RU2707880C1 - Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха - Google Patents

Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха Download PDF

Info

Publication number
RU2707880C1
RU2707880C1 RU2018142709A RU2018142709A RU2707880C1 RU 2707880 C1 RU2707880 C1 RU 2707880C1 RU 2018142709 A RU2018142709 A RU 2018142709A RU 2018142709 A RU2018142709 A RU 2018142709A RU 2707880 C1 RU2707880 C1 RU 2707880C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
dmm
dimethoxymethane
ceo
zro
Prior art date
Application number
RU2018142709A
Other languages
English (en)
Inventor
Сухэ Дэмбрылович Бадмаев
Никита Олегович Ахметов
Туяна Баировна Шойнхорова
Павел Анатольевич Симонов
Владимир Дмитриевич Беляев
Владимир Александрович Собянин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН)
Priority to RU2018142709A priority Critical patent/RU2707880C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2707880C1 publication Critical patent/RU2707880C1/ru

Links

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
    • B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
    • 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
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • 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
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • 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
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • 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
    • 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
    • C01B3/40—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 characterised by the catalyst
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции парциального окисления диметоксиметана (ДММ) с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах. Описано применение металлов VIII группы, нанесенных на оксидный носитель ZrO2-СеО2, в качестве катализатора для получения обогащенной по водороду газовой смеси парциальным окислением диметоксиметана кислородом воздуха, причем в состав катализатора входит платина до 5 мас.%, или рутений до 5 мас.%, или родий до 3 мас.%, остальное - ZrO2-СеО2. Технический результат - почти полная конверсия диметоксиметана ДММ в газовую смесь, содержащую около 60 об.% синтез газа (Н2+СО). 9 пр., 3 табл.

Description

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции парциального окисления диметоксиметана (ДММ) воздухом с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться в водородной энергетике. Например, в качестве топлива для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах. В настоящее время топливные элементы рассматриваются как альтернативный и экологически чистый источник электрической энергии.
Основным топливом для питания топливных элементов является водород или обогащенная по водороду газовая смесь, которая может быть получена посредством паровой и воздушной конверсии природного газа, бензина (ископаемые топлива) и спиртов.
Важно отметить, что ДММ является коррозионно-инертным и нетоксичным соединением. ДММ представляет собой жидкость, следовательно, легко хранится и транспортируется. Указанные факты позволяют рассматривать ДММ как перспективное сырье для получения водорода для питания топливных элементов.
Одним из наиболее эффективных способов получения водородсодержащего газа из ДММ является его паровая каталитическая конверсия:
СН3ОСН2ОСН3+4H2O=8Н2+3CO2
Данная реакция приводит к наибольшему содержанию водорода в смеси продуктов. В качестве катализаторов для этого процесса нами предлагались бифункциональные CuO-CeO2/γ-Al2O3 катализаторы [С.Д. Бадмаев, А.А. Печенкин, В.Д. Беляев, В.А. Собянин. Катализаторы и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана. Патент РФ №2533608, B01J 21/04, С01В 3/38, 20.11.2014]. Практически полная конверсия ДММ на этих катализаторах достигается уже при температуре ~ 300°С, причем в получаемом водородсодержащем газе незначительное количество СО (<2 об. %). Однако недостатком процесса паровой конверсии ДММ является большое энергопотребление, связанное с испарением воды и осуществлением эндотермического процесса парового риформинга.
Напротив, реакция парциального окисления воздухом ДММ в синтез газ считается целесообразной с точки зрения энергозатрат, «водонезависимости» и быстроты запуска энергоустановки на базе твердооксидных топливных элементов. Кроме того, существенно упрощается технологическая схема энергоустановки, расширяются возможности их применения при отрицательных температурах, другими словами делают их более универсальными - пригодными для использования при любых природных и климатических условиях.
Исследование процесса парциального окисления ДММ в водородсодержащий газ или синтез-газ не проводилось вовсе. Брутто реакция получения водорода при помощи этого способа приведена ниже:
СН3ОСН2ОСН3+0,5О2=4Н2+3СО.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка эффективного катализатора в отношении парциального окисления ДММ кислородом воздуха, а также разработка процесса получения из ДММ обогащенной по водороду газовой смеси с использованием этой каталитической системы.
Технический результат -. почти полная конверсия диметоксиметана ДММ в газовую смесь, содержащую около 60 об. % синтез газа (Н2+СО).
Задача решается разработкой катализатора получения обогащенной по водороду газовой смеси путем парциального окисления ДММ, представляющего собой катализатор, содержащий металлы (Pt, Rh, Ru и Pd), нанесенные на оксидный носитель ZrO2-CeO2.
В состав катализатора парциального окисления ДММ входит платина до 5 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.
В состав катализатора парциального окисления ДММ входит рутений до 5 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.
В состав катализатора парциального окисления ДММ входит родий до 3 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.
В состав катализатора парциального окисления ДММ входит палладий до 3 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.
Задача также решается разработкой способа получения обогащенной по водороду газовой смеси взаимодействием ДММ и воздуха в присутствии катализатора, представляющего собой нанесенный металл (Pt, Rh и Ru) на оксидные носители: CeO2-ZrO2. Реакцию осуществляют при 100-600°С, 1-20 атм и мольном соотношении воздух / диметоксиметан = 1-3.
Реакция парциального окисления ДММ кислородом воздуха в водородсодержащий газ или синтез газ осуществляется впервые.
Катализаторы Pt/ZrO2-CeO2 готовили пропиткой носителей ZrO2-CeO2 водным раствором H2PtCl6 по влагоемкости. Образцы после пропитки сушили на воздухе и затем прокаливали при 500°С.
Катализаторы Ru/ZrO2-CeO2 готовили пропиткой носителей ZrO2-CeO2 водным раствором RuCl3⋅3H2O по влагоемкости. Образец после пропитки сушили на воздухе и затем прокаливали при 500°С.
Катализатор Rh/ZrO2-CeO2 готовили пропиткой носителя ZrO2-CeO2 водным раствором RhCl3⋅3H2O по влагоемкости. Образец после пропитки сушили на воздухе и затем прокаливали при 500°С.
Сущность изобретения иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1.
Парциальное окисление ДММ осуществляют в установке проточного типа в кварцевом реакторе с внутренним диаметром 6 мм на навеске катализатора 0,3 мл при соотношении воздух : ДММ = 2,5:1 или N2 : O2 : ДММ = 4:1:2, времени контакта 10000 ч-1, температуре 300°С и давлении 1 атм. Состав катализатора составляет, мас. %: платина - 1, остальное - ZrO2-CeO2.
Результаты приведены в таблице 1.
Пример 2.
Аналогично примеру 1, но реакцию проводят при температуре 400°С, результаты приведены в таблице 1.
Пример 3.
Аналогично примеру 1, но реакцию проводят при температуре 500°С, результаты приведены в таблице 1.
Пример 4.
Аналогично примеру 1, но состав катализатора составляет, мас. %: рутений - 1, остальное - носитель ZrO2-CeO2. Полученные результаты приведены в таблице 2.
Пример 5.
Аналогично примеру 4, но реакцию проводят при температуре 400°С, результаты приведены в таблице 2.
Пример 6.
Аналогично примеру 4, но реакцию проводят при температуре 500°С, результаты приведены в таблице 2.
Пример 7.
Аналогично примеру 1, но состав катализатора составляет, мас. %: родий - 1, остальное - носитель ZrO2-CeO2.. Полученные результаты приведены в таблице 3.
Пример 8.
Аналогично примеру 7, но реакцию проводят при температуре 400°С, результаты приведены в таблице 3.
Пример 9.
Аналогично примеру 7, но реакцию проводят при температуре 500°С, результаты приведены в таблице 3.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
Таким образом, предлагаемые катализаторы являются весьма эффективными в реакции парциального окисления ДММ и при 400-500°С обеспечивают почти полную конверсию ДММ в газовую смесь, содержащую около 60 об. % синтез газа (H2+СО). Следовательно, для обеспечения работы энергоустановки на базе твердооксидных топливных элементов мощностью 1 кВт необходимо около 70 г Pt/ZrO2-CeO2 или Ru/ZrO2-СеО2 катализатора.

Claims (1)

  1. Применение металлов VIII группы, нанесенных на оксидный носитель ZrO2-СеО2, в качестве катализатора для получения обогащенной по водороду газовой смеси парциальным окислением диметоксиметана кислородом воздуха, причем в состав катализатора входит платина до 5 мас.%, или рутений до 5 мас.%, или родий до 3 мас.%, остальное - ZrO2-СеО2.
RU2018142709A 2018-12-03 2018-12-03 Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха RU2707880C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142709A RU2707880C1 (ru) 2018-12-03 2018-12-03 Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018142709A RU2707880C1 (ru) 2018-12-03 2018-12-03 Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707880C1 true RU2707880C1 (ru) 2019-12-02

Family

ID=68836311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018142709A RU2707880C1 (ru) 2018-12-03 2018-12-03 Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707880C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2329100C2 (ru) * 2003-06-13 2008-07-20 Яра Интернэшнл Аса Способ получения оксидных катализаторов на подложке
RU138423U1 (ru) * 2013-06-05 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Устройство получения обогащенной водородом газовой смеси
EP2712675A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-02 Saudi Basic Industries Corporation Alkane dehydrogenation catalyst and process for its preparation
RU2580548C2 (ru) * 2011-02-14 2016-04-10 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Катализаторы, предназначенные для применения в способах парового риформинга
US9808793B1 (en) * 2016-09-07 2017-11-07 National Tsing Hua University Catalyst applied in hydrogen production by low temperature partial oxidation of light hydrocarbon
RU2653360C1 (ru) * 2017-06-26 2018-05-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Способ приготовления катализатора

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2329100C2 (ru) * 2003-06-13 2008-07-20 Яра Интернэшнл Аса Способ получения оксидных катализаторов на подложке
RU2580548C2 (ru) * 2011-02-14 2016-04-10 Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани Катализаторы, предназначенные для применения в способах парового риформинга
EP2712675A1 (en) * 2012-09-27 2014-04-02 Saudi Basic Industries Corporation Alkane dehydrogenation catalyst and process for its preparation
RU138423U1 (ru) * 2013-06-05 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Устройство получения обогащенной водородом газовой смеси
US9808793B1 (en) * 2016-09-07 2017-11-07 National Tsing Hua University Catalyst applied in hydrogen production by low temperature partial oxidation of light hydrocarbon
RU2653360C1 (ru) * 2017-06-26 2018-05-08 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук Способ приготовления катализатора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kusakabe et al. Methane steam reforming over Ce–ZrO2-supported noble metal catalysts at low temperature
Theleritis et al. Hydrogenation of CO2 over Ru/YSZ electropromoted catalysts
JP2009521387A (ja) 触媒、および含酸素化合物の製造方法
US7067453B1 (en) Hydrocarbon fuel reforming catalyst and use thereof
EP2268572B1 (en) Production of hydrogen from oxygenated hydrocarbons
US10232349B2 (en) Non-noble metal-supported zirconium phosphate catalyst for generating cyclic hydrocarbon, and method for preparing cyclic hydrocarbon by using same
BRPI0923620A2 (pt) catalisador de reforma a vapor de carga de alimentação bio-baseada, e, método para preparar um catalisador de reforma a vapor de carga de alimentação bio-baseada
Badmaev et al. Hydrogen production from dimethyl ether and bioethanol for fuel cell applications
RU2707880C1 (ru) Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха
Jain et al. Effect of aging time and calcination on the preferential oxidation of CO over Au supported on doped ceria
Marinoiu et al. Carbon dioxide conversion to methane over supported nickel base catalysts
Takenaka et al. Supported Ni-Pd Catalysts Active for Methane Decomposition into Hydrogen and Carbon Nanofibers.
JP2011207697A (ja) 水素製造方法、水素製造装置及び燃料電池システム
JP4227779B2 (ja) 水蒸気改質触媒、水蒸気改質方法および燃料電池システム
JP5204633B2 (ja) 一酸化炭素を選択的に酸化する触媒、一酸化炭素濃度を低減する方法および燃料電池システム
WO2001047806A1 (en) Process for selective oxidation of carbon monoxide in a hydrogen containing stream
JP4754133B2 (ja) オートサーマルリフォーミング方法及び装置、水素製造装置並びに燃料電池システム
Chiou et al. Reforming of ethanol to produce hydrogen over PtRuMg/ZrO2 catalyst
Badmaev et al. Low-temperature partial oxidation of dimethyl ether to hydrogen-rich gas over CuO–CeO 2/γ-Al 2 O 3 catalysts for fuel cell supply
RU2677875C1 (ru) Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметилового эфира и воздуха
ES2304889B1 (es) Procedimiento para la obtencion de hidrogeno.
RU2286210C1 (ru) Бифункциональный катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметилового эфира
RU2323044C1 (ru) Катализатор, способ его приготовления и способ очистки водородсодержащих газовых смесей от оксида углерода
RU2533608C1 (ru) Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана
RU2659078C1 (ru) Катализатор, способ приготовления катализатора и способы окислительной конверсии углеводородов, гидрирования оксидов углерода и углеводородов