Катализаторы Ni/MgO на структурированных металлических носителях для воздушной конверсии низших алканов в синтез-газ

Разработан ряд термостойких, теплопроводных и селективных катализаторов на основе никелевого высокопористого пеноячеистого материала (ВПЯМ) и сетчатого носителя для воздушной конверсии низших алканов в инициирующие горение добавки к топливу, подаваемому в двигатель, в виде синтез-газа. Приготовление катализатора включало подготовку носителя на основе никелевого ВПЯМ (Ni – 99,95 %, PPI = 40) либо фехралевой сетки, разработку поверхности носителя и формирование структурированных блоков, термообработку образцов, нанесение активного компонента методом неоднократной совместной пропитки солями ацетатов магния и никеля и ступенчатую термообработку. С использованием данной методики были приготовлены катализаторы NiO-MgO/(ВПЯМ или фехраль), которые были испытаны в реакциях воздушной конверсии пропана, пропан-бутана, природного газа, а также в три-риформинге. Катализаторы в течение 80–100 ч во всех экспериментах показали конверсию на уровне 90–96% при объемной скорости 32000–71000 ч^–1 без коксообразования при коэффициенте избытка воздуха 0,31–0,43. Для численного анализа полученных результатов разработана двухфазная двухтемпературная математическая модель воздушной конверсии сжиженных углеводородных газов (СУГ), которая показала хорошее согласование с полученными экспериментальными данными по температурам катализатора и потока, а также по составу газовой смеси на выходе. В качестве практического примера использования результатов приведен расчет генератора воздушной конверсии СУГ на тепловую мощность 100 кВт.

1. Кириллов В.А., Кузин Н.А., Киреенков В.В., Амосов Ю.И., Бурцев В.А., Емельянов В.К., Собянин В.А., Пармон В.Н. // Теор. основы хим. технологии. 2011. Т. 45. № 2. С. 139—154. DOI: 10.1134/s0040579511020096.

2. Livio D, Donazzi A., Beretta A., Groppi G., Forzatti P. // I&EC Res. 2012. V. 51. P. 7573-7583. DOI: 10.1021/ie202098q.

3. Donazzi A., Livio D., Diehm C., Beretta A., Groppi G., Forzatti P. // Appl. Cat. A. 2014. V. 469. P. 52-64. DOI: 10.1016/j.apcata.2013.09.054

4. Pagani D., Livio D., Donazzi A., Beretta A., Groppi G., Maestri M., Tronconti E. // Cat. Today. 2012. V. 197. P. 265-280. DOI: 10.1016/j.cattod.2012.09.004

5. Rufino M., Verde N., Alvares-Galvan M. et аl. // ChemCatChem. 2011. V. 3. P. 440-457. DOI: 10.1002/cctc.201000315

6. Karakaya C., Karadeniz H., Maier L., Deutschmann O. // ChemCatChem. 2017. V. 9. P. 685-695. DOI: 10.1002/cctc.201601237

7. Peymani M., Alavi S., Rezaei M. // Int. J. Hydr. Energy. 2016. V. 41. P. 19057-19069. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.07.072

8. Mosayebi A., Abedini R. // J. Ind. Eng. Chem. 2014. V. 20. P. 1542-1546. DOI: 10.1016/j.jiec.2013.07.044

9. Malaibari Z., Amin A., Croiset E., Epling W. // Int. J. Hydr. Energy. 2014. V. 39. P. 10061-10073 DOI: 10.1016/j.ijhydene. 2014.03.169

10. Усачев Н.Я., Харитонов В.В., Беланова Е.П., Старостина Т.С., Круковский И.М. // Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 2008. Т. LII, № 4. С. 22—31.

11. Rostrup-Nielsen J.R. Catalysis steam reforming / Catalysis Sciences and Technology, by ed. Andersen JR, Boudart M. — Springer. Berlin, 1984. Vol. 5. Chap. 1. P. 1-117. DOI: 10.1007/978-3-642-93247-2_1

12. Синев М.Ю., Корчак В.Н., Крылов О.В. // Успехи химии. 1989. Т. 58. Вып. 1. С. 38—57.

13. Campbell K.D., Lunsford J.H. // J. Phys. Chem. 1988. V. 92. P. 5792-5796.

14. Mims C.A., Hall R.B., Rose K.D., Myers G.R. // Catal. Lett. 1989. V. 2. P. 361-368. DOI: 10.1007/BF00768178

15. Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. М.: КРАСАНД. 2011. 640 c.

16. ЗАО «ЭКАТ» г. Пермь. http://ekokataliz.ru/penomaterialyi/

17. Muley А., Kiser С., Sunden B., Shah R.F. // Heat Transfer Eng. 2012. V. 33. No. 1. P. 42-51. DOI: 10.1080/01457632.2011.584817

18. Сетка фехралевая. ГОСТ 12766.3—90.

19. Самойлов А.В., Кириллов В.А., Шигаров А.Б., Брайко А.С., Потемкин Д.И., Шойнхорова Т.Б., Снытников П.В., Усков С.И., Печенкин А.А., Беляев В.Д., Собянин В.А. // Катализ в промышленности. 2018. Т. 18. № 3. C. 41—47. DOI: 10.18412/1816-0387-2018-3-41-47

20. Шигаров А.Б., Кириллов В.А., Кузин Н.А., Киреенков В.В., Брайко А.С. // Теор. основы хим. технологии. 2018. Т. 52. № 3. С. 189—199. DOI: 10.7868/S0040357118020070

21. Шигаров А.Б., Кириллов В.А., Кузин Н.А., Киреенков В.В., Брайко А.С. // Теор. основы хим. технологии. 2018. Т. 52. № 3. С. 294—305. DOI: 10.7868/S0040357118030065

22. Brayko A.S., Shigarov A.B., Kirillov V.A., Kireenkov V.V., Kuzin N.A., Sobyanin V.A., Snytnikov P.V., Kharton V.V. // Material Lett. 2019. V. 236. P. 264-266. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.09.175.

23. Жоров Ю.М. Термодинамика химических процессов. Нефтехимический синтез, переработка нефти, угля и природного газа. М.: Химия, 1985. 464 с.

24. Jiang H., Li H., Xu H., Zhang Y. // J. Fuel Chem. Technol. 2007. V. 35(1). P. 72-78. DOI: 10.1016/S1872-5813(07)60012-7

25. Кириллов В.А., Шигаров А.Б., Кузин Н.А., Киреенков В.В., Амосов Ю.И., Самойлов А.В., Бурцев В.А. // Теор. Основы хим. технологии. 2013. Т. 47. № 5. С. 503—517. DOI: 10.7868/S0040357113050059

26. Rostrup-Nielsen J.R. // J. Catal. 1973. V. 31. P. 173-199.

27. Справочник азотчика. Т. 1. / Мельников Е.Ю. (ред.) М.: Химия, 1986. 512 с.

28. Groppi G., Giani L., Tronconi E. // Ind. Eng. Chem. Res. 2007. V. 46. Р. 3955-3958. DOI: 10.1021/ie061330g

29. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. Л.: Химия, 1982. 592 с.