RU2295385C1 - Heat-conducting composite catalyst and process of steam conversion of carbon monoxide - Google Patents

Heat-conducting composite catalyst and process of steam conversion of carbon monoxide Download PDF

Info

Publication number
RU2295385C1
RU2295385C1 RU2005141789/04A RU2005141789A RU2295385C1 RU 2295385 C1 RU2295385 C1 RU 2295385C1 RU 2005141789/04 A RU2005141789/04 A RU 2005141789/04A RU 2005141789 A RU2005141789 A RU 2005141789A RU 2295385 C1 RU2295385 C1 RU 2295385C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
heat
carbon monoxide
conducting
active component
Prior art date
Application number
RU2005141789/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Тамара Михайловна Юрьева (RU)
Тамара Михайловна Юрьева
Наталь Алексеевна Баронска (RU)
Наталья Алексеевна Баронская
Маргарита Петровна Демешкина (RU)
Маргарита Петровна Демешкина
Тать на Петровна Минюкова (RU)
Татьяна Петровна Минюкова
Наталь Анатольевна Бученко (RU)
Наталья Анатольевна Бученко
Александр Александрович Хасин (RU)
Александр Александрович Хасин
Олег Федорович Бризицкий (RU)
Олег Федорович Бризицкий
Валерий Яковлевич Терентьев (RU)
Валерий Яковлевич Терентьев
Александр Павлович Христолюбов (RU)
Александр Павлович Христолюбов
Олег Владимирович Витовский (RU)
Олег Владимирович Витовский
Сергей Владимирович Димов (RU)
Сергей Владимирович Димов
Владимир Васильевич Кузнецов (RU)
Владимир Васильевич Кузнецов
Original Assignee
Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
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 Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук filed Critical Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук
Priority to RU2005141789/04A priority Critical patent/RU2295385C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2295385C1 publication Critical patent/RU2295385C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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

Abstract

FIELD: disproportionation process catalysts.
SUBSTANCE: invention relates to generation of hydrogen through steam conversion of carbon monoxide and development of catalyst for indicated process. Invention provides carbon monoxide conversion catalyst showing high catalytic activity and heat-conductivity and a process of steam conversion of carbon monoxide using indicated catalyst. Catalyst is characterized by heat-conductivity at least 1 W(mK)-1, which enables performing process with low temperature gradient in direction transversal to gas stream direction.
EFFECT: increased catalytic activity and heat-conductivity.
7 cl, 4 dwg, 3 tbl, 10 ex

Description

Изобретение относится к области получения водорода паровой конверсией монооксида углерода и разработки катализаторов для этого процесса.The invention relates to the field of hydrogen production by steam conversion of carbon monoxide and the development of catalysts for this process.

Реакция паровой конверсии СО может быть представлена уравнениемThe reaction of steam reforming WITH can be represented by the equation

СО+Н2О СО22 (ΔН°298К=-41.1 кДж/моль)СО + Н 2 О СО 2 + Н 2 (ΔН ° 298К = -41.1 kJ / mol)

Процесс конверсии углерода водяным паром широко используется в крупных промышленных установках получения водорода. Процесс осуществляют в две стадии, в которых превращение СО протекает последовательно при высоких температурах 320-450°С на железохромовых катализаторах и при низких температурах 180-250°С на Cu/Zn/Al(Cr) оксидных катализаторах. Паровая конверсия осуществляется в адиабатических реакторах аксиального (полочного) или радиального типов с неподвижными слоями катализаторов. Конструкции таких реакторов хорошо известны. Аксиальные реакторы более простые по конструкции, чем радиальные. Однако последние обладают целым рядом технологических и эксплуатационных преимуществ [Очистка технологических газов. Под ред. Т.А.Семеновой и И.Л.Лейтеса. М., Химия, 1977, 488 с.]. В радиальных реакторах при равномерном распределении газа в слое катализатора гидравлическое сопротивление не превышает 0.01 МПа и практически не изменяется в течение эксплуатации. В аксиальных реакторах гидравлическое сопротивление возрастает от 0.02-0.04 МПа до 0.2-0.4 МПа по мере эксплуатации, что может приводить к необходимости досрочной выгрузки катализатора.The steam carbon conversion process is widely used in large industrial hydrogen plants. The process is carried out in two stages in which the conversion of CO proceeds sequentially at high temperatures of 320-450 ° C on iron-chromium catalysts and at low temperatures 180-250 ° C on Cu / Zn / Al (Cr) oxide catalysts. Steam conversion is carried out in axial (shelf) or radial type adiabatic reactors with fixed catalyst beds. The designs of such reactors are well known. Axial reactors are simpler in design than radial ones. However, the latter have a number of technological and operational advantages [Process gas cleaning. Ed. T.A.Semenova and I.L. Leites. M., Chemistry, 1977, 488 pp.]. In radial reactors with a uniform distribution of gas in the catalyst bed, the hydraulic resistance does not exceed 0.01 MPa and practically does not change during operation. In axial reactors, the hydraulic resistance increases from 0.02-0.04 MPa to 0.2-0.4 MPa during operation, which may lead to the need for early discharge of the catalyst.

Двухстадийный процесс имеет довольно громоздкое аппаратурное оформление в связи с разделением на стадии и большими объемами используемых катализаторов. Для улучшения массогабаритных характеристик процесс паровой конверсии СО можно осуществлять организацией оптимального температурного профиля в слое катализатора, работающего в широкой температурной области. Проводить реакцию целесообразно при высоких температурах, в то же время малые концентрации СО (менее 1-1.5 об.%) на выходе могут быть достигнуты при температурах не более 270-300°С. Следовательно, температура в слое катализатора должна изменяться приблизительно от 400 до 200°С. Такое изменение можно осуществить организацией нескольких изотермических слоев катализатора или оптимального температурного профиля в одном слое катализатора путем непрерывного теплосъема. В работе [D.Myers, Т.Krause, J.-M.Bae and С.Pereira. Extending Abstracts. 2000 Fuel Cell Seminar, p.280-283, 2000] рассмотрены эти варианты организации теплосъема.The two-stage process has a rather cumbersome hardware design due to the separation into stages and large volumes of used catalysts. To improve the overall dimensions, the process of steam conversion of CO can be carried out by organizing the optimal temperature profile in the catalyst bed operating in a wide temperature range. It is advisable to carry out the reaction at high temperatures, at the same time, low concentrations of CO (less than 1-1.5 vol.%) At the outlet can be achieved at temperatures no more than 270-300 ° C. Therefore, the temperature in the catalyst bed should vary from about 400 to 200 ° C. Such a change can be achieved by organizing several isothermal catalyst beds or an optimal temperature profile in one catalyst bed by continuous heat removal. In [D.Myers, T. Krause, J.-M.Bae and C. Pereira. Extending Abstracts. 2000 Fuel Cell Seminar, p.280-283, 2000] considered these options for organizing heat removal.

Осуществление реакции паровой конверсии в слое катализатора с оптимальным температурным профилем в трубчатом реакторе с использованием традиционного катализатора, устойчиво работающего в области до 350°С, рассмотрено в патенте [US 5990040, B 01 J 023/00, С 01 В 031/00, 28.07.1997]. Для эффективного отвода тепла реакции обычно используются трубчатые реакторы с диаметром трубок 50-60 мм и менее для очень теплонапряженных процессов. Традиционные катализаторы, используемые в реакторах паровой конверсии СО, представляют собой оксиды или металлы на оксидных носителях и обладают низкой способностью проводить тепло. Теплопередача от таблетки катализатора к стенке реактора осуществляется через реакционный газ. Малая величина коэффициента теплопередачи от твердого тела к газу и от газа к твердому телу определяет разогрев катализаторного слоя. Эффективный коэффициент теплопроводности слоя катализатора в поперечном газовому потоку направлении не превышает 0.5-1 Вт(мК)-1, поэтому перепад температуры в радиальном направлении в слое катализатора паровой конверсии СО для трубок с диаметром 50-60 мм достигает 20-30°С [Бесков С.Д. Технохимические расчеты. Москва "Высшая школа" 1968; Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. Москва "Наука" 1988].The implementation of the steam reforming reaction in a catalyst bed with an optimal temperature profile in a tubular reactor using a traditional catalyst, stably operating in the range up to 350 ° C, is described in the patent [US 5990040, B 01 J 023/00, C 01 B 031/00, 28.07 .1997]. To efficiently remove reaction heat, tube reactors with tube diameters of 50-60 mm or less are usually used for very heat-intensive processes. Conventional catalysts used in CO steam reforming reactors are oxides or metals on oxide supports and have a low ability to conduct heat. The heat transfer from the catalyst pellet to the wall of the reactor is through the reaction gas. The small coefficient of heat transfer from a solid to a gas and from gas to a solid determines the heating of the catalyst layer. The effective coefficient of thermal conductivity of the catalyst layer in the direction transverse to the gas stream does not exceed 0.5-1 W (mK) -1 , therefore, the temperature difference in the radial direction in the catalyst layer of the CO vapor conversion for tubes with a diameter of 50-60 mm reaches 20-30 ° C [Beskov S.D. Technochemical calculations. Moscow Higher School 1968; Boreskov G.K. Heterogeneous catalysis. Moscow "Science" 1988].

В настоящем изобретении проблему интенсивного отвода тепла в слое катализатора в радиальном направлении предлагается решить: (1) созданием катализатора с высокой теплопроводностью катализаторного тела и (2) эффективной организацией катализаторного слоя, например, путем использования катализаторного тела с поперечными размерами, сравнимыми по величине с размерами реактора, и/или обеспечением прямого контакта со стенкой реактора, через которую осуществляется отвод тепла.In the present invention, the problem of intensive heat removal in the catalyst bed in the radial direction is proposed to be solved: (1) by creating a catalyst with high thermal conductivity of the catalyst body and (2) efficiently organizing the catalyst layer, for example, by using a catalyst body with transverse dimensions comparable in size to the dimensions reactor, and / or providing direct contact with the wall of the reactor through which heat is removed.

Проблема не может быть решена применением в качестве катализаторов металлических пластин, пенометаллов или композитных материалов с хорошими теплотехническими свойствами и для которых легко организовать прямой контакт со стенками реактора в связи с тем, что они получаются спеканием оксидных и металлических компонентов при высоких температурах, обладают низкой удельной поверхностью и не проявляют высокой каталитической активности [US 6517805, C 01 B 3/02, 02.10.1998; US 6432871, B 01 J 023/70, 18.10.1999]. Увеличения каталитической активности этих материалов можно достичь нанесением на их поверхность каталитически активного компонента. Однако в этом случае появляется проблема прочности закрепления активного вещества. При недостаточно прочном закреплении возможно осыпание и унос катализатора в процессе работы.The problem cannot be solved by the use of metal plates, foam metals or composite materials with good thermotechnical properties as catalysts and for which it is easy to arrange direct contact with the walls of the reactor due to the fact that they are obtained by sintering of oxide and metal components at high temperatures, have a low specific surface and do not exhibit high catalytic activity [US 6517805, C 01 B 3/02, 02.10.1998; US 6432871, B 01 J 023/70, 10/18/1999]. An increase in the catalytic activity of these materials can be achieved by applying a catalytically active component to their surface. However, in this case, there is a problem of the strength of fixing the active substance. If the fastening is not strong enough, it is possible to shed and carry off the catalyst during operation.

Наиболее близким к настоящему изобретению является патент [ЕР 1232790, B 01 J 23/722, 1.08.2002], в котором предлагаются катализаторы для эндо- и экзотермических реакций, в которых теплопроводность и активность катализаторного тела достигаются использованием металлических пластин, на поверхности которых синтезируется активный компонент.Closest to the present invention is a patent [EP 1232790, B 01 J 23/722, 1.08.2002], which provides catalysts for endo-and exothermic reactions in which the thermal conductivity and activity of the catalyst body are achieved using metal plates on the surface of which it is synthesized active component.

Изобретение решает задачу интенсивного отвода тепла в слое катализатора в радиальном направлении.The invention solves the problem of intensive heat removal in the catalyst bed in the radial direction.

Для решения этой задачи в реакции паровой конверсии СО предлагается использовать в качестве катализатора композит, обладающий высокой активностью и теплопроводностью не менее 1 Вт (м К)-1. Тело катализатора представляет собой композицию каталитически активного компонента оксидной природы и металлических частиц с массовьм соотношением не менее 0.25.To solve this problem, it is proposed to use a composite with a high activity and thermal conductivity of at least 1 W (m K) -1 in the reaction of steam reforming of CO. The body of the catalyst is a composition of a catalytically active component of an oxide nature and metal particles with a mass ratio of at least 0.25.

В катализаторном теле каталитически активный компонент оксидной природы представляет собой катализатор на основе меди и цинка, промотированный элементами III, IV, VI групп, предпочтительно Zr.In the catalyst body, the catalytically active component of an oxide nature is a copper and zinc based catalyst promoted by elements of groups III, IV, VI, preferably Zr.

В катализаторном теле каталитически активный компонент оксидной природы представляет собой катализатор на основе железа и хрома, промотированный элементами I, II, VII групп, предпочтительно Cu.In the catalyst body, the catalytically active component of an oxide nature is an iron and chromium based catalyst promoted by elements of groups I, II, VII, preferably Cu.

В композите металлические частицы представляют собой частицы металлической меди дендритной текстуры.In a composite, metal particles are particles of metallic copper of a dendritic texture.

Катализатор используют в форме тел, максимальный габаритный размер которых составляет не менее, чем 0,8 от минимального габаритного размера реактора.The catalyst is used in the form of bodies, the maximum overall dimension of which is not less than 0.8 of the minimum overall dimension of the reactor.

Заявляемый теплопроводящий катализатор состоит из частиц каталитически активного компонента оксидной природы и теплопроводящих частиц металла, служащих одновременно и армирующим компонентом. Такой композит может быть получен путем последовательности операций, используемых в порошковой металлургии и включающих: 1) приготовление смеси порошков каталитически активного компонента оксидной природы, металла и порообразующего компонента, 2) уплотнение смеси и 3) спекание при повышенных температурах, не приводящих к ухудшению свойств каталитически активного компонента.The inventive heat-conducting catalyst consists of particles of a catalytically active component of an oxide nature and heat-conducting metal particles, which serve simultaneously as a reinforcing component. Such a composite can be obtained by the sequence of operations used in powder metallurgy and including: 1) preparation of a mixture of powders of a catalytically active component of an oxide nature, a metal and a pore-forming component, 2) compaction of the mixture and 3) sintering at elevated temperatures, which do not lead to catalytic properties active component.

Под каталитически активным компонентом оксидной природы понимается совокупность фаз, включающая оксидную фазу, содержащую катионы активного металла, например катионы Cu2+ или катионы железа. Каталитически активный компонент может быть приготовлен методом осаждения [RU 2118910, B 01 J 23/84, 20.09.1998; US 5990040, B 01 J 023/00, С 01 В 031/00, 28.07.1997] с последующей прокалкой полученного гидроксосоединения, либо любым другим известным способом. Необходимо, чтобы оксидный катализатор проявлял устойчивую активность в реакции паровой конверсии СО в среднетемпературной (300-450°С) области или в низкотемпературной (180-250°С) области, предпочтительно во всем интервале температур 450-180°С.By a catalytically active component of an oxide nature is meant a set of phases including an oxide phase containing active metal cations, for example, Cu 2+ cations or iron cations. The catalytically active component can be prepared by precipitation [RU 2118910, B 01 J 23/84, 09/20/1998; US 5990040, B 01 J 023/00, C 01 B 031/00, 07/28/1997] followed by calcination of the obtained hydroxo compound, or by any other known method. It is necessary that the oxide catalyst exhibits stable activity in the CO steam reforming reaction in the medium temperature (300-450 ° C) region or in the low temperature (180-250 ° C) region, preferably in the entire temperature range 450-180 ° C.

В качестве теплопроводящих частиц металла в составе композита можно использовать частицы металлической меди дендритной структуры с характерными размерами менее 50-100 мкм. Соотношения количеств теплопроводящего вещества, разрыхляющего вещества и оксидного катализатора определяются требованиями теплопроводности, прочности и развитой поверхности теплопроводящего катализаторного тела.As a heat-conducting metal particles in the composition of the composite, particles of metallic copper of a dendritic structure with characteristic sizes of less than 50-100 μm can be used. The ratios of the amounts of heat-conducting substance, disintegrant and oxide catalyst are determined by the requirements of heat conductivity, strength and developed surface of the heat-conducting catalyst body.

Придание желаемой формы теплопроводящему катализаторному телу может проводиться при помощи любого из известных способов таблетирования, предпочтительно при давлении уплотнения более 1500 кгс/см2. Минимальный объем работающего слоя достигается оптимальным размещением таблеток с размерами, сравнимыми с поперечными размерами трубки реактора, и оптимальным соотношением поверхность-объем.The desired shape of the heat-conducting catalyst body can be carried out using any of the known tabletting methods, preferably at a compaction pressure of more than 1500 kgf / cm 2 . The minimum volume of the working layer is achieved by optimal placement of tablets with dimensions comparable to the transverse dimensions of the reactor tube, and the optimal surface-to-volume ratio.

Термическая обработка теплопроводящего катализаторного тела осуществляется в токе инертного газа при температурах выше температуры Тамманна (около 0.5 от абсолютной температуры плавления).The heat treatment of the heat-conducting catalyst body is carried out in an inert gas stream at temperatures above the Tammann temperature (about 0.5 of the absolute melting temperature).

Приготовленные так катализаторы удовлетворяют требованиям высокой теплопроводности и прочности, а также показывают высокую активность в реакции паровой конверсии монооксида углерода.The catalysts prepared in this way satisfy the requirements of high thermal conductivity and strength, and also show high activity in the reaction of steam conversion of carbon monoxide.

Изобретение иллюстрируется нижеприведенными примерами, таблицами и чертежами.The invention is illustrated by the following examples, tables and drawings.

Фиг.1 (а) Данные электронной сканирующей микроскопии о характерной топологии теплопроводящего катализаторного тела.Figure 1 (a) Data of electron scanning microscopy about the characteristic topology of the heat-conducting catalyst body.

(б) Данные по равномерности распределения каталитически активного компонента (участки темно-серого цвета) и теплопроводящего компонента (участки светло-серого цвета) на оптической микрофотографии.(b) Data on the uniform distribution of the catalytically active component (dark gray areas) and the heat-conducting component (light gray areas) in the optical micrograph.

Фиг.2 Лабораторный реактор прямоугольного сечения как вариант оптимальной организации катализаторного слоя с использованием теплопроводящих катализаторных пластин.Figure 2 Laboratory reactor of rectangular cross-section as an option for the optimal organization of the catalyst layer using heat-conducting catalyst plates.

Фиг.3 Сравнение изменения температуры в радиальном направлении при протекании реакции паровой конверсии СО на теле теплопроводящего катализатора диаметром 50 мм (круги, •) и на катализаторе в виде таблеток традиционной в промышленности формы в трубчатом реакторе диаметром 50 мм (треугольники, ▲).Figure 3 Comparison of changes in temperature in the radial direction during the reaction of steam reforming of CO on the body of a heat-conducting catalyst with a diameter of 50 mm (circles, •) and on the catalyst in the form of tablets of a conventional industrial form in a tubular reactor with a diameter of 50 mm (triangles, ▲).

Таблица 1. Параметры приготовления и значения теплопроводности катализаторных тел разной формы.Table 1. Preparation parameters and thermal conductivity values of catalyst bodies of various shapes.

Таблица 2. Степень использования зерна катализатора в теплопроводящем катализаторном теле и в традиционной таблетке в проточно-циркуляционном реакторе идеального смешения при различных температурах реакции.Table 2. The degree of use of catalyst grains in a heat-conducting catalyst body and in a traditional tablet in a flow-circulation reactor of ideal mixing at various reaction temperatures.

Таблица 3. Результаты каталитических испытаний теплопроводящих катализаторных пластин в лабораторном реакторе прямоугольного сечения при скоростях реакционной газовой смеси 20 л/час и 250 л/час.Table 3. The results of catalytic tests of heat-conducting catalyst plates in a rectangular laboratory reactor at a reaction gas mixture speeds of 20 l / h and 250 l / h.

Пример 1А.Example 1A

Теплопроводящий катализатор 1А готовят следующим образом:The heat transfer catalyst 1A is prepared as follows:

1) 38 мас.% порошка совместного оксида меди-цинка-алюминия-хрома, полученного в соответствии с патентом [RU 2118910, B 01 J 23/84, 20.09.1998], 52 мас.% порошка теплопроводящего вещества и 10 мас.% порошка разрыхляющего вещества с размерами частиц менее 70 мкм тщательно перемешивают,1) 38 wt.% Powder of the joint oxide of copper-zinc-aluminum-chromium obtained in accordance with the patent [RU 2118910, B 01 J 23/84, 09/20/1998], 52 wt.% Powder of a heat-conducting substance and 10 wt.% powder disintegrant with a particle size of less than 70 microns is thoroughly mixed,

2) полученную смесь порошков уплотняют при давлении 2490 кгс/см2, затем дробят и отсевают фракцию частиц с размером в интервале 100-200 мкм,2) the resulting mixture of powders is compacted at a pressure of 2490 kgf / cm 2 , then crushed and sifted out a fraction of particles with a size in the range of 100-200 μm,

3) полученную фракцию таблетируют при давлении Р=2490 кгс/см2 в форму кольца внешним диаметром 18 мм, внутренним диаметром 7 мм, высотой 2.5 мм,3) the resulting fraction is tabletted at a pressure of P = 2490 kgf / cm 2 in the form of a ring with an external diameter of 18 mm, an internal diameter of 7 mm, and a height of 2.5 mm,

4) термическую обработку проводят в токе инертного газа при температуре Т=380°С.4) heat treatment is carried out in an inert gas stream at a temperature of T = 380 ° C.

Характерная топология теплопроводящего катализаторного тела по данным электронной сканирующей микроскопии представлена на Фиг.1(а). На оптической микрофотографии (см. Фиг.1(б)) хорошо видна равномерность распределения каталитически активного компонента (участки темно-серого цвета) и теплопроводящего компонента (участки светло-серого цвета).The characteristic topology of the heat-conducting catalyst body according to electron scanning microscopy is presented in Figure 1 (a). In the optical micrograph (see Figure 1 (b)), the distribution of the catalytically active component (dark gray areas) and the heat-conducting component (light gray areas) is clearly visible.

Примеры 2А-6А.Examples 2A-6A.

Теплопроводящие катализаторы готовят аналогично примеру 1А, но при различающихся давлениях таблетирования и температурах термической обработки. Параметры приготовления теплопроводящих катализаторов 1А-6А представлены в Таблице 1.Heat-conducting catalysts are prepared analogously to example 1A, but at different tabletting pressures and heat treatment temperatures. The parameters for the preparation of heat-conducting catalysts 1A-6A are presented in Table 1.

Пример 7А.Example 7A

Теплопроводящий катализатор готовят аналогично примеру 1А, но используют порошок совместного оксида железа-хрома-меди, полученного в соответствии с патентом [BG 32877, B 01 J 23/86, 15.11.1982], при давлении таблетирования Р=1720 кгс/см2 и температуре термической обработки Т=380°С.The heat-conducting catalyst is prepared analogously to example 1A, but the powder of the joint iron-chromium-copper oxide obtained in accordance with the patent [BG 32877, B 01 J 23/86, 11/15/1982], at a tableting pressure P = 1720 kgf / cm 2 and using heat treatment temperature T = 380 ° C.

Пример 8.Example 8

Теплопроводящее катализаторное тело Z1 готовят аналогично примеру 1, но при таблетировании придают форму пластины квадратного сечения с размерами 25×25×2.5 мм, давление таблетирования составляет Р=1720 кгс/см2.The heat-conducting catalyst body Z1 is prepared analogously to example 1, but when tabletting it is shaped like a square plate with dimensions 25 × 25 × 2.5 mm, the pressure of tabletting is P = 1720 kgf / cm 2 .

Пример 9.Example 9

Теплопроводящее катализаторное тело готовят аналогично примеру 8, но температура термической обработки составляет Т=410°С.The heat-conducting catalyst body is prepared analogously to example 8, but the temperature of the heat treatment is T = 410 ° C.

Пример 10 (сравнительный).Example 10 (comparative).

Катализатор готовят согласно патенту RU 2118910 в виде таблеток в форме цилиндра диаметром 5 мм и высотой 5 мм, характерной для использования в традиционных промышленных реакторах.The catalyst is prepared according to patent RU 2118910 in the form of tablets in the form of a cylinder with a diameter of 5 mm and a height of 5 mm, typical for use in traditional industrial reactors.

Коэффициенты теплопроводности тела в форме кольца с размерами: внешний диаметр D=18 мм, внутренний диаметр d=7 мм, высота кольца h=10 мм; определяют при изменении теплового потока через образец на специально созданной для этих целей лабораторной установке в ИТФ СО РАН. Для тестирования установки была измерена теплопроводность образца, изготовленного из нержавеющей стали (12Х18Н10Т). Из проведенных измерений было показано, что теплопроводность тестового образца отличается от справочных данных не более чем на 5%. Погрешность определения теплопроводности представляемых в патенте образцов составляет около 7%. Экспериментальные величины теплопроводности представлены в Таблице 1 в сравнении с величиной теплопроводности таблетки традиционной в промышленности формы медь-цинк-алюминиевого катализатора, промотированного хромом, приготовленного согласно патенту RU 2118910.Coefficients of thermal conductivity of the body in the form of a ring with dimensions: outer diameter D = 18 mm, inner diameter d = 7 mm, ring height h = 10 mm; it is determined when the heat flux through the sample is changed in a laboratory unit specially created for these purposes at the ITF SB RAS. To test the installation, the thermal conductivity of a sample made of stainless steel (12X18H10T) was measured. From the measurements it was shown that the thermal conductivity of the test sample differs from the reference data by no more than 5%. The error in determining the thermal conductivity of the samples presented in the patent is about 7%. The experimental values of thermal conductivity are presented in Table 1 in comparison with the thermal conductivity of a tablet of the industry-standard form of copper-zinc-aluminum catalyst promoted with chromium prepared according to patent RU 2118910.

Каталитические испытания теплопроводящих катализаторов проводят в проточно-циркуляционном реакторе идеального смешения при составе реакционной смеси СО 16 об.%, CO2 9 об.%, Н2 75 об.% при давлении 0.1 МПа в интервале температур 270-350°С. Результаты каталитических испытаний представлены в Таблице 2 как степень использования зерна каталитически активного компонента, то есть в виде отношения экспериментальной величины константы реакции на теплопроводящем катализаторе (или таблетке традиционной формы) к экспериментальной константе скорости реакции в кинетической области на частицах каталитически активного компонента с размером 0.25-0.5 мм. Эта величина характеризует активность реального катализатора и позволяет количественно сопоставить активность катализаторов, предлагаемых настоящим изобретением и описанных в примерах, с известными катализаторами в виде цилиндрических таблеток 5 мм ×5 мм.Catalytic tests of heat-conducting catalysts are carried out in a flow-through ideal mixing reactor with the composition of the reaction mixture СО 16 vol.%, CO 2 9 vol.%, Н 2 75 vol.% At a pressure of 0.1 MPa in the temperature range 270-350 ° С. The results of the catalytic tests are presented in Table 2 as the degree of use of the grain of the catalytically active component, that is, as the ratio of the experimental value of the reaction constant on a heat-conducting catalyst (or tablet of a traditional form) to the experimental reaction rate constant in the kinetic region on particles of a catalytically active component with a size of 0.25- 0.5 mm. This value characterizes the activity of a real catalyst and allows you to quantitatively compare the activity of the catalysts proposed by the present invention and described in the examples with known catalysts in the form of cylindrical tablets of 5 mm × 5 mm

Результаты каталитических испытаний теплопроводящих катализаторов по примерам 8 и 9 в лабораторном реакторе прямоугольного сечения (Фиг.2) при скоростях реакционной газовой смеси 20 л/час и 250 л/час представлены в Таблице 3.The results of catalytic tests of heat-conducting catalysts according to examples 8 and 9 in a laboratory reactor of rectangular cross section (Figure 2) at a reaction gas mixture speeds of 20 l / h and 250 l / h are presented in Table 3.

Фиг.3 представляет сравнение изменения температуры в радиальном направлении при протекании реакции паровой конверсии СО на теле теплопроводящего катализатора диаметром 50 мм (круги, •) и на том же катализаторе в виде таблеток традиционной в промышленности формы в трубчатом реакторе диаметром 50 мм (треугольники, ▲).Figure 3 presents a comparison of changes in temperature in the radial direction during the reaction of steam reforming of CO on the body of a heat-conducting catalyst with a diameter of 50 mm (circles, •) and on the same catalyst in the form of tablets of a conventional industrial form in a tubular reactor with a diameter of 50 mm (triangles, ▲ )

Представленные примеры свидетельствуют, что теплопроводящие катализаторы, заявляемые настоящим изобретением, не уступают известным катализаторам с низкой теплопроводностью в степени использования зерна каталитически активного компонента, однако обеспечивают гораздо меньший градиент температуры слоя катализатора в радиальном направлении реактора.The presented examples indicate that the heat-conducting catalysts claimed by the present invention are not inferior to the known catalysts with low thermal conductivity in the degree of use of the grain of the catalytically active component, but provide a much smaller temperature gradient of the catalyst layer in the radial direction of the reactor.

Вариант предлагаемой эффективной организации катализаторного слоя обеспечивается сравнимыми поперечными размерами теплопроводящего катализаторного тела и самого реактора (Фиг.2). При этом предпочтительным, но необязательным, представляется обеспечение прямого контакта теплопроводящего катализаторного тела со стенкой реактора. От внешней стенки реактора теплота реакции может быть отведена при помощи известных методов теплообмена с хладагентом.A variant of the proposed effective organization of the catalyst layer is provided by the comparable transverse dimensions of the heat-conducting catalyst body and the reactor itself (Figure 2). At the same time, it is preferable, but not necessary, to ensure direct contact of the heat-conducting catalyst body with the wall of the reactor. From the outer wall of the reactor, the heat of reaction can be removed using known methods of heat exchange with the refrigerant.

Таблица 1.
Параметры приготовления и значения теплопроводности катализаторных тел разной формы.
Table 1.
Preparation parameters and thermal conductivity values of catalyst bodies of various shapes.
ОбразецSample Р, кгс/см2 P, kgf / cm 2 Т, °СT, ° C Теплопроводность, Вт/м·КThermal conductivity, W / m · K Пример 1АExample 1A 29402940 380380 2.82.8 Пример 2АExample 2A 22002200 380380 2.82.8 Пример ЗАExample FOR 17201720 380380 2.82.8 Пример 4АExample 4A 29402940 440440 3.23.2 Пример 5АExample 5A 22002200 440440 3.23.2 Пример 6АExample 6A 17201720 440440 3.23.2 Пример 7АExample 7A 17201720 380380 2.62.6 Пример 8Example 8 17201720 380380 2.82.8 Пример 9Example 9 17201720 410410 3.03.0 Пример 10 (сравнительный)Example 10 (comparative) цилиндр d=5 мм, h=5 ммcylinder d = 5 mm, h = 5 mm 0.30.3

Таблица 2.
Степень использования зерна катализатора в теплопроводящем катализаторном теле и в традиционной таблетке в проточно-циркуляционном реакторе идеального смешения при различных температурах реакции.
Table 2.
The degree of use of catalyst grains in a heat-conducting catalyst body and in a traditional tablet in a flow-circulation reactor of ideal mixing at various reaction temperatures.
ОбразецSample Степень использования зерна катализатора в форме традиционной таблетки и теплопроводящего катализаторного тела при температурах реакции:The degree of use of the catalyst grain in the form of a traditional tablet and a heat-conducting catalyst body at reaction temperatures: 270°С270 ° C 300°С300 ° C 330°С330 ° C 350°С350 ° C Пример 10 (сравнительный)Example 10 (comparative) 0.410.41 0.370.37 0.360.36 0.340.34 Пример 1АExample 1A 0.500.50 0.440.44 0.350.35 0.270.27 Пример 2АExample 2A 0.470.47 0.440.44 0.350.35 0.290.29 Пример 3АExample 3A 0.530.53 0.460.46 0.360.36 0.390.39 Пример 4АExample 4A 0.310.31 0.280.28 0.230.23 0.200.20 Пример 5АExample 5A 0.390.39 0.380.38 0.280.28 0.240.24 Пример 6АExample 6A 0.510.51 0.400.40 0.330.33 0.330.33 Пример 7АExample 7A 0.470.47 0.450.45 0.380.38 Пример 8Example 8 0.550.55 0.460.46 0.370.37 0.370.37 Пример 9Example 9 0.600.60 0.480.48 0.400.40 0.400.40

Таблица 3.
Результаты каталитических испытаний теплопроводящих катализаторных пластин в лабораторном реакторе прямоугольного сечения при скоростях реакционной газовой смеси 20 л/час и 250 л/час.
Table 3.
The results of catalytic tests of heat-conducting catalyst plates in a rectangular laboratory reactor at a reaction gas mixture speeds of 20 l / h and 250 l / h.
ОбразецSample Степень использования зерна катализатора теплопроводящего катализаторного тела при различных скоростях реакционной газовой смеси и температурах реакции:The degree of use of the grain of the catalyst of the heat-conducting catalyst body at various speeds of the reaction gas mixture and reaction temperatures: 20 л/час20 l / hour 250 л/час250 l / h 270°С270 ° C 300°С300 ° C 330°С330 ° C 350°С350 ° C 270°С270 ° C 300°С300 ° C 330°С330 ° C 350°С350 ° C Пример 8Example 8 0.480.48 0.400.40 0.340.34 0.330.33 0.500.50 0.430.43 0.350.35 0.350.35 Пример 9Example 9 0.550.55 0.420.42 0.360.36 0.360.36 0.570.57 0.460.46 0.380.38 0.380.38

Claims (5)

1. Катализатор паровой конверсии монооксида углерода, представляющий собой композицию каталитически активного компонента оксидной природы и металлического компонента, отличающийся тем, что в качестве металлического компонента он содержит частицы металлической меди с размером менее 100 мкм при массовом соотношении каталитически активного компонента к металлическим частицам меди не менее 0,25 и катализатор представляет собой композит, имеющий теплопроводность не менее 1 Вт/(м·К).1. The catalyst for the vapor conversion of carbon monoxide, which is a composition of a catalytically active component of an oxide nature and a metal component, characterized in that as a metal component it contains particles of metallic copper with a size of less than 100 microns with a mass ratio of catalytically active component to metallic copper particles of not less than 0.25 and the catalyst is a composite having a thermal conductivity of at least 1 W / (m · K). 2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что в композите каталитически активный компонент оксидной природы представляет собой катализатор на основе меди и цинка, промотированный элементами III, IV, VI групп, предпочтительно Zr.2. The catalyst according to claim 1, characterized in that in the composite the catalytically active component of an oxide nature is a catalyst based on copper and zinc, promoted by elements of groups III, IV, VI, preferably Zr. 3. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что в композите каталитически активный компонент оксидной природы представляет собой катализатор на основе железа и хрома, промотированный элементами I, II, VII групп, предпочтительно Cu.3. The catalyst according to claim 1, characterized in that in the composite the catalytically active component of an oxide nature is a catalyst based on iron and chromium, promoted by elements of groups I, II, VII, preferably Cu. 4. Способ паровой конверсии монооксида углерода, отличающийся тем, что его осуществляют с использованием катализатора по любому из пп.1-3.4. The method of steam conversion of carbon monoxide, characterized in that it is carried out using a catalyst according to any one of claims 1 to 3. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что катализатор используют в форме пластин, площадь которых составляет не менее чем 0,65 от площади поперечного сечения реактора.5. The method according to claim 4, characterized in that the catalyst is used in the form of plates, the area of which is not less than 0.65 from the cross-sectional area of the reactor.
RU2005141789/04A 2005-12-21 2005-12-21 Heat-conducting composite catalyst and process of steam conversion of carbon monoxide RU2295385C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141789/04A RU2295385C1 (en) 2005-12-21 2005-12-21 Heat-conducting composite catalyst and process of steam conversion of carbon monoxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005141789/04A RU2295385C1 (en) 2005-12-21 2005-12-21 Heat-conducting composite catalyst and process of steam conversion of carbon monoxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2295385C1 true RU2295385C1 (en) 2007-03-20

Family

ID=37993997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005141789/04A RU2295385C1 (en) 2005-12-21 2005-12-21 Heat-conducting composite catalyst and process of steam conversion of carbon monoxide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2295385C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491119C2 (en) * 2007-12-05 2013-08-27 Басф Корпорейшн Low-temperature blue gas conversion catalyst

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491119C2 (en) * 2007-12-05 2013-08-27 Басф Корпорейшн Low-temperature blue gas conversion catalyst

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. A novel W-doped Ni-Mg mixed oxide catalyst for CO2 methanation
US6881703B2 (en) Thermally conductive honeycombs for chemical reactors
Modafferi et al. Propane reforming on Ni–Ru/GDC catalyst: H2 production for IT-SOFCs under SR and ATR conditions
Simsek et al. Investigation of catalyst performance and microstructured reactor configuration for syngas production by methane steam reforming
Chen et al. A nano-reactor based on PtNi@ metal–organic framework composites loaded with polyoxometalates for hydrogenation–esterification tandem reactions
Zamaniyan et al. Tube fitted bulk monolithic catalyst as novel structured reactor for gas–solid reactions
WO2019121155A1 (en) Multi-bed catalytic converter
Zhang et al. A highly efficient Cu/ZnO/Al 2 O 3 catalyst via gel-coprecipitation of oxalate precursors for low-temperature steam reforming of methanol
CN103781541B (en) Fischer-Tropsch reactor
CA2792173A1 (en) Cylindrical steam reformer
Zhang et al. A novel tubular oxygen-permeable membrane reactor for partial oxidation of CH4 in coke oven gas to syngas
CN112512681A (en) Enhanced microchannel or mesochannel device and additive manufacturing method thereof
Tikhov et al. Preparation of porous ceramometal composites through the stages of mechanical activation and hydrothermal partial oxidation of Me–Al powders
RU2295385C1 (en) Heat-conducting composite catalyst and process of steam conversion of carbon monoxide
CN107624081A (en) Nickel tephroite and nickel galaxite are used for the purposes of the CO 2 reformation of methane as bulk metal catalyst
CN108295859B (en) Preparation method and application of Ni-based catalyst microspheres
Zou et al. Effects of Al content on pore structures of porous TiVAlC ceramics by reactive synthesis
EP3368471B1 (en) Water gas shift process
US8765081B2 (en) Micro-channel reactor for producing synthetic natural gas
JP7246072B2 (en) Catalytic reactor for gas phase reaction and catalytic reaction method
Inoue et al. Practical application study of highly active CO2 methanation catalysts prepared using the polygonal barrel-sputtering method: immobilization of catalyst particles
Tang et al. Microfibrous entrapped ZnO-CaO/Al2O3 for high efficiency hydrogen production via methanol steam reforming
Ni et al. Mn2O3-Na3PO4/TiO2 catalyst with high anti-agglomeration and attrition resistance for fluidized-bed oxidative coupling of methane
Baronskaya et al. Compact reactor for water gas shift reaction over thermal-conducting catalysts
Leu et al. Influence of CuO/ZnO/Al2O3 wash-coating slurries on the steam reforming reaction of methanol

Legal Events

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

Effective date: 20161222