RU2455068C2 - Catalyst, preparation method thereof and method of producing synthetic gas from synthetic hydrocarbon fuel - Google Patents
Catalyst, preparation method thereof and method of producing synthetic gas from synthetic hydrocarbon fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455068C2 RU2455068C2 RU2010135826/04A RU2010135826A RU2455068C2 RU 2455068 C2 RU2455068 C2 RU 2455068C2 RU 2010135826/04 A RU2010135826/04 A RU 2010135826/04A RU 2010135826 A RU2010135826 A RU 2010135826A RU 2455068 C2 RU2455068 C2 RU 2455068C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- oxide
- methanol
- chromium
- copper
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к катализаторам паровой конверсии синтетических топлив, преимущественно метанола, для получения синтез-газа. Синтез-газ может быть использован в химических производствах, для сжигания в каталитических тепловых установках, в водородной энергетике, в том числе - в топливных элементах (ТЭ).The invention relates to catalysts for the steam conversion of synthetic fuels, mainly methanol, to produce synthesis gas. Synthesis gas can be used in chemical production, for combustion in catalytic thermal installations, in hydrogen energy, including in fuel cells (FC).
Для получения водорода в качестве первой стадии процесса обычно используется паровой или автотермический риформинг, в результате которого из метанола или иных видов топлив получается синтез-газ. Паровая конверсия метанола в сравнении с иными видами риформинга обеспечивает максимальный выход водорода (около 70-74%) и потому может рассматриваться как одна из приоритетных. Метанол также представляет значительный интерес из-за доступности сырья и относительно низкой температуры проведения процесса паровой конверсии. Однако для осуществления эндотермической реакции паровой конверсии метанола с целью получения синтез-газа необходим подвод тепла в зону реакции от внешнего источника. В настоящее время для проведения реакции паровой конверсии используются трубчатые аппараты с неподвижным слоем катализатора. При этом производительность такого реактора с неподвижным слоем катализатора зависит не только от активности используемого катализатора, но и от интенсивности передачи тепла через стенку аппарата и радиальной теплопроводности слоя зерен. Коэффициенты теплообмена через стенку аппарата и радиальная теплопроводность слоя определяются размерами зерна катализатора и линейной скоростью газа в реакторе и, таким образом, возможности их увеличения ограничены. В связи с этим для снижения этих тепловых сопротивлений и повышения производительности единицы объема реактора необходима разработка новых подходов в организации процесса.To produce hydrogen, steam or autothermal reforming is usually used as the first stage of the process, as a result of which synthesis gas is obtained from methanol or other types of fuel. Steam conversion of methanol in comparison with other types of reforming provides the maximum yield of hydrogen (about 70-74%) and therefore can be considered as one of the priority ones. Methanol is also of considerable interest due to the availability of raw materials and the relatively low temperature of the steam reforming process. However, for the implementation of the endothermic steam reforming reaction of methanol in order to obtain synthesis gas, it is necessary to supply heat to the reaction zone from an external source. Currently, tubular apparatus with a fixed catalyst bed is used to carry out the steam reforming reaction. Moreover, the performance of such a reactor with a fixed catalyst bed depends not only on the activity of the catalyst used, but also on the intensity of heat transfer through the apparatus wall and the radial thermal conductivity of the grain layer. The heat transfer coefficients through the apparatus wall and the radial thermal conductivity of the layer are determined by the grain size of the catalyst and the linear velocity of the gas in the reactor and, therefore, the possibility of their increase is limited. In this regard, to reduce these thermal resistances and increase the productivity of a unit volume of the reactor, it is necessary to develop new approaches to the organization of the process.
Изобретение решает задачу эффективной генерации водородсодержащего газа путем паровой конверсии синтетических топлив, преимущественно метанола, для использования в энергоустановках различного типа.The invention solves the problem of efficient generation of hydrogen-containing gas by steam conversion of synthetic fuels, mainly methanol, for use in various types of power plants.
Поскольку паровая конверсия является эндотермическим процессом, то для ее осуществления необходим подвод тепла в зону реакции. Поэтому решение данной проблемы может быть найдено в тепловом сопряжении эндотермической реакции паровой конверсии метанола и каталитическом окислении, например, водородсодержащего анодного газа, остающегося после топливной батареи (S.Nagano et al., 2002; L. Pan and S.Wang, 2005; J.Lattner and M. Harold, 2005; W. Cao, 2006), либо исходного углеводородного газа.Since steam conversion is an endothermic process, for its implementation it is necessary to supply heat to the reaction zone. Therefore, a solution to this problem can be found in the thermal conjugation of the endothermic reaction of methanol steam reforming and the catalytic oxidation of, for example, a hydrogen-containing anode gas remaining after a fuel battery (S. Nagano et al., 2002; L. Pan and S. Wang, 2005; J .Lattner and M. Harold, 2005; W. Cao, 2006), or hydrocarbon feed gas.
Высокая теплопроводность структурированного металлопористого катализатора и металлической стенки, практическое отсутствие пространственной разделенности зон реакций могут обеспечить необходимую сопряженность по теплу данных реакций. Такой способ проведения процесса позволяет создать устройство, обладающее преимуществами как существующих вариантов парового риформера (высокий выход водорода), так и автотермических устройств (малая масса и размеры, незначительное гидравлическое сопротивление, малая инерционность). В нашем случае устройство состоит из двух каталитических блоков, сопряженных по теплу. Первый блок состоит из эндотермических каналов металлопористого катализатора паровой конверсии метанола, где следующие реакции имеют место быть:The high thermal conductivity of the structured metal-porous catalyst and the metal wall, the practical absence of spatial separation of the reaction zones can provide the necessary heat coupling of these reactions. This method of carrying out the process allows you to create a device that has the advantages of both existing versions of the steam reformer (high hydrogen output) and autothermal devices (low weight and size, low hydraulic resistance, low inertia). In our case, the device consists of two catalytic blocks coupled by heat. The first block consists of endothermic channels of a metalloporous methanol steam reforming catalyst, where the following reactions take place:
CH4O+Н2O=CO2+3H2 - паровая конверсия метанола;CH 4 O + H 2 O = CO 2 + 3H 2 - steam methanol conversion;
СО+H2O=СO2+Н2 - шифт-реакция;СО + H 2 O = СО 2 + Н 2 - shift reaction;
CH4O=СО+2Н2 - разложение метанола.CH 4 O = CO + 2H 2 - decomposition of methanol.
Второй блок состоит из экзотермических каналов катализатора глубокого окисления исходного топлива, где протекают следующие экзотермические реакции:The second block consists of exothermic channels of the deep oxidation catalyst of the initial fuel, where the following exothermic reactions proceed:
CH4O+1.5O2=СO2+2Н2O - окисление метанола в момент запуска и нагрева;CH 4 O + 1.5O 2 = СО 2 + 2Н 2 O - methanol oxidation at the time of starting and heating;
Н2+0.5O2=Н2O - окисление водородсодержащего газа, остающегося после топливной батареи.Н 2 + 0.5O 2 = Н 2 O - oxidation of a hydrogen-containing gas remaining after a fuel battery.
В настоящее время такие сопряженные по теплу реформеры представляют значительный интерес из-за развития высокотемпературных протонообменных топливных ячеек (НТ PEMFCs), предъявляющих высокие требования к низкой концентрации СО в синтез-газе (A.Reiche et al., 2006). Использование метанола для генерации водородсодержащего газа с использованием парового реформинга метанола с отношением Н2O/МеОН>1.3 позволяет получить концентрацию СО не более 3% в реакционных продуктах, которые могут быть использованы для подачи в НТ PEMFC батарею.Currently, such heat-coupled reformers are of considerable interest due to the development of high-temperature proton-exchange fuel cells (NT PEMFCs), which place high demands on the low concentration of CO in the synthesis gas (A.Reiche et al., 2006). The use of methanol to generate a hydrogen-containing gas using steam reforming of methanol with a ratio of H 2 O / MeOH> 1.3 allows us to obtain a CO concentration of not more than 3% in reaction products that can be used to supply a PEMFC battery to NT.
В предлагаемом изобретении металлопористый блочный катализатор паровой конверсии метанола позволяет обеспечивать сопряженность по теплу между эндотермической реакцией паровой конверсии метанола и экзотермической реакцией окисления метанола и/или анодного газа.In the present invention, the metal-porous block methanol steam reforming catalyst allows heat coupling between the endothermic methanol steam reforming reaction and the exothermic oxidation reaction of methanol and / or anode gas.
Поставленная задача решается использованием металлопористого блочного катализатора паровой конверсии метанола.The problem is solved using a metalloporous block catalyst for the steam conversion of methanol.
Катализатор получения синтез-газа паровой конверсией синтетических углеводородных топлив, преимущественно метанола, характеризующийся тем, что он представляет собой каталитический структурированный блок с системой газораспределения, состоящий из чередующихся гофрированных и плоских каталитически активных лент, образующих каналы.The catalyst for producing synthesis gas by steam conversion of synthetic hydrocarbon fuels, mainly methanol, characterized in that it is a catalytic structured unit with a gas distribution system, consisting of alternating corrugated and flat catalytically active tapes forming channels.
В качестве металлопористого блочного катализатора паровой конверсии метанола используют армированный пористый материал, содержащий в качестве активных компонентов оксиды меди, цинка, хрома и алюминия. Использование металлопористого блочного катализатора на подложке из нержавеющей сетки позволяет обеспечить тепловое сопряжение между эндотермической и экзотермической зонами. Металлопористый блочный катализатор представляет собой монолит, образующийся из плоских и гофрированных каталитически активных лент, образующих канальчатую структуру слоя катализатора. Диаметр канала определяется размером гофра каталитически активной ленты.Reinforced porous material containing oxides of copper, zinc, chromium and aluminum as active components is used as a metal-porous block catalyst for the steam conversion of methanol. The use of a metalloporous block catalyst on a stainless steel substrate allows thermal coupling between the endothermic and exothermic zones. The metal-porous block catalyst is a monolith formed from flat and corrugated catalytically active tapes forming a channel-like structure of the catalyst layer. The diameter of the channel is determined by the size of the corrugation of the catalytically active tape.
Таким образом, образуется пористая структура, состоящая из крупных транспортных пор - каналов (за счет гофр) и мелких пор (за счет пористости сетки). Это создает благоприятные условия для передачи тепла от экзотермической реакции окисления метанола и/или анодного газа (водорода) в зону протекания эндотермической реакции паровой конверсии метанола.Thus, a porous structure is formed, consisting of large transport pores - channels (due to the corrugation) and small pores (due to the porosity of the mesh). This creates favorable conditions for the transfer of heat from the exothermic oxidation reaction of methanol and / or anode gas (hydrogen) to the zone of the endothermic reaction of steam methanol conversion.
Использование структурированного блочного катализатора на подложке из нержавеющей сетки позволяет обеспечить тепловое сопряжение между эндотермической и экзотермической зонами.The use of a structured block catalyst on a stainless steel substrate allows thermal coupling between the endothermic and exothermic zones.
Анализ литературных и патентных данных показывает, что основное направление разработок катализаторов паровой конверсии метанола связано с низкотемпературными шифт-катализаторами (рабочий диапазон 200-275°С), которые включают в качестве активных компонентов нанесенные оксиды меди, цинка, хрома и алюминия. Недостатком данных катализаторов является их пироформность (способность самовоспламеняться и/или окисляться при контакте с воздухом) и дезактивация после продолжительной работы. Другое направление разработок катализаторов паровой конверсии метанола связано с высокотемпературными катализаторами синтеза метанола. Эти катализаторы не содержат оксидов меди и включают в качестве активного компонента нанесенные оксиды железа. Эти катализаторы менее пироформны и проявляют высокую активность в реакции паровой конверсии метанола. Недостатком данных катализаторов является более высокий температурный диапазон.An analysis of the literature and patent data shows that the main direction of development of methanol steam reforming catalysts is associated with low-temperature shift catalysts (working range 200-275 ° С), which include supported oxides of copper, zinc, chromium and aluminum as active components. The disadvantage of these catalysts is their pyrophoricity (the ability to self-ignite and / or oxidize upon contact with air) and deactivation after prolonged use. Another area of development of methanol steam reforming catalysts is associated with high-temperature methanol synthesis catalysts. These catalysts do not contain copper oxides and include supported iron oxides as an active component. These catalysts are less pyrophoric and exhibit a high activity in the methanol steam reforming reaction. The disadvantage of these catalysts is a higher temperature range.
Наиболее близким к предлагаемому нами катализатору является катализатор получения синтез-газа паровой конверсией метанола [US 2006/0236607, A1, B01J 8/00, 26.10.2006]. Катализатор представляет собой неподвижный слой зерен катализатора. Неподвижный слой катализатора представляет собой зерна из оксида алюминия, с нанесенными активными компонентами из оксида меди, оксида хрома, оксида цинка и алюмината кальция. Процесс осуществляют при входной температуре смеси 500°С.Closest to our proposed catalyst is a catalyst for producing synthesis gas by steam methanol conversion [US 2006/0236607, A1, B01J 8/00, 10.26.2006]. The catalyst is a fixed bed of catalyst grains. The fixed catalyst bed is alumina grains coated with active components of copper oxide, chromium oxide, zinc oxide and calcium aluminate. The process is carried out at an inlet temperature of the mixture of 500 ° C.
Недостатком данного катализатора является то, что производительность реактора с неподвижным слоем катализатора зависит не только от активности используемого катализатора, но и от интенсивности передачи тепла через стенку аппарата и радиальной теплопроводности слоя зерен. При этом коэффициенты теплообмена через стенку аппарата и радиальная теплопроводность слоя определяются размерами зерна катализатора и линейной скоростью газа в реакторе и, таким образом, возможности их увеличения ограничены. Кроме того, структура носителя обладает большим разбросом размеров пор и высоким гидравлическим сопротивлением. Он имеет высокую пористость и замкнутые поры, что снижает теплопроводность и удельную поверхность, а также механические характеристики.The disadvantage of this catalyst is that the performance of a reactor with a fixed catalyst bed depends not only on the activity of the catalyst used, but also on the intensity of heat transfer through the apparatus wall and the radial thermal conductivity of the grain layer. In this case, the heat transfer coefficients through the apparatus wall and the radial thermal conductivity of the layer are determined by the grain size of the catalyst and the linear velocity of the gas in the reactor and, therefore, the possibility of their increase is limited. In addition, the structure of the carrier has a large variation in pore size and high hydraulic resistance. It has high porosity and closed pores, which reduces thermal conductivity and specific surface, as well as mechanical characteristics.
Изобретение решает задачу приготовления эффективного катализатора получения синтез-газа паровой конверсией метанола.The invention solves the problem of preparing an effective catalyst for producing synthesis gas by steam methanol conversion.
Катализатор должен обладать следующими свойствами:The catalyst should have the following properties:
- высокой активностью и термостабильностью;- high activity and thermal stability;
- теплопроводностью слоя катализатора на уровне 1-5 ватт/мК;- thermal conductivity of the catalyst layer at the level of 1-5 watts / mK;
- возможностью использования катализатора в качестве структурных элементов конструкции реактора;- the possibility of using the catalyst as structural elements of the reactor structure;
- низкой стоимостью;- low cost;
- соответствием коэффициентов теплового расширения материала носителя и каталитически активного слоя;- the correspondence of the thermal expansion coefficients of the carrier material and the catalytically active layer;
- низким гидравлическим сопротивлением;- low hydraulic resistance;
- хорошей адгезией слоя катализатора и металлической поверхности.- good adhesion of the catalyst layer and the metal surface.
Задача решается катализатором получения синтез-газа паровой конверсией синтетических углеводородных топлив, преимущественно метанола, который представляет собой каталитический структурированный блок с системой газораспределения, состоящий из чередующихся гофрированных и плоских каталитически активных лент, образующих каналы.The problem is solved by a catalyst for producing synthesis gas by steam reforming of synthetic hydrocarbon fuels, mainly methanol, which is a catalytic structured unit with a gas distribution system consisting of alternating corrugated and flat catalytically active tapes forming channels.
Величина гофра составляет, ориентировочно, 2 мм.The size of the corrugation is approximately 2 mm.
В качестве катализатора паровой конверсии используют катализатор, содержащий в качестве активных компонентов соединения меди, цинка, хрома и алюминия.As a steam reforming catalyst, a catalyst containing copper, zinc, chromium and aluminum compounds as active components is used.
Катализатор содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас.%: оксид меди - 5-15, оксид хрома - 0,4-2,6, оксид цинка - 3-16 и оксид алюминия - 2-8, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%.The catalyst contains these components in the following amounts, wt.%: Copper oxide - 5-15, chromium oxide - 0.4-2.6, zinc oxide - 3-16 and aluminum oxide - 2-8, reinforced metal-porous support - the rest is up to one hundred%.
Армированный металлопористый носитель может быть выполнен из нержавеющей тканой сетки полотняного переплетения марка проволоки 12Х18Н9, фехралевой проволоки Х23Ю5Т, Мегапир 200, ЕврофехральGSТ, ЕврофехральGS 23-5, ЕврофехральGS SY, из нержавеющей тканой сетки саржевого переплетения С 120 марка проволоки 12Х18Н9.The reinforced metal-porous carrier can be made of stainless woven fabric of plain weave, wire grade 12X18H9, fechral wire X23YU5T, Megapir 200, EurofehralGST, EurofehralGS 23-5, EurofehralGS SY, stainless steel woven mesh twill weave C 120N grade 18 CX12 grade 18.
Задача решается также способом приготовления катализатора получения синтез-газа паровой конверсией синтетических углеводородных топлив, преимущественно, метанола, нанесением активного компонента на носитель, который готовят пропиткой носителя раствором солей меди, хрома, цинка и алюминия, сушкой и последующей прокалкой при 400-450°С, в качестве носителя используют жаростойкий армированный металлопористый носитель, при этом получают катализатор следующего состава, содержащий, мас.%: оксид меди - 5-15, оксид хрома - 0,4-2,6, оксид цинка - 3-16 и оксид алюминия - 2-8, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%.The problem is also solved by the method of preparing a catalyst for producing synthesis gas by steam conversion of synthetic hydrocarbon fuels, mainly methanol, applying the active component to a carrier, which is prepared by impregnating the carrier with a solution of copper, chromium, zinc and aluminum salts, drying and subsequent calcining at 400-450 ° C , a heat-resistant reinforced metal-porous carrier is used as a carrier, and a catalyst of the following composition is obtained, containing, wt.%: copper oxide - 5-15, chromium oxide - 0.4-2.6, zinc oxide - 3-16 and oxy d aluminum - 2-8, reinforced metal-porous carrier - the rest is up to 100%.
Армированный металлопористый носитель может быть выполнен из нержавеющей тканой сетки полотняного переплетения марка проволоки 12Х18Н9 согласно ГОСТ 3187-76, фехралевой проволоки Х23Ю5Т, Мегапир 200, ЕврофехральGSТ, ЕврофехральGS 23-5, ЕврофехральGS SY, из нержавеющей тканой сетки саржевого переплетения С120 марка проволоки 12Х18Н9.The reinforced metal-porous carrier can be made of stainless woven fabric of plain weave, wire grade 12X18H9 according to GOST 3187-76, Fe23 wire X23U5T, Megapir 200, EurofehralGST, EurofehralGS 23-5, EurofehralGS SY, stainless steel wire mesh Twill 18 binder.
Задача решается также способом получения синтез-газа паровой конверсией метанола, который проводят с использованием описанного выше катализатора. Содержание СО в продуктах реакции не более 3%.The problem is also solved by the method of producing synthesis gas by steam reforming of methanol, which is carried out using the catalyst described above. The content of CO in the reaction products is not more than 3%.
Задача решается применением металлопористых монолитных катализаторов на жаростойких сетчатых носителях со значительной продольной и радиальной теплопроводностью армированного металлопористого носителя, обладающего высокой теплопроводностью, развитой поверхностью, регулярностью структуры и механической прочностью, низким гидравлическим сопротивлением.The problem is solved by the use of metal-porous monolithic catalysts on heat-resistant mesh carriers with significant longitudinal and radial thermal conductivity of a reinforced metal-porous carrier having high thermal conductivity, developed surface, regular structure and mechanical strength, low hydraulic resistance.
В качестве носителя предлагается использовать жаростойкий армированный металлопористый носитель, изготовленный из сетчатых жаростойких сталей, на который наносят активные компоненты. Такая технология обеспечивает механическую прочность, теплопроводность, регулярность и однородность структуры, низкое гидравлическое сопротивление.It is proposed to use a heat-resistant reinforced metal-porous carrier made of mesh heat-resistant steels, on which active components are applied, as a carrier. This technology provides mechanical strength, thermal conductivity, regularity and uniformity of structure, low hydraulic resistance.
При этом появляется возможность путем выбора химического состава носителя обеспечить оптимальные характеристики для каждого конкретного применения.In this case, it becomes possible, by choosing the chemical composition of the carrier, to provide optimal characteristics for each specific application.
Таким образом, задача решается разработкой катализатора для получения синтез-газа посредством паровой конверсии синтетического углеводородного кислородсодержащего топлива (метанола), представляющего собой металлопористый монолитный катализатор. Катализатор содержит оксид меди, оксид хрома, оксид цинка и оксид алюминия, нанесенные на жаростойкий армированный металлопористый носитель, в качестве которого можно применять армированную нержавеющую сетку, при содержании компонентов в катализаторе, мас.%: оксид меди - 5-15, оксид хрома - 0,4-2,6, оксид цинка - 3-16 и оксид алюминия - 2-8, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%.Thus, the problem is solved by the development of a catalyst for producing synthesis gas through steam reforming of a synthetic hydrocarbon oxygen-containing fuel (methanol), which is a metal-porous monolithic catalyst. The catalyst contains copper oxide, chromium oxide, zinc oxide and aluminum oxide deposited on a heat-resistant reinforced metal-porous carrier, which can be used as a reinforced stainless steel mesh, with the content of components in the catalyst, wt.%: Copper oxide - 5-15, chromium oxide - 0.4-2.6, zinc oxide - 3-16 and aluminum oxide - 2-8, reinforced metal-porous carrier - the rest is up to 100%.
Жаростойкий армированный металлопористый носитель представляет собой сетчатый материал промышленного производства.The heat-resistant reinforced metal-porous carrier is a mesh material of industrial production.
Задача решается также способом приготовления катализатора, который включает последовательность выполнения операций по усовершенствованной технологии.The problem is also solved by the method of preparation of the catalyst, which includes a sequence of operations using advanced technology.
1. Зачистка и отжиг армирующей сетки проводят при 600°C с тем, чтобы удалить защитное покрытие и улучшить формовочные свойства.1. Stripping and annealing of the reinforcing mesh is carried out at 600 ° C in order to remove the protective coating and improve the molding properties.
2. Приготовление раствора с заданным соотношением активных компонентов включает в себя растворение в воде азотнокислых солей меди, хрома, цинка и алюминия.2. The preparation of a solution with a given ratio of active components includes the dissolution in water of nitric salts of copper, chromium, zinc and aluminum.
3. Осаждение активного компонента. Приготовленный носитель несколько раз пропитывают в водном растворе солей с заданным соотношением активных компонентов до тех пор, пока масса катализатора не увеличится на 20-25 мас.%. После каждого процесса пропитки образец сушат на воздухе и на короткий период нагревают до 400-450°С.3. Precipitation of the active component. The prepared carrier is impregnated several times in an aqueous solution of salts with a predetermined ratio of active components until the mass of the catalyst increases by 20-25 wt.%. After each impregnation process, the sample is dried in air and heated to 400-450 ° C for a short period.
4. Термообработку проводят в течение 4-5 ч. Температура термообработки зависит от термостойкости активного компонента.4. Heat treatment is carried out for 4-5 hours. The temperature of the heat treatment depends on the heat resistance of the active component.
5. Нарезание лент армированного катализатора заданной ширины. Ленты гофрируют с помощью специально разработанных гофропрессов.5. Cutting reinforced catalyst tapes of a given width. Ribbons are corrugated using specially designed crimpers.
6. Приготовление катализаторов регулярной структуры.6. Preparation of catalysts of regular structure.
На монолитный металлопористый катализатор на основе нержавеющей сетки (75-80 мас.%) наносят несколько раз водный раствор азотнокислых солей меди, хрома, цинка и алюминия, пока масса катализатора не увеличится на 15-20 мас.%. После каждого нанесения активных компонентов катализатор сушат и прокаливают при 400-450°С.An aqueous solution of nitrate salts of copper, chromium, zinc and aluminum is applied several times to a monolithic metal-porous catalyst based on a stainless mesh (75-80 wt.%), Until the mass of the catalyst increases by 15-20 wt.%. After each application of the active components, the catalyst is dried and calcined at 400-450 ° C.
Жаростойкий металлопористый носитель может быть также выполнен из нержавеющей тканой сетки полотняного переплетения марка проволоки 12Х18Н9, фехралевой проволоки Х23Ю5Т, Мегапир 200, ЕврофехральGSТ, ЕврофехральGS 23-5, ЕврофехральGS SY, из нержавеющей тканой сетки саржевого переплетения С 120 марка проволоки 12Х18Н9 согласно ГОСТ 3826-82.The heat-resistant metal-porous carrier can also be made of stainless woven fabric of linen weave, wire grade 12X18H9, fechral wire X23Yu5T, Megapir 200, EurofehralGST, EurofehralGS 23-5, EurofehralGS SY, stainless steel woven mesh twill weave according to GOST 82 1818 18 C1882 18 1826 18 C .
Задача решается также способом получения синтез-газа паровой конверсией метанола в присутствии вышеуказанного катализатора.The problem is also solved by the method of producing synthesis gas by steam reforming of methanol in the presence of the above catalyst.
Полученный катализатор характеризуется высокой теплопроводностью и активностью в реакции паровой конверсии метанола при температуре смеси на выходе из катализатора 275-300°С. При этих условиях в продуктах реакции обеспечивается содержание H2 до 74% и СО около 1% (даны концентрации в сухой смеси).The resulting catalyst is characterized by high thermal conductivity and activity in the reaction of steam reforming of methanol at a mixture temperature of 275-300 ° C at the outlet of the catalyst. Under these conditions, the reaction products provide a H 2 content of up to 74% and CO about 1% (given the concentration in the dry mixture).
Отличительными признаками предлагаемого металлопористого блочного катализатора являются:Distinctive features of the proposed metalloporous block catalyst are:
1. Состав катализатора паровой конверсии метанола, содержащий мас.%: оксид меди - 5-15, оксид хрома - 0,4-2,6, оксид цинка - 3-16 и оксид алюминия - 2-8, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%.1. The composition of the methanol steam reforming catalyst, containing wt.%: Copper oxide - 5-15, chromium oxide - 0.4-2.6, zinc oxide - 3-16 and aluminum oxide - 2-8, reinforced metal-porous carrier - the rest up to 100%.
2. Армированный металлопористый носитель, может быть выполнен из нержавеющей тканой сетки полотняного переплетения марка проволоки 12Х18Н9, фехралевой проволоки Х23Ю5Т, Мегапир 200, ЕврофехральGSТ, ЕврофехральGS 23-5, ЕврофехральGS SY, из нержавеющей тканой сетки саржевого переплетения С 120 марка проволоки 12Х18Н9 согласно ГОСТ 3187-76.2. Reinforced metal-porous carrier, can be made of stainless woven fabric of plain weave, wire grade 12X18H9, fecal wire X23YU5T, Megapir 200, EurofehralGST, EurofehralGS 23-5, EurofehralGS SY, stainless steel woven wire mesh twill weave according to GOST 12 C18X18 18 120 120 120 120 -76.
Использование в качестве носителя армированного металлопористого носителя увеличивает теплопроводность катализатора, а также делает возможным изготовление структурированного (блочного) катализатора.The use of a reinforced metal-porous carrier as a carrier increases the thermal conductivity of the catalyst, and also makes it possible to produce a structured (block) catalyst.
3. Металлопористый блочный катализатор позволяет обеспечить подачу тепла, необходимого для протекания эндотермической реакции паровой конверсии метанола, протекающей на катализаторе.3. The metal-porous block catalyst allows for the supply of heat necessary for the endothermic reaction of steam reforming of methanol flowing on the catalyst.
4. Металлопористый блочный катализатор обеспечивает содержание СО в продуктах паровой конверсии на уровне не более 3%, что делает возможным подачу генерируемого водородсодержащего газа на НТ PEMFC батарею.4. The metal-porous block catalyst ensures the CO content in the steam conversion products at a level of no more than 3%, which makes it possible to supply the generated hydrogen-containing gas to the NT PEMFC battery.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
На катализатор паровой конверсии метанола, содержащий, мас.%: оксид меди - 5,2, оксид хрома - 2,6, оксид цинка - 3,2 и оксид алюминия - 5,0, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%, подают 1,65 г/мин воднометанольной смеси Н2О/СН3ОН (моль)=1.3.The methanol steam reforming catalyst, containing, wt.%: Copper oxide - 5.2, chromium oxide - 2.6, zinc oxide - 3.2 and aluminum oxide - 5.0, reinforced metal-porous support - the rest is up to 100%, served 1.65 g / min of an aqueous methanol mixture of H 2 O / CH 3 OH (mol) = 1.3.
Содержание сухого синтез-газа, %:The content of dry synthesis gas,%:
водорода 72,9hydrogen 72.9
монооксида углерода 2,8carbon monoxide 2.8
диоксида углерода 22,7.carbon dioxide 22.7.
Пример 2Example 2
На катализатор паровой конверсии метанола, содержащий, мас.%: оксид меди - 7,6, оксид хрома - 0,4, оксид цинка - 5,8 и оксид алюминия - 6,2, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%, подают 1,65 г/мин воднометанольной смеси Н2O/СН3ОН (моль)=1.3.The methanol steam reforming catalyst, containing, wt.%: Copper oxide - 7.6, chromium oxide - 0.4, zinc oxide - 5.8 and aluminum oxide - 6.2, reinforced metal-porous support - the rest is up to 100%, served 1.65 g / min of an aqueous methanol mixture of H 2 O / CH 3 OH (mol) = 1.3.
Содержание сухого синтез-газа, %:The content of dry synthesis gas,%:
водорода 73hydrogen 73
монооксида углерода 2,6carbon monoxide 2.6
диоксида углерода 22,9.carbon dioxide 22.9.
Пример 3Example 3
На катализатор паровой конверсии метанола, содержащий, мас.%: оксид меди - 5,2, оксид хрома - 2,6, оксид цинка - 3,2 и оксид алюминия - 5,0, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%, подают 2,45 г/мин воднометанольной смеси Н2O/СН3ОН (моль)=2.5.The methanol steam reforming catalyst, containing, wt.%: Copper oxide - 5.2, chromium oxide - 2.6, zinc oxide - 3.2 and aluminum oxide - 5.0, reinforced metal-porous support - the rest is up to 100%, served 2.45 g / min of an aqueous methanol mixture of H 2 O / CH 3 OH (mol) = 2.5.
Содержание сухого синтез-газа, %:The content of dry synthesis gas,%:
водорода 71,2hydrogen 71.2
монооксида углерода 1,6carbon monoxide 1.6
диоксида углерода 22,3carbon dioxide 22.3
Пример 4Example 4
На катализатор паровой конверсии метанола, содержащий, мас.%: оксид меди - 7,6, оксид хрома - 0,4, оксид цинка - 5,8 и оксид алюминия - 6,2, армированный металлопористый носитель - остальное до 100%, подают 2,45 г/мин воднометанольной смеси Н2O/СН3ОН (моль)=2.5.The methanol steam reforming catalyst, containing, wt.%: Copper oxide - 7.6, chromium oxide - 0.4, zinc oxide - 5.8 and aluminum oxide - 6.2, reinforced metal-porous support - the rest is up to 100%, served 2.45 g / min of an aqueous methanol mixture of H 2 O / CH 3 OH (mol) = 2.5.
Содержание сухого синтез-газа, %:The content of dry synthesis gas,%:
водорода 74hydrogen 74
монооксида углерода 1,0carbon monoxide 1.0
диоксида углерода 23,2.carbon dioxide 23.2.
Предлагаемое изобретение позволяет создать эффективный металлопористый блочный катализатор для генерации водородсодержащего газа путем паровой конверсии синтетических топлив (метанола). Катализатор обеспечивает генерацию синтез-газа с содержанием СО не более 3%.The present invention allows to create an effective metalloporous block catalyst for the generation of hydrogen-containing gas by steam reforming of synthetic fuels (methanol). The catalyst generates synthesis gas with a CO content of not more than 3%.
Изобретение может быть использовано в водородной энергетике (в ТЭ НТ PEMFC).The invention can be used in hydrogen energy (in TE NT PEMFC).
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135826/04A RU2455068C2 (en) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Catalyst, preparation method thereof and method of producing synthetic gas from synthetic hydrocarbon fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135826/04A RU2455068C2 (en) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Catalyst, preparation method thereof and method of producing synthetic gas from synthetic hydrocarbon fuel |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010135826A RU2010135826A (en) | 2012-03-10 |
RU2455068C2 true RU2455068C2 (en) | 2012-07-10 |
Family
ID=46028698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010135826/04A RU2455068C2 (en) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Catalyst, preparation method thereof and method of producing synthetic gas from synthetic hydrocarbon fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2455068C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2673527C2 (en) * | 2014-03-04 | 2018-11-27 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Steam reforming |
RU2673839C2 (en) * | 2014-03-04 | 2018-11-30 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Catalytic installation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1093852A1 (en) * | 1998-06-09 | 2001-04-25 | Idemitsu Kosan Company Limited | Catalyst and process for reforming hydrocarbon |
RU2209378C2 (en) * | 2001-09-27 | 2003-07-27 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Water heating boiler and its operation method |
EP1533271A1 (en) * | 2003-11-22 | 2005-05-25 | Haldor Topsoe A/S | Process for the preparation of hydrogen or synthesis gas |
RU2269725C1 (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalytic hot-water boiler |
CN101185895A (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-28 | 南化集团研究院 | Catalyst for synthesizing low carbon mellow with synthesis gas and preparation method thereof |
-
2010
- 2010-08-30 RU RU2010135826/04A patent/RU2455068C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1093852A1 (en) * | 1998-06-09 | 2001-04-25 | Idemitsu Kosan Company Limited | Catalyst and process for reforming hydrocarbon |
RU2209378C2 (en) * | 2001-09-27 | 2003-07-27 | Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН | Water heating boiler and its operation method |
EP1533271A1 (en) * | 2003-11-22 | 2005-05-25 | Haldor Topsoe A/S | Process for the preparation of hydrogen or synthesis gas |
RU2269725C1 (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalytic hot-water boiler |
CN101185895A (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-28 | 南化集团研究院 | Catalyst for synthesizing low carbon mellow with synthesis gas and preparation method thereof |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2673527C2 (en) * | 2014-03-04 | 2018-11-27 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Steam reforming |
RU2673839C2 (en) * | 2014-03-04 | 2018-11-30 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Catalytic installation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010135826A (en) | 2012-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6616909B1 (en) | Method and apparatus for obtaining enhanced production rate of thermal chemical reactions | |
US7867299B2 (en) | Methods, apparatus, and systems for producing hydrogen from a fuel | |
JP5105420B2 (en) | Water-gas shift noble metal catalyst having oxide support modified with rare earth elements | |
BR112013020271B1 (en) | Method for preparing a catalyst suitable for use in a steam reforming process | |
JP2012110894A (en) | Catalyst, method of manufacturing the same, and reaction using the catalyst | |
Solov’ev et al. | Tri-reforming of methane on structured Ni-containing catalysts | |
KR101365787B1 (en) | Process conditions for pt-re bimetallic water gas shift catalysts | |
Li et al. | SiC foam monolith catalyst for pressurized adiabatic methane reforming | |
JP2005529824A (en) | Suppression of methanation activity of platinum group metal catalysts for water-gas conversion | |
KR20140133077A (en) | Combined steam and CO2 reforming method of methane in GTL process | |
RU2455068C2 (en) | Catalyst, preparation method thereof and method of producing synthetic gas from synthetic hydrocarbon fuel | |
US9789471B2 (en) | Monolith catalyst for carbon dioxide reforming reaction, preparation method for same, and preparation method for synthesis gas using same | |
JP2022502251A (en) | A catalyst for methane oxidation having a core-shell structure, a method for producing the catalyst, and a method for oxidizing methane using the catalyst. | |
RU2491118C1 (en) | Method of making catalyst for production of synthesis gas, catalyst thus made and method of producing synthesis gas with its application | |
KR100976789B1 (en) | Catalyst for water gas shift reaction, method for production thereof, and method of water gas shift by using same | |
KR102090749B1 (en) | Catalyst for oxidative coupling of methane | |
KR100891903B1 (en) | Nickel catalysts supported on alumina-zirconia oxide complex for steam reforming of liquefied natural gas and preparation methods therof | |
RU2493912C1 (en) | Method of preparing catalyst for producing synthesis gas | |
KR102141105B1 (en) | A method of producing a metal support for carrying a catalyst having improved catalyst carrying amount and peel durability during thermal shock | |
RU2320408C1 (en) | Catalyst, method for preparation thereof, and synthesis gas generation process | |
RU2248932C1 (en) | Catalyst (options), method for preparation thereof (options) and synthesis gas generation method (option) | |
WO2017216420A1 (en) | A method and reactor for catalytic partial oxidation of hydrocarbons | |
Marcos et al. | Overall insights into sustainable utilization of methane and carbon dioxide in heterogeneous catalysis | |
KR20040020106A (en) | Process for high performance synthetic gas generation using the catalysts | |
KR100293200B1 (en) | Nickel based catalyst used in carbon dioxide reforming(cdr) reaction of methane and reforming method using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160831 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190520 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210202 |