие). Однако эта трубка содержит отверстия в стенке и выполняет функции не газоразделения, а газораспределения.Known designs of catalytic elements, with good contact between the catalyst and the metal tube. So in [RF Patent. N 2062402, M.C. ⁶ F 23 D 14/18, B.I. 17, 1996] describes a catalytic element containing a tube, on one side of which a catalyst is applied (catalytic coating). However, this tube contains holes in the wall and performs the function of gas distribution rather than gas separation.

В [Патент США N 4019969, М.кл.² C 25 D 5/50, 1977], выбранном нами в качестве прототипа, описан способ приготовления "каталитической трубки" с нанесенным на внешнюю стенку каталитическим слоем, включающий электрохимическое нанесение губчатого металла на поверхность трубки и его пропитку растворами солей, которые после термообработки образуют, "керамический оксид", не восстанавливающийся в водороде, и "восстанавливающийся оксид", выполняющий функции активного компонента. Для такого каталитического элемента механический и тепловой контакты между катализатором и газоразделительной трубкой являются хорошими. Толщина каталитического слоя, описанного в прототипе, составляла 0,5-0,6 мм, а удельная поверхность - 10-15 м²/г. Способ приготовления катализатора по прототипу обладает рядом недостатков:
а) маленькая удельная поверхность (а следовательно - малая влагоемкость) не позволяют вводить большое количество активного компонента в пористый слой. Малое количество активного компонента у прототипа, сконцентрированное в тонком слое, не может обеспечить высокую активность и термостабильность катализатора при высоких (>550^oC) температурах. При длительной работе неизбежно взаимодействие активного компонента с субстратом, приводящее к дезактивации катализатора. Известно, что с уменьшением толщины подложки ресурс работы катализатора уменьшается [Патент США N 4771029, М.кл.⁴ B 01 J 24/04, 1988]. Таким образом, представленное в прототипе каталитическое покрытие является тонкослойным и "малопористым" (по терминологии [Патент США N 4046712, М.кл.² B 01 J 23/56, 21/04, 1977]);
б) конструкция прототипа не позволяет одновременно проводить две независимых каталитических реакции: реакцию каталитической конверсии и реакцию каталитического сжигания углеводородов, что может увеличить эффективность процесса в целом;
в) способ приготовления катализатора по прототипу включает нанесение на металлическую трубку губчатого металла, обеспечивающего хороший механический и тепловой контакт между трубкой и, собственно, катализатором. Однако эта стадия существенно увеличивает металлоемкость и усложняет процесс изготовления каталитического элемента.In [US Patent No. 4019969, M.C. ² C 25 D 5/50, 1977], which we selected as a prototype, describes a method for preparing a "catalytic tube" with a catalytic layer deposited on the outer wall, including the electrochemical deposition of sponge metal on the surface of the tube and its impregnation with salt solutions, which after heat treatment form , a "ceramic oxide" not being reduced in hydrogen, and a "reducing oxide" acting as an active component. For such a catalyst element, the mechanical and thermal contacts between the catalyst and the gas separation tube are good. The thickness of the catalytic layer described in the prototype was 0.5-0.6 mm, and the specific surface area was 10-15 m ² / g. The method of preparation of the catalyst for the prototype has several disadvantages:
a) a small specific surface (and therefore low moisture capacity) does not allow introducing a large amount of the active component into the porous layer. A small amount of the active component of the prototype, concentrated in a thin layer, cannot provide high activity and thermal stability of the catalyst at high (> 550 ^o C) temperatures. During prolonged operation, the interaction of the active component with the substrate is inevitable, leading to catalyst deactivation. It is known that with a decrease in the thickness of the substrate, the life of the catalyst decreases [US Patent N 4771029, M.cl. ⁴ B 01 J 24/04, 1988]. Thus, the catalytic coating presented in the prototype is thin-layer and "low-porous" (according to the terminology [US Patent N 4046712, Mcl ² B 01 J 23/56, 21/04, 1977]);
b) the prototype design does not allow simultaneous two independent catalytic reactions: the catalytic conversion reaction and the catalytic combustion of hydrocarbons, which can increase the efficiency of the process as a whole;
C) the method of preparing the catalyst according to the prototype includes applying a sponge metal to a metal tube, which provides good mechanical and thermal contact between the tube and, in fact, the catalyst. However, this stage significantly increases the metal consumption and complicates the manufacturing process of the catalytic element.

Изобретение решает задачу увеличения активности и стабильности каталитического слоя, снижения материалоемкости каталитического элемента, упрощения его изготовления. The invention solves the problem of increasing the activity and stability of the catalytic layer, reducing the material consumption of the catalytic element, simplifying its manufacture.

Задача решается:
а) за счет использования в качестве соединения предшественника порошкообразных веществ, состоящих из нелетучих, малорастворимых или нерастворимых соединений; при этом каталитический слой представляет собой толстослойное, высокопористое, самозакрепляющееся покрытие, которое наносится на одну из сторон непористой металлической трубки;
б) за счет размещения порошка в формовочном устройстве вместе с трубкой, обработкой формовочного устройства в окислительной и/или влажной среде, извлечением полученного изделия из формовочного устройства, его сушкой и прокаливанием;
в) нанесения вышеупомянутого покрытия не только на одну сторону (внешнюю или внутреннюю) трубки для проведения каталитического процесса конверсии, но и на другую (соответственно, внутреннюю или внешнюю), для одновременного проведения каталитического процесса полного окисления. В этом случае не только процесс потребления тепла за счет конверсии, но и процесс сжигания топлива (выделения тепла) будет локализован непосредственно у стенки трубки. Это должно снижать теплопотери. При этом, концентрации элементов в каталитическом покрытии на единицу геометрической поверхности по меньшей мере одной из сторон субстрата достигают следующих величин (г/см²):
Переходных металлов или их смесей (М) - 0,04<М≤2,41
Редкоземельных элементов или их смесей (R) - 0<R≤1,88
Циркония - 0<Zr≤1,15
Щелочноземельных элементов (A) - 0<A≤1,35
Платиновых металлов (Me) - 0<Me≤0,121
Кроме того, в качестве связующего для активного компонента у предлагаемого катализатора используются соединения на основе алюминия, поэтому в состав каталитического покрытия входит алюминий в количестве 0,03≤Al≤3,11 г/см². Таким образом, по концентрации переходных элементов и алюминия на единицу геометрической поверхности субстрата предлагаемое изобретение существенно отличается от прототипа.The problem is solved:
a) due to the use as a precursor compound of powdered substances consisting of non-volatile, sparingly soluble or insoluble compounds; the catalytic layer is a thick layer, highly porous, self-fixing coating, which is applied to one side of a non-porous metal tube;
b) by placing the powder in the molding device together with the tube, processing the molding device in an oxidizing and / or humid environment, removing the resulting product from the molding device, drying and calcining it;
c) applying the aforementioned coating not only on one side (external or internal) of the tube for carrying out the catalytic conversion process, but also on the other (respectively, internal or external), for simultaneously carrying out the catalytic process of complete oxidation. In this case, not only the process of heat consumption due to conversion, but also the process of fuel combustion (heat generation) will be localized directly near the tube wall. This should reduce heat loss. Moreover, the concentration of elements in the catalytic coating per unit geometric surface of at least one of the sides of the substrate reaches the following values (g / cm ² ):
Transition metals or mixtures thereof (M) - 0.04 <M≤2.41
Rare earth elements or mixtures thereof (R) - 0 <R≤1.88
Zirconium - 0 <Zr≤1.15
Alkaline earth elements (A) - 0 <A≤1.35
Platinum Metals (Me) - 0 <Me≤0.121
In addition, aluminum-based compounds are used as a binder for the active component of the proposed catalyst, therefore, the composition of the catalytic coating includes aluminum in an amount of 0.03≤Al≤3.11 g / cm ² . Thus, the concentration of transition elements and aluminum per unit geometric surface of the substrate, the invention is significantly different from the prototype.

Под термином "высокопористое", в соответствии с [Патент США N 4046712, М. кл. ² B 01 J 23/56, 21/04, - 1977], подразумеваются покрытия с удельной поверхностью более 20 м²/г покрытия. Под термином "толстослойное" подразумеваются покрытия толщиной более 0,6 мм. Под термином "самозакрепляющееся" подразумеваются покрытия, способные существовать в виде механически прочных композитов (гранул, колец и т.п.) и без металлической (губчатой или трубчатой) основы. Поэтому каталитические элементы на основе трубок с самозакрепляющимися покрытиями не требуют в качестве дополнительной детали конструкции типа губчатого металла.Under the term "highly porous", in accordance with [US Patent No. 4046712, M. cl. ² B 01 J 23/56, 21/04, - 1977], coatings with a specific surface of more than 20 m ² / g of coating are meant. The term "thick-layer" refers to coatings with a thickness of more than 0.6 mm. The term "self-fixing" refers to coatings that can exist in the form of mechanically strong composites (granules, rings, etc.) and without a metal (sponge or tubular) base. Therefore, catalytic elements based on tubes with self-fixing coatings do not require sponge metal structures as an additional component.

Трубчатая основа в предлагаемом изобретении может быть изготовлена из любых металлов или сплавов, обладающих хорошей термостабильностью и теплопроводностью. Пористое каталитическое покрытие может быть нанесено на внутреннюю или внешнюю поверхность трубки, при этом соответственно меняется конструкция реактора, поскольку меняется место проведения экзотермического или эндотермического процесса. При нанесении каталитического покрытия на обе стороны трубки его состав, толщина и другие свойства могут быть одинаковыми или разными в зависимости от состава исходного сырья и условий проведения обоих процессов. Все элементы пористого покрытия могут быть распределены равномерно или неравномерно по слою, образовывать различные индивидуальные и смешанные соединения в различных сочетаниях друг с другом. Пористое покрытие может быть однофазного или многофазного состава. Оксидные или металл-оксидные соединения, входящие в состав каталитического покрытия, могут включать объемноцентрированные, гранецентрированные и др. структуры металлов или их сплавов, структуры шпинели, корунда, полуторных оксидов, рутила, перовскита, пирохлора и др., а также твердые растворы на основе указанных оксидов. В зависимости от состава и метода приготовления объем пор и их распределение по размерам могут изменяться в широких пределах. The tubular base in the present invention can be made of any metals or alloys with good thermal stability and thermal conductivity. A porous catalytic coating can be applied to the inner or outer surface of the tube, and the design of the reactor accordingly changes, since the location of the exothermic or endothermic process changes. When applying a catalytic coating on both sides of the tube, its composition, thickness, and other properties can be the same or different depending on the composition of the feedstock and the conditions of both processes. All elements of the porous coating can be distributed evenly or unevenly over the layer, to form various individual and mixed compounds in various combinations with each other. The porous coating may be single-phase or multiphase composition. Oxide or metal oxide compounds that make up the catalytic coating may include body-centered, face-centered and other structures of metals or their alloys, structures of spinel, corundum, sesquioxides, rutile, perovskite, pyrochlore, etc., as well as solid solutions based on specified oxides. Depending on the composition and method of preparation, the pore volume and their size distribution can vary widely.

Под "щелочноземельными элементами" подразумеваются элементы IIa группы Периодической таблицы. Под термином "переходные элементы" подразумеваются 3d элементы 4 периода Периодической таблицы. Термин "редкоземельные элементы" используется в широком смысле, подразумевая как 4f элементы, так и элементы побочной IIIb группы Периодической таблицы (La, Y). Под термином "платиновые металлы" подразумеваются переходные металлы 5 и 6 периодов семейства платины Периодической таблицы. By "alkaline earth elements" are meant elements of group IIa of the Periodic Table. The term "transition elements" means 3d elements of the 4th period of the Periodic Table. The term "rare earths" is used in a broad sense, meaning both 4f elements and elements of the side IIIb group of the Periodic Table (La, Y). By the term "platinum metals" is meant transition metals of the 5th and 6th periods of the platinum family of the Periodic Table.

Приготовление катализатора (каталитического элемента) на основе металлической трубки для глубокого окисления углеводородов и оксида углерода включает следующие стадии:
а) приготовление шихты, путем смешения порошкообразного алюминия с другими порошкообразными, нелетучими, металлическими, оксидными или другими компонентами;
б) размещение шихты и металлической трубки в формовочном устройстве;
в) обработку формовочного устройства водяным паром с образованием толстослойного, самозакрепленного покрытия на поверхности непористой основы;
г) извлечение полученного изделия из формовочного устройства, его сушка и прокаливание с образованием высокопористого покрытия;
д) в ряде случаев часть компонентов высокопористого слоя может быть введена методом пропитки полученного изделия с последующей сушкой и прокаливанием.The preparation of a catalyst (catalytic element) based on a metal tube for the deep oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide includes the following stages:
a) the preparation of the mixture by mixing powdered aluminum with other powdered, non-volatile, metal, oxide or other components;
b) placement of the charge and the metal tube in the molding device;
C) the processing of the molding device with water vapor with the formation of a thick layer, self-fixed coating on the surface of the non-porous base;
d) extracting the obtained product from the molding device, drying and calcining it with the formation of a highly porous coating;
d) in some cases, part of the components of the highly porous layer can be introduced by the method of impregnation of the obtained product with subsequent drying and calcination.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Порошок алюминия смешивают с порошком оксида никеля, размещают в формовочном устройстве между трубкой из нержавстали и стенкой формовочного устройства, обрабатывают паром, извлекают полученное изделие извлекают из формовочного устройства, сушат и прокаливают. Полученный каталитический элемент, содержит высокопористое покрытие толщиной 10 мм состава Al_xNi_aO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 20 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,91; Ni - 2,41; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля.The invention is illustrated by the following examples:
Example 1. The aluminum powder is mixed with nickel oxide powder, placed in a molding device between a stainless steel tube and the wall of the molding device, steam treated, the resulting product is removed, removed from the molding device, dried and calcined. The obtained catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 10 mm of composition Al _x Ni _a O _y on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 20 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0.91; Ni - 2.41; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel.

Пример 2. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что порошкообразную шихту размещают внутри каталитической трубки, а каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 10 мм состава Al_xNi_aO_y на внутренней поверхности трубки из нержавстали диаметром 30 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 3,11; Ni - 0,22; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля.Example 2. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the powder mixture is placed inside the catalytic tube, and the catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 10 mm Al _x Ni _a O _y on the inner surface of the stainless steel tube with a diameter of 30 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 3.11; Ni 0.22; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel.

Пример 3. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды никеля, хрома, лантана, церия, а обработку формовочного устройства - проводят на воздухе. Полученный каталитический элемент, содержит пористое покрытие толщиной 10 мм, состава Al_xNi_aCr _b-α La_cCe_d-β O_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 10 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,56; Ni - 0,06; Cf - 0,05; La - 1,08; Ce - 0,80; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля, величинами b, c, d, α,β.
Пример 4. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды никеля и циркония. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 10 мм состава Al_xNi_aZi_cO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 8 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,58; Ni - 0,15; Zr - 1,15; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля, величиной с.Example 3. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of nickel, chromium, lanthanum, cerium, and the processing of the molding device is carried out in air. The obtained catalytic element contains a porous coating with a thickness of 10 mm, composition Al _x Ni _a Cr _b-α La _c Ce _d-β O _y on the outer surface of the stainless steel tube with a diameter of 10 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface of the tube (g / cm ² ): Al - 0.56; Ni is 0.06; Cf 0.05; La - 1.08; Ce - 0.80; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel, and the quantities b, c, d, α, β.
Example 4. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of Nickel and zirconium. The resulting catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 10 mm Al _x Ni _a Zi _c O _y on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 8 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0.58; Ni is 0.15; Zr 1.15; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel, the value of c.

Пример 5. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды никеля и бария, трубка состоит из керамического материала. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 10 мм состава Al_xNi_aBa_dO_y на внешней поверхности керамической трубки диаметром 6 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,52; Ni - 0,12; Ba - 1,35; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля, величиной d.Example 5. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of nickel and barium, the tube consists of a ceramic material. The resulting catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 10 mm of composition Al _x Ni _a Ba _d O _y on the outer surface of the ceramic tube with a diameter of 6 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface of the tube (g / cm ² ): Al - 0.52; Ni is 0.12; Ba - 1.35; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel, d value.

Пример 6. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав входят оксиды никеля, лантана, циркония. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 2 мм состава Al_xNi_aLa_bZr_cO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 8 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,22; Ni - 0,22; La - 0,04: Zr - 0,08; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля, величинами b и c.Example 6. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition includes oxides of nickel, lanthanum, zirconium. The obtained catalytic element contains a highly porous coating 2 mm thick of Al _x Ni _a La _b Zr _c O _y composition on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 8 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0.22 ; Ni 0.22; La - 0.04: Zr - 0.08; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel, and b and c.

Пример 7. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды церия, лантана, кальция. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие, толщиной 0,6 мм, состава Al_xCo_aLa_bCa_dO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали, диаметром 6 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,03; Co - 0,05; La - 0,04; Ca 0,01; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и кобальта, величинами b и d.Example 7. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of cerium, lanthanum, calcium. The resulting catalytic element contains a highly porous coating, 0.6 mm thick, of the composition Al _x Co _a La _b Ca _d O _y on the outer surface of the stainless steel tube, 6 mm in diameter at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0.03; Co - 0.05; La - 0.04; Ca 0.01; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and cobalt, the values of b and d.

Пример 8. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды никеля, лантана, циркония, кальция, бария. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 2 мм состава Al_xNi_aLa_bZr_dCa_e Ba_e-aO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 8 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,26; Ni - 0,18; La - 0,04; Zr - 0,06; Ca - 0,01; Ba - 0,01; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля, величинами b, d, e, α.Example 8. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of nickel, lanthanum, zirconium, calcium, barium. The resulting catalyst element comprises a highly porous coating having a thickness of 2 mm the composition _{_{_{_{Al x Ni a La b Zr d}}}} Ca e Ba ea O y on the outer surface of the tube made of stainless steel with a diameter of 8 mm at the following concentrations elements coating per unit surface of the tube (g / cm ^2): Al - 0.26; Ni is 0.18; La - 0.04; Zr 0.06; Ca - 0.01; Ba is 0.01; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel, and the quantities b, d, e, and α.

Пример 9. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды циркония, а рутений вводится в каталитический элемент методом пропитки. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 10 мм состава Al_xZr_cRu_eO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 8 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,85; Zr - 0,81; Ru - 0,121; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия, величинами c и e.Example 9. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes zirconium oxides, and ruthenium is introduced into the catalytic element by impregnation. The resulting catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 10 mm Al _x Zr _c Ru _e O _y on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 8 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0.85; Zr 0.81; Ru - 0.121; the oxygen concentration is determined by the degree of oxidation of aluminum, the values of c and e.

Пример 10. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды никеля и циркония, а родий вводится в каталитический элемент методом пропитки. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 2 мм состава Al_xNi_aZr_cRh_eO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 8 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,24; Ni - 0,06; Zr - 0,25; Rh - 0,004; ; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля, величинами c и e.Example 10. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of nickel and zirconium, and rhodium is introduced into the catalytic element by impregnation. The obtained catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 2 mm Al _x Ni _a Zr _c Rh _e O _y on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 8 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0.24 ; Ni is 0.06; Zr 0.25; Rh — 0.004; ; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel, and c and e.

Пример 11. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды никеля, хрома, церия, стронция, а рутений вводится в каталитический элемент методом пропитки. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 2 мм состава Al_xNi_aCr

Ce_bSr_dRu_eO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 30 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,23; Ni - 0,16; Cr - 0,08; Ce - 0,04; Zr - 0,02; Sr - 0,03; Ru - 0,008; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия и никеля, величинами a, b, d, e, α.Example 11. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of nickel, chromium, cerium, strontium, and ruthenium is introduced into the catalytic element by impregnation. The resulting catalyst element contains a highly porous coating with a thickness of 2 mm of the composition Al _x Ni _a Cr

Ce _b Sr _d Ru _e O _y on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 30 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface of the tube (g / cm ² ): Al - 0.23; Ni is 0.16; Cr 0.08; Ce - 0.04; Zr 0.02; Sr 0.03; Ru - 0.008; the oxygen concentration is determined by the oxidation state of aluminum and nickel, the values of a, b, d, e, α.

Пример 12. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды лантана, стронция циркония, а рутений вводится в каталитический элемент методом пропитки. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 8 мм состава Al_xLa_bZr_cSr_dRu_eO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 40 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,29; La - 0,06; Zr - 0,05; Sr - 0,01; Ru - 0,012; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия, величинами b, с, d, e.Example 12. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of lanthanum, strontium zirconium, and ruthenium is introduced into the catalytic element by impregnation. The obtained catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 8 mm Al _x La _b Zr _c Sr _d Ru _e O _y on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 40 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0 , 29; La - 0.06; Zr 0.05; Sr - 0.01; Ru - 0.012; the oxygen concentration is determined by the degree of oxidation of aluminum, the values of b, c, d, e.

Пример 13. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что в состав порошкообразной шихты входят оксиды иттрия, циркония, а родий и рутений вводят в каталитический элемент методом пропитки. Полученный каталитический элемент содержит высокопористое покрытие толщиной 2 мм состава Al_xY_bZr_cRh_eRu_e-aO_y на внешней поверхности трубки из нержавстали диаметром 40 мм при следующих концентрациях элементов покрытия на единицу поверхности трубки (г/см²): Al - 0,34; Y - 0,08; Zr - 0,03; Rh - 0,012; Ru - 0,006; концентрация кислорода определяется степенью окисления алюминия, величинами d, с, e, α.Example 13. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the composition of the powder mixture includes oxides of yttrium, zirconium, and rhodium and ruthenium are introduced into the catalytic element by impregnation. The obtained catalytic element contains a highly porous coating with a thickness of 2 mm Al _x Y _b Zr _c Rh _e Ru _ea O _y on the outer surface of a stainless steel tube with a diameter of 40 mm at the following concentrations of coating elements per unit surface area of the tube (g / cm ² ): Al - 0 , 34; Y is 0.08; Zr 0.03; Rh - 0.012; Ru - 0.006; the oxygen concentration is determined by the degree of oxidation of aluminum, the values of d, c, e, α.

Пример 14. Способ приготовления аналогично примеру 1, отличающийся тем, что порошкообразную шихту из примера 8 размещают внутри трубки. Полученный каталитический элемент содержит на внешней поверхности покрытие из примера 1, а на внутренней поверхности трубки покрытие из примера 8. Example 14. The method of preparation is analogous to example 1, characterized in that the powder mixture from example 8 is placed inside the tube. The resulting catalyst element contains on the outer surface the coating of Example 1, and on the inner surface of the tube, the coating of Example 8.

Пример 15. Способ приготовления аналогично примеру 7, отличающийся тем, что дополнительно порошкообразную шихту из примера 2 размещают внутри трубки. Полученный каталитический элемент содержит на внешней поверхности покрытие из примера 7, а на внутренней поверхности трубки покрытие из примера 2 (см. чертеж, образец А)
Пример 16. Способ приготовления аналогично примеру 12, отличающийся тем, что дополнительно порошкообразную шихту из примера 13 размещают внутри трубки. Полученный каталитический элемент содержит на внешней поверхности покрытие из примера 12, а на внутренней поверхности трубки покрытие из примера 13 (см. чертеж, образец Б)
Пример 17. Способ приготовления аналогично примеру 3, отличающийся тем, что дополнительно порошкообразную шихту из примера 6 размещают внутри трубки. Полученный каталитический элемент содержит на внешней поверхности покрытие из примера 3, а на внутренней поверхности трубки покрытие из примера 6.Example 15. The method of preparation is analogous to example 7, characterized in that the additional powder mixture from example 2 is placed inside the tube. The obtained catalyst element contains on the outer surface the coating of example 7, and on the inner surface of the tube the coating of example 2 (see drawing, sample A)
Example 16. The method of preparation is analogous to example 12, characterized in that the additional powder mixture from example 13 is placed inside the tube. The obtained catalytic element contains on the outer surface the coating of example 12, and on the inner surface of the tube a coating of example 13 (see drawing, sample B)
Example 17. The method of preparation is analogous to example 3, characterized in that the additional powder mixture from example 6 is placed inside the tube. The obtained catalyst element contains on the outer surface the coating of example 3, and on the inner surface of the tube the coating of example 6.

Пример 18. Способ приготовления аналогично примеру 8, отличающийся тем, что дополнительно порошкообразную шихту из примера 8 размещают также внутри трубки. Полученный каталитический элемент содержит на внешней поверхности покрытие из примера 8, такое же покрытие нанесено на внутреннюю сторону трубки. Example 18. The method of preparation is analogous to example 8, characterized in that the additional powder mixture from example 8 is also placed inside the tube. The obtained catalyst element contains on the outer surface the coating of Example 8, the same coating is applied to the inner side of the tube.

Примеры с 1 по 13 с данными по удельной поверхности и удельной активности пористого каталитического покрытия, концентрации элементов, входящих в его состав, на единицу поверхности непористого субстрата приведены в таблице. Остальные примеры являются парным сочетанием из соответствующих тринадцати примеров. При этом один из примеров каталитического покрытия предназначен для проведения процесса конверсии, а другой - для процесса полного окисления. На чертеже приведен общий вид примеров 15 и 16. Анализ на содержание катионов в каталитическом покрытии проводили методами атомно-адсорбционной спектрофотометрии и пламенной фотометрии и округляли до 0,01 г/см²; концентрацию платиновых металлов округляли до 0,001 г/см². Удельную поверхность пористого слоя определяли по низкотемпературной адсорбции аргона методом БЭТ. Активность и селективность по CO в реакции конверсии метана определяли в проточном реакторе с неподвижным слоем для фракции каталитического покрытия 0,5-1 мм, отделенной от субстрата и помещенной в проточный реактор в количестве 0,5 г при скорости потока 7,2 л/час, температуре 750^oC и составе реакционной смеси H₂O/CH₄ = 2 через 3 часа после пребывания в реакционной смеси. Активность в реакции полного окисления метана определяли для аналогичной температуры, навеске и фракции каталитического покрытия в безградиентных условиях в потоке смеси 1% метана в воздухе при скорости потока 10 л/час.Examples 1 to 13 with data on the specific surface and specific activity of the porous catalytic coating, the concentration of elements included in its composition, per unit surface of a non-porous substrate are given in the table. The remaining examples are a pair combination of the corresponding thirteen examples. In this case, one example of a catalytic coating is intended for the conversion process, and the other for the complete oxidation process. The drawing shows a General view of examples 15 and 16. Analysis of the cation content in the catalytic coating was carried out by atomic absorption spectrophotometry and flame photometry and rounded to 0.01 g / cm ² ; the concentration of platinum metals was rounded to 0.001 g / cm ² . The specific surface of the porous layer was determined by low-temperature adsorption of argon by the BET method. The activity and selectivity for CO in the methane conversion reaction was determined in a fixed-bed flow reactor for a catalytic coating fraction of 0.5-1 mm, separated from the substrate and placed in a flow reactor in an amount of 0.5 g at a flow rate of 7.2 l / h , a temperature of 750 ^o C and the composition of the reaction mixture H ₂ O / CH ₄ = 2 3 hours after staying in the reaction mixture. The activity in the reaction of complete methane oxidation was determined for a similar temperature, weight and fraction of the catalytic coating under gradientless conditions in a stream of a mixture of 1% methane in air at a flow rate of 10 l / h.

Как видно из таблицы, наибольшей активностью и в реакции конверсии, и в реакции полного окисления обладают покрытия, содержащие платиновые металлы. As can be seen from the table, coatings containing platinum metals have the highest activity in both the conversion reaction and the complete oxidation reaction.

Для покрытий, не содержащих платиновые металлы, наиболее активны никельсодержащие композиции, стабилизированные редкоземельными элементами. В целом, приведенные в таблице данные по активности подтверждают возможность осуществления процесса конверсии с помощью предлагаемого каталитического элемента как при нанесении активного компонента на одну из сторон трубки, так и при нанесении активного компонента на обе стороны. При этом на каталитическом элементе может протекать либо только каталитический процесс конверсии, либо одновременно два каталитических процесса конверсии и полного окисления по разные стороны непористого трубчатого субстрата. For coatings not containing platinum metals, nickel-containing compositions stabilized by rare-earth elements are most active. In general, the activity data given in the table confirm the possibility of the conversion process using the proposed catalytic element both when applying the active component on one side of the tube, and when applying the active component on both sides. In this case, only a catalytic conversion process or two catalytic conversion and complete oxidation processes on opposite sides of a non-porous tubular substrate can occur on the catalytic element.

Claims

1. A method of preparing a hydrocarbon conversion catalyst in the form of a catalytic tube with a catalytic layer deposited on the wall, comprising the use of salt solutions as precursor compounds, which are deposited on the tube wall and form, when calcined, reducing and non-reducing oxides in hydrogen, characterized in that as precursor compounds use powdered substances consisting of non-volatile, insoluble or sparingly soluble transition metal compounds 4 per iodine of the Periodic Table or mixtures thereof, and / or rare earth elements or mixtures thereof, and / or zirconium, and / or alkaline earth elements or mixtures thereof, and / or platinum metals or mixtures thereof and aluminum, or various combinations of all individual and mixed compounds of the above elements and the process of preparing the catalytic layer involves mixing powders, placing them in a molding device permeable to gaseous substances, together with a metal tube, processing in an oxidizing and / or humid atmosphere device together with powder components and a metal tube, followed by extraction of the obtained product in the form of a tube with a catalytic layer, drying and calcining, while the catalytic layer is a highly porous, thick, self-fixing coating with a thickness of 0.6 - 10.0 mm, deposited on the outer and / or inner surface of the tube.

2. The method according to claim 1, characterized in that the catalytic layer for the endothermic process is deposited on one side of the tube, and the catalytic layer for the exothermic process is applied to the tube.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the endothermic process is a hydrocarbon conversion process, and the exothermic process is a process of complete oxidation of hydrocarbons.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the concentration of aluminum in the composition of the catalytic layer per unit geometric surface of one of the sides of the tube is, g / cm ² : 0.03 <A1 ≤ 3.11.

5. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the concentration of the transition metal or mixtures of transition metals (M) in the composition of the catalytic layer per unit geometric surface of one of the sides of the tube is, g / cm ² : 0.04 <M ≤ 2 , 41.

6. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the concentration of the rare-earth element or mixtures of rare-earth elements (R) in the composition of the catalytic layer per unit geometric surface of one of the sides of the tube is, g / cm ² : 0 <R ≤ 1.88 .

7. The method according to PP. 1 - 3, characterized in that the concentration of zirconium in the composition of the catalytic layer per unit geometric surface of one of the sides of the tube is, g / cm ² : 0 <Zr ≤ 1.15.

8. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the concentration of the alkaline earth element or mixtures of alkaline earth elements (A) in the composition of the catalytic layer per unit geometric surface of one of the sides of the tube is, g / cm ² : 0 <A ≤ 1.35 .

9. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the concentration of platinum metal or mixtures of platinum metals (Me) in the composition of the catalytic layer per unit geometric surface of one of the sides of the tube is, g / cm ² : 0 <Me ≤ 0.121.