RU2665711C1 - Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof - Google Patents
Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665711C1 RU2665711C1 RU2018121930A RU2018121930A RU2665711C1 RU 2665711 C1 RU2665711 C1 RU 2665711C1 RU 2018121930 A RU2018121930 A RU 2018121930A RU 2018121930 A RU2018121930 A RU 2018121930A RU 2665711 C1 RU2665711 C1 RU 2665711C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- catalyst
- conversion
- foam
- synthesis gas
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 title claims abstract description 21
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 title abstract description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 35
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 claims description 35
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 18
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical class [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 claims description 12
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 7
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical class [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000011654 magnesium acetate Chemical class 0.000 claims description 6
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 claims description 6
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 claims description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical class [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 2
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical class CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 13
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 10
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 abstract description 9
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000306 component Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 210000000497 foam cell Anatomy 0.000 abstract 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 15
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 10
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- MIEKOFWWHVOKQX-UHFFFAOYSA-N (S)-2-(4-Methoxyphenoxy)propanoic acid Chemical compound COC1=CC=C(OC(C)C(O)=O)C=C1 MIEKOFWWHVOKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- -1 fechral Chemical compound 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 2
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000792 Monel Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150003085 Pdcl gene Proteins 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000002816 fuel additive Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- DOLZKNFSRCEOFV-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);oxalate Chemical compound [Ni+2].[O-]C(=O)C([O-])=O DOLZKNFSRCEOFV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- AIYYMMQIMJOTBM-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) acetate Chemical class [Ni+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O AIYYMMQIMJOTBM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/02—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/755—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
- B01J38/48—Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended
- B01J38/64—Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended using alkaline material; using salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- 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
-
- 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
- Y02P20/584—Recycling of catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к катализаторам, способам их приготовления и применения в процессах конверсии различных видов углеводородных топлив, таких как природный газ, дизельное топливо, сжиженный углеводородный газ (СУГ), в синтез-газ для его дальнейшего использования в энергоустановках на основе топливных элементов, в качестве инициирующей горение добавки к топливу в двигателях внутреннего сгорания и других энергогенерирующих системах.The invention relates to catalysts, methods for their preparation and use in the conversion processes of various types of hydrocarbon fuels, such as natural gas, diesel fuel, liquefied petroleum gas (LPG), into synthesis gas for its further use in power plants based on fuel cells, as combustion-initiating fuel additives in internal combustion engines and other energy generating systems.
Высокопористые ячеистые материалы (ВПЯМ) - класс материалов ячеистой структуры, имеющих низкую плотность в сочетании с высокой удельной прочностью, макропористой структурой, низким гидравлическим сопротивлением. В настоящее время ВПЯМ применяют в качестве фильтрующих элементов, звукопоглощающих панелей, экранов, элементов конструкций теплообменников и отопительных устройств, огне- и взрывопреградителей, аэродинамических труб, топливных элементов. ВПЯМ могут быть изготовлены из различных базовых материалов: никель, медь, железо, нихром, алюминий, фехраль, хромаль, нержавеющие стали и сплавы, бронзы, монель, кобальт, родий, платина, золото, серебро, углерод, фарфор, керамические составы (оксиды, карбиды, нитриды, бориды, силициды). ВПЯМ имеют уникальную открытую пористую структуру: пористость 80-95%, размер пор 0.3-4 мм, проницаемость (0.8-5.0)*10-8 м2, удельную площадь поверхности пор на уровне 500-3500 м2/м3 (АО "ЭКАТ" http://ekokataliz.ru/wp-content/uploads/2016/04/Penomaterialyi-proizvodstva-kompanii-E%60KAT-1.pdf), низкую объемную теплоемкость, теплопроводность на уровне 3-5 Вт/(м⋅К), термостойкость на уровне 1000-1100°С. Все эти качества привели к тому, что в последнее время наблюдается повышенный интерес к практическому использованию материалов на основе ВПЯМ. Тем не менее, основное направление ВПЯМ в настоящее время пока связано с использованием керамических материалов. Керамические материалы имеют низкую теплопроводность, хрупкость, плохую обрабатываемость в качестве конструкционных материалов. ВПЯМ на основе металлов лишены указанных недостатков.Highly porous cellular materials (HPMP) - a class of materials of a cellular structure having a low density combined with high specific strength, macroporous structure, low hydraulic resistance. At present, HPLM is used as filter elements, sound-absorbing panels, screens, structural elements of heat exchangers and heating devices, fire and explosion arresters, wind tunnels, and fuel cells. HPLC can be made of various base materials: nickel, copper, iron, nichrome, aluminum, fechral, chrome, stainless steels and alloys, bronzes, monel, cobalt, rhodium, platinum, gold, silver, carbon, porcelain, ceramic compositions (oxides carbides, nitrides, borides, silicides). VPNM have a unique open porous structure: porosity 80-95%, pore size 0.3-4 mm, permeability (0.8-5.0) * 10 -8 m 2 , specific surface area of pores at the level of 500-3500 m 2 / m 3 (JSC " EKAT "http://ekokataliz.ru/wp-content/uploads/2016/04/Penomaterialyi-proizvodstva-kompanii-E%60KAT-1.pdf), low volumetric heat capacity, thermal conductivity at the level of 3-5 W / (m⋅ K), heat resistance at the level of 1000-1100 ° С. All these qualities have led to the fact that recently there has been an increased interest in the practical use of materials based on HPLM. Nevertheless, the main direction of HPLM is currently associated with the use of ceramic materials. Ceramic materials have low thermal conductivity, brittleness, poor machinability as structural materials. HPLM-based metals are free from these drawbacks.
Настоящее изобретение посвящено разработке катализаторов на основе ВПЯМ для конверсии различных видов углеводородных топлив, таких как природный газ, дизельное топливо, сжиженный углеводородный газ (СУГ), в синтез-газ для его дальнейшего использования в энергоустановках на основе топливных элементов, в качестве инициирующей горение добавки к топливу в двигателях внутреннего сгорания и других энергогенерирующих системах.The present invention is devoted to the development of HPMP-based catalysts for the conversion of various types of hydrocarbon fuels, such as natural gas, diesel fuel, liquefied petroleum gas (LPG), into synthesis gas for its further use in fuel cell-based power plants, as an initiating combustion additive to fuel in internal combustion engines and other energy generating systems.
В патенте RU 2323047, B01J 7/02 описан способ изготовления каталитических микроканальных пластин, которые в качестве пористого металлического носителя содержат пенометаллы, металлический войлок, металлическую вату, а также порошок катализатора, внедренный в поры металлического носителя. При этом количество каналов составляет от 2 до 120 штук на 1 см длины и зависит от размера пор в металле, а ширина канала и ширина стенки между каналами должна как минимум в 5 раз быть больше размера пор в используемом металле. В результате получаются микроканальные пластины, состоящие из металлической матрицы и порошка катализатора с субмиллиметровыми каналами заданного размера.Patent RU 2323047, B01J 7/02 describes a method for manufacturing catalytic microchannel plates, which contain foam metals, metal felt, metal wool, as well as catalyst powder embedded in the pores of the metal carrier as a porous metal support. The number of channels is from 2 to 120 pieces per 1 cm of length and depends on the pore size in the metal, and the channel width and wall width between the channels should be at least 5 times larger than the pore size in the metal used. The result is microchannel plates consisting of a metal matrix and catalyst powder with submillimeter channels of a given size.
В патенте US 6890878, B01J 8/00 предлагается метод приготовления смесевых катализаторов на основе 20% пеноматериалов и 60% по объему каталитически активной массы. После смешения катализатор пропитывается фосфорной кислотой и применяется для процессов каталитической конденсации углеводородов.In the patent US 6890878, B01J 8/00 a method for the preparation of mixed catalysts based on 20% foams and 60% by volume of the catalytically active mass is proposed. After mixing, the catalyst is impregnated with phosphoric acid and is used for catalytic condensation of hydrocarbons.
В патенте US 4863712, B01J 35/04 рассмотрен катализатор риформинга углеводородных топлив. Катализатор приготовлен на основе пенокерамики, имеет нерегулярную структуру с пористостью 40-85% и наблюдаемую плотность 0.7 г/см. Пенокерамика имеет открытые поры и доступна для пропитки активным компонентом.US Pat. No. 4,863,712, B01J 35/04 discloses a hydrocarbon fuel reforming catalyst. The catalyst is prepared on the basis of ceramic foam, has an irregular structure with a porosity of 40-85% and an observed density of 0.7 g / cm. Ceramic foam has open pores and is available for impregnation with the active component.
В патенте RU 2417840, B01J 5/10 описан каталитический элемент регулярной структуры, характеризующийся тем, что он состоит из двух конструктивно объединенных компонентов, первым компонентом является несущая матрица, выполненная из одного или более видов высокопористых проницаемых ячеистых материалов, в которой сформировано пространство для второго компонента. Вторым компонентом являются дискретные гранулы одного или более типов, которые полностью или частично размещены в сформированном пространстве внутри матрицы. По мнению заявителей, описанный каталитический элемент позволяет регулировать тепло- и массообменные параметры процессов путем комбинирования каталитических компонентов одного или разных типов; исключать потери от истирания и уноса используемого каталитического элемента. Конструктивно каталитический элемент может выполняется в виде матрицы из ВПЯМ, в каналы которой размещаются гранулы пористого материала. Возможны различные комбинации, когда матрица и гранулы выполняется из каталитически активных или инертных материалов. Технологические возможности каталитического элемента позволяют создавать из него пространственные структуры сложной и разнообразной формы. Матрица из ВПЯМ может быть приготовлена гальваническим формованием, пластической деформацией, штамповкой, сваркой, резанием и т.д. Существенным преимуществом каталитического элемента "ВПЯМ + гранулы" является возможность создания каталитических реакторов любой формы, а также с катализаторами переменного состава и загрузки в соответствии с конструктивными требованиями к реактору. Существенными недостатками предлагаемого технического решения является сложность конструкции, и ее пригодность только для экзотермических реакций. Расположение гранул катализатора внутри каналов матрицы фактически в более сложном виде повторяет обычный трубчатый реактор со всеми его проблемами, связанными с возникновением горячих пятен, неустойчивыми режимами, сложностью распределения газовых потоков, пристеночными коэффициентами теплопередачи и т.д.Patent RU 2417840, B01J 5/10 describes a catalytic element of a regular structure, characterized in that it consists of two structurally integrated components, the first component is a carrier matrix made of one or more types of highly porous permeable cellular materials, in which a space for the second component. The second component is discrete granules of one or more types, which are fully or partially placed in the formed space inside the matrix. According to the applicants, the described catalytic element allows you to adjust the heat and mass transfer parameters of the processes by combining the catalytic components of one or different types; exclude losses from abrasion and entrainment of the used catalytic element. Structurally, the catalytic element can be made in the form of a matrix of HPLM, in the channels of which granules of a porous material are placed. Various combinations are possible when the matrix and granules are made of catalytically active or inert materials. The technological capabilities of the catalytic element make it possible to create spatial structures of a complex and diverse form from it. The matrix from HPLC can be prepared by galvanic molding, plastic deformation, stamping, welding, cutting, etc. A significant advantage of the catalyst element "VPNM + granules" is the ability to create catalytic reactors of any shape, as well as catalysts of variable composition and loading in accordance with the design requirements for the reactor. Significant disadvantages of the proposed technical solution is the complexity of the design, and its suitability only for exothermic reactions. The location of the catalyst granules inside the matrix channels actually in a more complex form repeats a conventional tubular reactor with all its problems associated with the occurrence of hot spots, unstable modes, the complexity of the distribution of gas flows, wall heat transfer coefficients, etc.
Таким образом, из проведенного анализа можно сделать вывод, что ВПЯМ может быть перспективным носителем для последующего приготовления термостойких катализаторов. Но в этом случае требуется увеличение удельной внутренней поверхности ВПЯМ с ~0.05 м2/г до 1.7-1.8 м2/г, например, осаждением пористой подложки с последующим нанесением на нее активных компонентов.Thus, from the analysis we can conclude that HPLM can be a promising carrier for the subsequent preparation of heat-resistant catalysts. But in this case, an increase in the specific inner surface of the HPLM from ~ 0.05 m 2 / g to 1.7-1.8 m 2 / g is required, for example, by deposition of a porous substrate with subsequent application of active components to it.
Большинство промышленных катализаторов низкотемпературной конверсии углеводородных топлив основаны на использовании в качестве активных компонентов соединений никеля и хрома на оксиде алюминия. К ним относятся промышленные никельсодержащие катализаторы метанирования: НИАП-18 (NiO - 15 мас. %, СаО - 8 мас. %, Аl2O3 - 74.4 мас. %), НИАП-12-05 (NiO - 48 мас. %, Cr2O3 - 27 мас. %), НИАП-07-01 (NiO - 36 мас. %), НИАП-07-05 (NiO - 38 мас. %, Cr2O3 - 12 мас. %). Значительное содержание никеля и наличие хрома обеспечивают необходимый уровень активности и ресурс работы данных катализаторов, что было продемонстрировано экспериментально в реакции предриформинга дизельного топлива [В.А. Кириллов и др. Теор. основы Хим. Технологии. 2015. Т. 49, №1. С. 32-43].Most industrial catalysts for the low-temperature conversion of hydrocarbon fuels are based on the use of nickel and chromium-alumina compounds as active components. These include industrial nickel-containing methanation catalysts: NIAP-18 (NiO - 15 wt.%, CaO - 8 wt.%, Al 2 O 3 - 74.4 wt.%), NIAP-12-05 (NiO - 48 wt.%, Cr 2 O 3 - 27 wt.%), NIAP-07-01 (NiO - 36 wt.%), NIAP-07-05 (NiO - 38 wt.%, Cr 2 O 3 - 12 wt.%). A significant nickel content and the presence of chromium provide the necessary level of activity and the service life of these catalysts, which was experimentally demonstrated in the reaction of diesel pre-reforming [V.A. Kirillov et al. Theor. basics Chem. Technologies. 2015.V. 49, No. 1. S. 32-43].
Данные катализаторы успешно применяются в реакторах с неподвижным слоем катализатора при реализации традиционных промышленных процессов. Однако из-за низкой теплопроводности, хрупкости материалов, ограничений по конструктивному применению, проблем с реализацией динамических режимов, значительного гидравлического сопротивления применение катализаторов в нетрадиционных областях, таких как энергоустановки на основе топливных элементов, получение инициирующих горение добавок к топливу в двигателях внутреннего сгорания и других энергогенерирующих системах существенно ограничено.These catalysts are successfully used in fixed-bed reactors in traditional industrial processes. However, due to low thermal conductivity, fragility of materials, limitations on structural application, problems with the implementation of dynamic modes, significant hydraulic resistance, the use of catalysts in non-traditional areas, such as power plants based on fuel cells, the preparation of combustion-initiating additives to fuel in internal combustion engines and others power generating systems are significantly limited.
Наиболее близким аналогом к настоящему техническому решению, частично устраняющим указанные недостатки, является патент RU 2491118, B01J 23/40, В01J 35/04, где предложен способ приготовления катализатора на основе металлических сетчатых носителей (сетки из нержавеющей стали, фехраля, пенометаллов, никеля, монолитов из металлической фольги), имеющих низкое гидродинамическое сопротивление, и металлов VIII группы в качестве активного компонента, для получения синтез-газа из газообразного углеводородного сырья (например, метана, природного газа или попутных нефтяных газов), не сопровождающегося интенсивным сажеобразованием и повышенным образованием диоксида углерода. Последовательность технологических операций при приготовлении катализатора следующая:The closest analogue to this technical solution, partially eliminating these drawbacks, is the patent RU 2491118, B01J 23/40, B01J 35/04, which proposes a method of preparing a catalyst based on metal mesh carriers (stainless steel mesh, fechral, foam metals, nickel, monoliths from metal foil) having low hydrodynamic resistance, and Group VIII metals as an active component to produce synthesis gas from gaseous hydrocarbon feeds (for example, methane, natural gas or petroleum gas), not accompanied by intense sooting and increased formation of carbon dioxide. The sequence of technological operations in the preparation of the catalyst is as follows:
- термообработка при температуре 500-600°С;- heat treatment at a temperature of 500-600 ° C;
- приготовление водных растворов комплекса (Н2PdCl4, Н2PtCl4, Н3RhCl6), или оксалата никеля;- the preparation of aqueous solutions of the complex (H 2 PdCl 4 , H 2 PtCl 4 , H 3 RhCl 6 ), or nickel oxalate;
- обработка носителя погружением в приготовленный раствор при температуре 80-90°С на 5-10 мин, нанесение никеля осуществляется электролитическим способом;- treatment of the carrier by immersion in the prepared solution at a temperature of 80-90 ° C for 5-10 minutes, the deposition of Nickel is carried out by an electrolytic method;
- сушка на воздухе и активация в токе метановоздушной смеси при 200-800°С.- air drying and activation in a stream of methane-air mixture at 200-800 ° C.
Приготовленный катализатор содержит 0.1-10 мас. % металла VIII группы на носителе, предпочтительно 0.5-5 мас. %.The prepared catalyst contains 0.1-10 wt. % metal of group VIII on the carrier, preferably 0.5-5 wt. %
Указывается, что катализатор целесообразно применять в реакции парциального окисления метана при температурах 800-950°С, времени контакта 3000-10000 ч-1, мольном отношении кислород/метан 0.2-0.8, предпочтительно 0.45-0.55. При этих условиях селективность по оксиду углерода достигала 97%, конверсия метана на катализаторе 5% Рd/сетка - 91.5-83.1%, 1% Pt/сетка - 72.4%, 5%Ni/фехраль - 91.5%. Основными недостатками являются незначительная (фактически геометрическая) удельная поверхность катализатора, его направленность на проведение сильно экзотермических реакций окисления углеводородных топлив в области внешней диффузии, предположительно низкая активность при проведении эндотермических реакций конверсии углеводородных топлив, использование в качестве активных компонентов преимущественно платиноидов.It is indicated that the catalyst should be used in the partial oxidation of methane at temperatures of 800-950 ° C, contact time of 3000-10000 h -1 , the molar ratio of oxygen / methane 0.2-0.8, preferably 0.45-0.55. Under these conditions, the selectivity for carbon monoxide reached 97%, the methane conversion on the catalyst 5% Pd / grid was 91.5-83.1%, 1% Pt / grid was 72.4%, 5% Ni / fechral was 91.5%. The main disadvantages are the insignificant (actually geometric) specific surface area of the catalyst, its focus on conducting highly exothermic oxidation reactions of hydrocarbon fuels in the field of external diffusion, presumably low activity in carrying out endothermic reactions of the conversion of hydrocarbon fuels, and the use of mainly platinoids as active components.
Изобретение решает задачу разработки эффективных катализаторов конверсии углеводородных топлив в синтез-газ нанесением активного компонента на носитель.The invention solves the problem of developing effective catalysts for the conversion of hydrocarbon fuels into synthesis gas by applying the active component to a carrier.
Технический результат - высокая конверсия различных углеводородных топлив, главным образом природного газа, сжиженных углеводородных топлив, дизельного топлива, в синтез-газ.EFFECT: high conversion of various hydrocarbon fuels, mainly natural gas, liquefied hydrocarbon fuels, diesel fuel, into synthesis gas.
Задача решается способом приготовления катализатора конверсии углеводородных топлив в синтез-газ нанесением подложки и активного компонента на носитель, представляющий собой высокопористый пеноячеистый материал, пеноникель или пенонихром, (ВПЯМ), имеющий термостойкость на уровне 900-1100°С, теплопроводность 3-5 Вт/(м⋅К), пористую структуру PPI 50-100, пористость 90-95%, удельную поверхность 0.05 м2/г, суммарный объем пор 0.07-0.11 см3/г.The problem is solved by the method of preparing a catalyst for the conversion of hydrocarbon fuels into synthesis gas by applying a substrate and an active component to a carrier, which is a highly porous foam-cellular material, foam nickel or foam-nickel, (HPLC), having a heat resistance of 900-1100 ° C, thermal conductivity of 3-5 W / (m⋅K), the porous structure of PPI 50-100, porosity 90-95%, specific surface area 0.05 m 2 / g, total pore volume 0.07-0.11 cm 3 / g.
В качестве активного компонента наносят оксид магния и оксид никеля в количестве не менее 1 мас. %, предпочтительно 7-40 мас. %.As the active component, magnesium oxide and nickel oxide are applied in an amount of at least 1 wt. %, preferably 7-40 wt. %
Термообработку ВПЯМ проводят в окислительной среде при температуре 800-1100°С, в результате удельная поверхность увеличивается до 0,10 м2/г.The HPMP heat treatment is carried out in an oxidizing medium at a temperature of 800-1100 ° C, as a result, the specific surface increases to 0.10 m 2 / g.
Нанесение активного компонента проводят методом многократной пропитки растворами солей нитрата или ацетата магния до привеса оксида магния на поверхности носителя 5-20 мас. % с последующей ступенчатой термообработкой и формированием пленки оксида магния, равномерно покрывающей поверхность высокопористого пеноячеистого материала, с толщиной, обеспечивающей отсутствие внутридиффузионного торможения и увеличивающей внутреннюю удельную поверхность до 1.7-1.8 м2/г, и последующей многократной пропитки растворами азотнокислого никеля или ацетата никеля с повторением последовательных операций сушки, прокалки для разложения соли и, при необходимости, восстановления.The application of the active component is carried out by the method of repeated impregnation with solutions of salts of nitrate or magnesium acetate to the weight of magnesium oxide on the surface of the carrier 5-20 wt. % with subsequent stepwise heat treatment and the formation of a film of magnesium oxide uniformly covering the surface of highly porous foam-cellular material, with a thickness ensuring the absence of intra-diffusion braking and increasing the internal specific surface to 1.7-1.8 m 2 / g, and subsequent repeated impregnation with solutions of nickel nitrate or nickel acetate with repeating successive drying, calcining operations to decompose the salt and, if necessary, recover.
Многократную пропитку солями нитрата или ацетата магния, азотнокислым никелем или ацетатом никеля осуществляют из совместного раствора, приготовленного в таком соотношении, что после проведения процедуры прокаливания на воздухе, соотношение нанесенных MgO/NiO составляет 1:1-1:1.5.Multiple impregnation with salts of nitrate or magnesium acetate, nickel nitrate or nickel acetate is carried out from a joint solution prepared in such a ratio that after the calcination procedure in air, the ratio of supported MgO / NiO is 1: 1-1: 1.5.
Активность катализатора можно регулировать количеством нанесенного на подложку оксида магния и/или оксида никеля, определяемого составами пропиточных растворов, количеством пропиток, и варьируемого в пределах от 7 до 40 мас. %.The activity of the catalyst can be controlled by the amount of magnesium oxide and / or nickel oxide deposited on the substrate, determined by the composition of the impregnating solutions, the amount of impregnation, and varying from 7 to 40 wt. %
Задача решается также способом проведения паровой конверсии углеводородных топлив в синтез-газ с применением катализатора, приготовленного описанным выше способом, при температуре выше 300°С, предпочтительно 600-1000°С.The problem is also solved by the method of steam conversion of hydrocarbon fuels to synthesis gas using a catalyst prepared as described above, at a temperature above 300 ° C, preferably 600-1000 ° C.
Техническое решение основано на осуществлении следующих технологических операций по приготовлению катализаторов.The technical solution is based on the following technological operations for the preparation of catalysts.
1. Подбор носителей для приготовления структурированных катализаторов на основе ВПЯМ. При выборе носителей следует использовать ВПЯМ из пеноникеля и пенонихрома, имеющие термостойкость на уровне 900-1100°С, теплопроводность 1-5 Вт/(м⋅К), пористую структуру с PPI 50-100, пористость 90-95%, величину удельной поверхности 0,05 м2/г, суммарный объем пор 0,07-0,11 см3/г.1. The selection of media for the preparation of structured catalysts based on HPLM. When choosing carriers, it is necessary to use HPLC from foam nickel and foam-chromium having a heat resistance of 900-1100 ° C, thermal conductivity of 1-5 W / (m⋅K), a porous structure with PPI of 50-100, porosity of 90-95%, and specific surface area 0.05 m 2 / g, total pore volume 0.07-0.11 cm 3 / g.
2. Термообработка носителя. Термообработку необходимо проводить в окислительной среде до привеса 6-8 мас. %, при температуре 800-1100°С в течение 6-7 ч. Термообработка обеспечивает сглаживание химических и структурных неоднородностей поверхности носителя, обеспечивает создание на его поверхности равномерной оксидной пленки, улучшающей адгезионные свойства при последующем нанесения подложки и активных компонентов катализатора, увеличение величины удельной поверхности до 0,10 м2/г.2. Heat treatment of the carrier. Heat treatment must be carried out in an oxidizing environment to a gain of 6-8 wt. %, at a temperature of 800-1100 ° C for 6-7 hours. Heat treatment provides a smoothing of chemical and structural inhomogeneities of the surface of the carrier, ensures the creation of a uniform oxide film on its surface that improves adhesion properties during subsequent deposition of the substrate and active catalyst components, an increase in surfaces up to 0.10 m 2 / g.
3. Приготовление пропиточных растворов на основе азотнокислого магния и азотнокислого никеля.3. Preparation of impregnating solutions based on magnesium nitrate and nickel nitrate.
4. Развитие поверхности носителя за счет нанесения оксида магния посредством многократной пропитки носителя пропиточным раствором с промежуточной термообработкой. Носитель необходимо выдерживать в пропиточном растворе не менее 30 мин, затем сушить вначале при комнатной температуре в течение ~24 ч, затем в муфельной печи при 120°С в течение 2 ч с последующей термообработкой начиная с 200°С, повышая температуру ступенчато на 50°С до 550°С, и выдержкой при этой температуре два часа. Операцию по пропитке раствором повторять несколько раз до заданного привеса MgO, которое может составлять 1-25 мас. %. При этом удельная поверхность носителя увеличится до 1.7-1.8 м2/г, толщина слоя вторичного носителя из оксида магния составит 20-40 микрон, что обеспечивает протекание реакции конверсии в кинетической области.4. Development of the surface of the carrier by applying magnesium oxide by repeatedly impregnating the carrier with an impregnating solution with intermediate heat treatment. The carrier must be kept in the impregnating solution for at least 30 minutes, then dried first at room temperature for ~ 24 hours, then in a muffle furnace at 120 ° C for 2 hours, followed by heat treatment from 200 ° C, increasing the temperature stepwise by 50 ° C to 550 ° C, and exposure at this temperature for two hours. The operation of impregnation with a solution is repeated several times until the specified weight gain of MgO, which can be 1-25 wt. % In this case, the specific surface of the carrier will increase to 1.7-1.8 m 2 / g, the thickness of the layer of the secondary carrier of magnesium oxide will be 20-40 microns, which ensures the conversion reaction in the kinetic region.
5. Нанесение активного компонента катализатора методом многократной пропитки носителя растворами азотнокислого никеля либо ацетата никеля с последующими штатными операциями сушки, прокалки для разложения соли и при необходимости восстановления до металла. Для осуществления процедуры приготовленный носитель ВПЯМ-MgO помещается в насыщенный при комнатной температуре раствор азотнокислого никеля/ацетата никеля. После выдержки в растворе образец извлекается из пропиточного раствора и в дальнейшем повторяются процедуры термообработки как в п. 4. Операцию по пропитке растворами азотнокислого никеля или ацетата никеля следует повторить несколько раз до заданного привеса NiO, которое может составлять 1-40 мас. %. Финишную термообработку осуществить при 650°С в течение 4 ч.5. Application of the active component of the catalyst by repeated impregnation of the carrier with solutions of nickel nitrate or nickel acetate, followed by routine drying, calcining for salt decomposition and, if necessary, reduction to metal. To carry out the procedure, the prepared HPLC – MgO carrier is placed in a solution of nickel nitrate / nickel acetate saturated at room temperature. After exposure to the solution, the sample is removed from the impregnating solution and then the heat treatment procedures are repeated as in paragraph 4. The operation of impregnation with solutions of nickel nitrate or nickel acetate should be repeated several times until the specified gain of NiO, which can be 1-40 wt. % The final heat treatment should be carried out at 650 ° C for 4 hours.
6. Операции 4 и 5 могут быть объединены. В этом случае пропиточные растворы должны быть приготовлены в соотношении MgO/NiO 1:1-1:1.5 в зависимости от необходимого соотношения оксидов никеля и магния в приготовленном катализаторе. Варьируя составы пропиточных растворов либо количество пропиток, можно приготовить катализаторы различного состава, и следовательно, разной активности.6. Operations 4 and 5 can be combined. In this case, the impregnating solutions must be prepared in the ratio MgO / NiO 1: 1-1: 1.5, depending on the required ratio of nickel and magnesium oxides in the prepared catalyst. By varying the compositions of the impregnating solutions or the amount of impregnation, it is possible to prepare catalysts of different composition, and therefore, different activity.
7. Перед использованием катализатора его необходимо активировать в азотоводородной смеси при температуре 420-450°С.7. Before using the catalyst, it must be activated in a nitrogen-hydrogen mixture at a temperature of 420-450 ° C.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Используют ВПЯМ на основе пеноникеля с PPI=60. ВПЯМ подвергали термообработке при температуре 900°С в течение 7 ч. Далее проводили нанесение оксида магния посредством многократной пропитки носителя пропиточным раствором ацетата магния с промежуточной термообработкой. Носитель выдерживали в пропиточном растворе 50 мин, затем сушили вначале при комнатной температуре в течение ~24 ч, затем в муфельной печи при 120°С в течение 2 ч с последующей термообработкой начиная с 200°С, повышая температуру ступенчато на 50°С до 550°С, и выдержкой при этой температуре 2 ч. Операцию по пропитке раствором повторяли несколько раз до привеса 20 мас. % MgO. Далее проводили пропитку ацетатом никеля. Для осуществления этой процедуры приготовленный носитель MgO/ВПЯМ помещали в насыщенный при комнатной температуре раствор ацетата никеля. После выдержки в растворе в течение 1 ч образец извлекали из пропиточного раствора и затем сушили вначале при комнатной температуре в течение ~24 ч, затем в муфельной печи при 120°С в течение 2 ч с последующей термообработкой начиная с 200°С, повышая температуру ступенчато на 50°С до 550°С, и выдержкой при этой температуре 2 ч. Операцию по пропитке растворами ацетата никеля повторяли несколько раз до привеса 13.3 мас. % NiO. Финишную термообработку осуществляли при 650°С в течение 4 ч.Use HPLC based on foam nickel with PPI = 60. The HPMP was subjected to heat treatment at a temperature of 900 ° C for 7 h. Next, magnesium oxide was deposited by repeatedly impregnating the support with an impregnating solution of magnesium acetate with intermediate heat treatment. The carrier was kept in an impregnating solution for 50 minutes, then dried first at room temperature for ~ 24 hours, then in a muffle furnace at 120 ° C for 2 hours, followed by heat treatment from 200 ° C, increasing the temperature stepwise by 50 ° C to 550 ° C, and holding at this temperature for 2 hours. The operation of impregnation with a solution was repeated several times until a weight gain of 20 wt. % MgO. Next, nickel acetate was impregnated. To carry out this procedure, the prepared MgO / HPLM support was placed in a solution of nickel acetate saturated at room temperature. After exposure to the solution for 1 h, the sample was removed from the impregnating solution and then dried first at room temperature for ~ 24 h, then in a muffle furnace at 120 ° С for 2 h, followed by heat treatment starting from 200 ° С, increasing the temperature stepwise 50 ° C to 550 ° C, and holding at this temperature for 2 hours. The operation of impregnation with solutions of nickel acetate was repeated several times to gain 13.3 wt. % NiO. The final heat treatment was carried out at 650 ° C for 4 hours
Состав катализатора: 13.3 мас. % NiО/20 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the catalyst: 13.3 wt. % NiO / 20 wt. % MgO / VLP.
Пример 2.Example 2
Катализатор готовили аналогично примеру 1, ВПЯМ использовали из пенонихрома с PPI=80, термообработку ВПЯМ проводили при температуре 1000°С в течение 6 часов. Пропиточный раствор для нанесения MgO готовили из ацетата магния. Пропиточный раствор для нанесения NiO готовили из азотнокислого никеля.The catalyst was prepared analogously to example 1, HPLM was used from foamychrome with PPI = 80, heat treatment of HPLM was carried out at a temperature of 1000 ° C for 6 hours. An MgO impregnation solution was prepared from magnesium acetate. An impregnation solution for applying NiO was prepared from nickel nitrate.
Состав катализатора: 40 мас. % NiО/20 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the catalyst: 40 wt. % NiO / 20 wt. % MgO / VLP.
Пример 3.Example 3
Катализатор готовили аналогично примеру 1, ВПЯМ использовали из пенонихрома с PPI=70, термообработку ВПЯМ проводили при температуре 1000°С в течение 6 часов. Пропиточный раствор для нанесения MgO готовили из нитрата магния. Пропиточный раствор для нанесения NiO готовили из азотнокислого никеля.The catalyst was prepared analogously to example 1, HPLM was used from foamychrome with PPI = 70, heat treatment of HPLM was carried out at a temperature of 1000 ° C for 6 hours. An impregnation solution for applying MgO was prepared from magnesium nitrate. An impregnation solution for applying NiO was prepared from nickel nitrate.
Состав катализатора: 12.3 мас. % NiО/23,6 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the catalyst: 12.3 wt. % NiO / 23.6 wt. % MgO / VLP.
Пример 4.Example 4
Катализатор готовили аналогично примеру 1, ВПЯМ использовали из пеноникеля с PPI=60, термообработку ВПЯМ проводили при температуре 900°С в течение 6 часов. Пропиточный раствор для нанесения MgO готовили из нитрата магния. Пропиточный раствор для нанесения NiO готовили из ацетата никеля.The catalyst was prepared analogously to example 1, HPLM was used from foam nickel with PPI = 60, heat treatment of HPLM was carried out at a temperature of 900 ° C for 6 hours. An impregnation solution for applying MgO was prepared from magnesium nitrate. An impregnation solution for applying NiO was prepared from nickel acetate.
Состав катализатора: 13.6 мас. % NiО/18.2 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the catalyst: 13.6 wt. % NiO / 18.2 wt. % MgO / VLP.
Пример 5.Example 5
Используют ВПЯМ из пеноникеля с PPI=60. ВПЯМ подвергали термообработке при температуре 900°С в течение 7 ч. Далее проводили нанесение оксида магния и оксида никеля из пропиточного раствора, одновременно содержащего ацетаты магния и никеля в соотношении 1:1. Носитель выдерживали в пропиточном растворе 50 мин, затем сушили вначале при комнатной температуре в течение ~24 ч, затем в муфельной печи при 120°С в течение 2 ч с последующей термообработкой начиная с 200°С, повышая температуру ступенчато на 50°С до 550°С, и выдержкой при этой температуре 2 ч. Операцию по пропитке раствором повторяли несколько раз. Финишную термообработку осуществляли при 650°С в течение 4 ч.Use HPLC from foam nickel with PPI = 60. The HPMP was subjected to heat treatment at a temperature of 900 ° C for 7 h. Next, magnesium oxide and nickel oxide were applied from an impregnating solution simultaneously containing magnesium and nickel acetates in a 1: 1 ratio. The carrier was kept in an impregnating solution for 50 minutes, then dried first at room temperature for ~ 24 hours, then in a muffle furnace at 120 ° C for 2 hours, followed by heat treatment from 200 ° C, increasing the temperature stepwise by 50 ° C to 550 ° C, and holding at this temperature for 2 hours. The operation of impregnation with a solution was repeated several times. The final heat treatment was carried out at 650 ° C for 4 hours
Состав катализатора: 7 мас. % NiО-7 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the catalyst: 7 wt. % NiO-7 wt. % MgO / VLP.
Пример 6.Example 6
Катализатор готовили аналогично примеру 5. Используют ВПЯМ из пенонихрома с РРI=80. ВПЯМ подвергали термообработке при температуре 1000°С в течение 7 ч. Пропиточный раствор одновременно содержал нитрат магния и ацетат никеля в соотношении 1:1.5.The catalyst was prepared analogously to example 5. Use HPLM from penonychrome with PPI = 80. HPLC was subjected to heat treatment at a temperature of 1000 ° С for 7 h. The impregnating solution simultaneously contained magnesium nitrate and nickel acetate in a ratio of 1: 1.5.
Состав катализатора: 15 мас. % NiО-10 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the catalyst: 15 wt. % NiO-10 wt. % MgO / VLP.
Пример 7.Example 7
Катализатор готовили аналогично примеру 5. Пропиточный раствор одновременно содержал ацетат магния и азотнокислый никель в соотношении 1:1.1.The catalyst was prepared analogously to example 5. The impregnation solution simultaneously contained magnesium acetate and nickel nitrate in a ratio of 1: 1.1.
Состав приготовленного катализатора: 11 мас. % NiО-10 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the prepared catalyst: 11 wt. % NiO-10 wt. % MgO / VLP.
Пример 8.Example 8
Катализатор готовили аналогично примеру 5. Пропиточный раствор одновременно содержал нитрат магния и азотнокислый никель в соотношении 1:1.2.The catalyst was prepared analogously to example 5. The impregnation solution simultaneously contained magnesium nitrate and nickel nitrate in a ratio of 1: 1.2.
Состав катализатора: 12 мас. % NiО-10 мас. % МgО/ВПЯМ.The composition of the catalyst: 12 wt. % NiO-10 wt. % MgO / VLP.
Для изготовленных таким способом катализаторов величина удельной поверхности катализатора, определенная методом низкотемпературной адсорбции азота, составила 1.7-1.8 м2/г. Катализаторы были выполнены в виде дисков диаметром от 8 до 120 мм, толщиной 2-10 мм. Использование таких каталитических дисков позволяет очень просто создавать структуру слоя катализатора, обеспечивающую оптимальный профиль активности, регулировать селективность, и соответственно, получать необходимую производительность реактора.For the catalysts prepared in this way, the specific surface area of the catalyst, determined by the low-temperature nitrogen adsorption method, was 1.7–1.8 m 2 / g. The catalysts were made in the form of disks with a diameter of 8 to 120 mm and a thickness of 2-10 mm. The use of such catalytic disks makes it very easy to create a catalyst layer structure that provides an optimal activity profile, to regulate selectivity, and, accordingly, to obtain the required reactor productivity.
Пример 9.Example 9
Результаты испытаний катализатора 7 мас. % NiО-7 мас. % МgО/ВПЯМ (приготовленного по примеру 5) в реакции паровой конверсии природного газа. Условия эксперимента: давление атмосферное, расход природного газа - 42.9 мл/мин, расход воды - 3.8 мл/ч, Н2O/С=2, GHSV=10200 ч-1, загрузка катализатора 0.7 см3, масса 1.1 г, диаметр реактора 8.5 мм.The test results of the catalyst 7 wt. % NiO-7 wt. % MgO / HPLC (prepared according to example 5) in the steam reforming reaction of natural gas. Experimental conditions: atmospheric pressure, natural gas flow rate - 42.9 ml / min, water flow rate - 3.8 ml / h, Н 2 O / С = 2, GHSV = 10200 h -1 , catalyst loading 0.7 cm 3 , mass 1.1 g, reactor diameter 8.5 mm.
Пример 10.Example 10
Результаты испытаний катализатора 12 мас. % NiО-10 мас. % МgО/ВПЯМ (приготовленного по примеру 8) в реакции паровой конверсии природного газа. Условия эксперимента: давление атмосферное; расход природного газа - 47.8 мл/мин, расход воды - 4.3 мл/ч; Н2О/С=2; GHSV=10200 ч-1; загрузка катализатора: масса - 0.8 г., объем - 0.78 см3, катализатор в виде блока из 5 одинаковых дисков (диаметр диска 8.5 мм, толщина диска 3 мм.), внутренний диаметр реактора 8.5 мм.The test results of the catalyst 12 wt. % NiO-10 wt. % MgO / HPLM (prepared according to example 8) in the steam reforming reaction of natural gas. Experimental conditions: atmospheric pressure; natural gas consumption - 47.8 ml / min; water consumption - 4.3 ml / h; H 2 O / C = 2; GHSV = 10,200 h -1 ; catalyst loading: mass — 0.8 g, volume — 0.78 cm 3 , catalyst in the form of a block of 5 identical disks (disk diameter 8.5 mm, disk thickness 3 mm.), inner diameter of the reactor 8.5 mm.
Пример 11.Example 11
Результаты испытаний катализатора 40 мас. % NiО/20 мас. % МgО/ВПЯМ (приготовленного по примеру 2) в реакции паровой конверсии сжиженных углеводородных газов (СУГ). Состав входного СУГ марки ПБА (об.): пропан - 50%, бутан - 50%. Расход СУГ 0,965 нм3/ч, входное мольное отношение Н2О/С=0.70, GHSV=6000 ч-1, загрузка катализатора 0,16 л. Катализатор используется в виде набора дисков диаметром 40 мм и толщиной 6-8 мм в обогреваемом цилиндрическом реакторе.The test results of the catalyst 40 wt. % NiO / 20 wt. % MgO / HPMP (prepared according to example 2) in the steam reforming reaction of liquefied petroleum gases (LPG). The composition of the input LPG brand PBA (vol.): Propane - 50%, butane - 50%. LHG flow rate 0.965 nm 3 / h, input molar ratio Н 2 О / С = 0.70, GHSV = 6000 h -1 , catalyst loading 0.16 l. The catalyst is used as a set of disks with a diameter of 40 mm and a thickness of 6-8 mm in a heated cylindrical reactor.
Пример 12.Example 12
Результаты испытаний катализатора 15 мас. % NiО/10 мас. % МgО/ВПЯМ (приготовленного по примеру 6) в реакции паровой конверсии дизельного топлива. Условия эксперимента: давление атмосферное, топливо ультрамалосернистое, расход дизельного топлива - 1.12 мл/ч, расход воды - 3.88 мл/ч, Н2О/С=3.2, GHSV=6000 ч-1, загрузка катализатора 0.82 см3, внутренний диаметр реактора 8.5 мм.The test results of the catalyst 15 wt. % NiO / 10 wt. % MgO / HPLC (prepared according to example 6) in the reaction of steam reforming of diesel fuel. Experimental conditions: atmospheric pressure, ultrafine sulfur fuel, diesel consumption - 1.12 ml / h, water consumption - 3.88 ml / h, Н 2 О / С = 3.2, GHSV = 6000 h -1 , catalyst loading 0.82 cm 3 , inner diameter of the reactor 8.5 mm.
В экспериментах с помощью расходомера измерялся расход сухих газов конверсии и хроматографически - их состав. Конверсия определялась исходя из количества углерода, поданного на вход реактора, и количества углерода в сухих продуктах реакции на выходе из реактора.In experiments, a flow meter measured the flow rate of dry conversion gases and chromatographically their composition. The conversion was determined based on the amount of carbon fed to the inlet of the reactor and the amount of carbon in the dry reaction products at the outlet of the reactor.
Приведенные примеры показывают применимость разработанных катализаторов на основе высокопористых пеноячеистых материалов ВПЯМ для конверсии различных видов углеводородных топлив с получением синтез-газа для последующего использования в решении задач водородной энергетики и создания экологически чистого транспорта.The above examples show the applicability of the developed catalysts based on highly porous foam-based materials HPLM for the conversion of various types of hydrocarbon fuels to produce synthesis gas for subsequent use in solving problems of hydrogen energy and creating environmentally friendly transport.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018121930A RU2665711C1 (en) | 2018-06-15 | 2018-06-15 | Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018121930A RU2665711C1 (en) | 2018-06-15 | 2018-06-15 | Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2665711C1 true RU2665711C1 (en) | 2018-09-04 |
Family
ID=63459845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018121930A RU2665711C1 (en) | 2018-06-15 | 2018-06-15 | Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2665711C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4863712A (en) * | 1986-09-10 | 1989-09-05 | Imperial Chemical Industries Plc | Catalysts for reforming hydrocarbon feedstocks |
US6890878B2 (en) * | 2001-12-28 | 2005-05-10 | United Refining Company | Catalyst formulation comprising ceramic foam material |
RU2323047C1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-04-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalytic micro-passage plates and method of their making |
RU2417840C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-05-10 | Александр Геннадьевич Тарарыкин | Catalytic element |
RU2491118C1 (en) * | 2012-06-28 | 2013-08-27 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИОХ РАН) | Method of making catalyst for production of synthesis gas, catalyst thus made and method of producing synthesis gas with its application |
-
2018
- 2018-06-15 RU RU2018121930A patent/RU2665711C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4863712A (en) * | 1986-09-10 | 1989-09-05 | Imperial Chemical Industries Plc | Catalysts for reforming hydrocarbon feedstocks |
US6890878B2 (en) * | 2001-12-28 | 2005-05-10 | United Refining Company | Catalyst formulation comprising ceramic foam material |
RU2323047C1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-04-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalytic micro-passage plates and method of their making |
RU2417840C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-05-10 | Александр Геннадьевич Тарарыкин | Catalytic element |
RU2491118C1 (en) * | 2012-06-28 | 2013-08-27 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ им. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИОХ РАН) | Method of making catalyst for production of synthesis gas, catalyst thus made and method of producing synthesis gas with its application |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Кириллов В. А. и др. "Предриформинг дизельного топлива в метановодородные смеси", Теоретические основы химической технологии, 2015, т. 49, N 1, с. 32-43. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ricca et al. | Innovative catalyst design for methane steam reforming intensification | |
Palma et al. | Innovative structured catalytic systems for methane steam reforming intensification | |
US7722854B2 (en) | Steam reforming methods and catalysts | |
US7488360B2 (en) | Catalysts, reactors and methods of producing hydrogen via the water-gas shift reaction | |
Roy et al. | Metal foam-supported Pd–Rh catalyst for steam methane reforming and its application to SOFC fuel processing | |
JP5105420B2 (en) | Water-gas shift noble metal catalyst having oxide support modified with rare earth elements | |
CN100397694C (en) | Support for fuel reforming catalyst with excellent heat and mass transfer characteristics and method of preparing the same | |
JP4718069B2 (en) | Compact, lightweight methanol fuel gas autothermal reformer | |
JP4643027B2 (en) | Compact and lightweight self-heating reformer | |
Palma et al. | Novel structured catalysts configuration for intensification of steam reforming of methane | |
Zhou et al. | Investigation of a novel porous anodic alumina plate for methane steam reforming: hydrothermal stability, electrical heating possibility and reforming reactivity | |
JP2007054826A (en) | Reactor sealing method | |
KR20080015128A (en) | Improved preferential oxidation catalyst containing platinum, copper and iron to remove carbon monoxide from a hydrogen-rich gas | |
US6923944B2 (en) | Membrane reactor for gas extraction | |
JP2023537197A (en) | steam reforming | |
Basile et al. | Electrochemical synthesis of novel structured catalysts for H2 production | |
Benito et al. | Coating of FeCrAlloy foam with Rh catalysts: Optimization of electrosynthesis parameters and catalyst composition | |
RU2292237C1 (en) | Catalyst, method for preparation thereof, and synthetic gas production process | |
Villegas et al. | Autothermal syngas production from model gasoline over Ni, Rh and Ni–Rh/Al2O3 monolithic catalysts | |
CA2536462A1 (en) | Catalysts, systems and methods of steam reforming, and methods of making steam reforming catalysts | |
RU2665711C1 (en) | Method for preparing catalyst for conversion of hydrocarbon fuels in synthesis gas and conversion process with application thereof | |
Basile et al. | Highly conductive Ni steam reforming catalysts prepared by electrodeposition | |
Lee et al. | Comparative evaluation of Ru-coated fecralloy and SiC monolithic catalysts in catalytic partial oxidation of natural gas for hydrogen production | |
RU2491118C1 (en) | Method of making catalyst for production of synthesis gas, catalyst thus made and method of producing synthesis gas with its application | |
Zhou et al. | Self-activation and self-regenerative activity of trace Ru-doped plate-type anodic alumina supported nickel catalysts in steam reforming of methane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190207 Effective date: 20190207 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190207 Effective date: 20200429 |