Катализатор для процесса воздушно-кислородной конверсии метана

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК У ИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ВТО СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамни институт катализа СО АН СССРВ 01 Х; 23/74, 21/06, С 01 В 3/ ТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПРОЦЕССА СЛОРОДНОЙ КОНВЕРСИИ МЕ- жащий активный компонент носителе, о т л и ч а юем, что, с целью повыности, он в качестве акмпонента содержит закиськачестве носителя - р - ния при следующем содернентов, мас.Х:икеля 11,5-22,0 д кремния Остальное(54)(57) КА ВОЗДУШНО-КИ ТАНА, соде на блочном щ и й с я щения акти тивного ко никеля, а нитрид кре жанни компЗакись р -нитрИзобретение относится к катализаторам процесса неполного окисленияметана или воздушно-кислородной конверсии, который находит широкое применение в промышленности как методполучения водорода и окиси углерода,используемых в производстве аммиака,метанола, а также в черной и цветнойметаллургии,Известно, что для процесса непол Оного окисления метана используютокись никеля, никель и окись железа,нанесенные на гранулированные носители из окиси алюминия 13.Широкое применение н промышленности находят блочные катализаторы,в частности катализаторы на блочных носителях сотовой структуры, которые по сравнению с гранулирован"ными носителями иэ А 1 0 Г 2 3 имеют 20значительно меньшее гидравлическоесопротивление, высокую термическуюстабильность, равномерный отвод иподвод тепла. При высоких скоростяхгаза гранулы приходят в движение и 25поверхность их подвергается истиранию, что приводит к потере активности и в результате образования пыли1 к росту гидравлического сопротивления.Недостатком носителей из А 1 ОЗ является то, что в реакционной смесипри повышенных температурах происходит взаимодействие носителя с активным компонентом с образованиемщпинелей, что приводит к уменьшению срока службы катализатора.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигае"мому эффекту является катализатордля процесса воздушно-кислородной 4 Оконверсии метана, содержащий активный компонент - родий в количестве0,05 - 0,2 вес.% на носителе - гранулах окиси алюминия или блочном носителе сотового типа иэ МКО-А 220 , 45Катализатор готовят пропиткой указанных носителей раствором хлоридародия с последующей сушкой в течение 20 ч при 110 С и прокаливаниемов течение 3 ч при 800 С Г 33.К недостаткам известного катализатора следует отнести его относительно низкую активность. Так, степеньпревращения метана в процессе воздушно-кислородной конверсии при5850 С в присутствии известного катализатора составляет 28,0%.Цель изобретения - повышение активности катализатора.Указанная цель достигается тем,что катализатор для процесса воздушно-кислородной конверсии метана, содержащий активный компонент на блочном носителе, в качестве активногокомпонента содержит закись никеля,а в качестве носителя - /3 -нитридкремния при следующем содержаниикомпонентов, мас.7;Закись никеля 11,5-22,0-нитрид кремния ОстальноеПредлагаемый катализатор по сравнению с .известным обладает повышеннойактивностью. Так, степень превращенияметана в процессе воздушно-кислородной конверсии при 850 С в присутстствии предлагаемого катализатора составляет 99,87,Катализатор готовят следующим образом.Носитель (блок из нитрида кремния)заливают насыщенным раствором азотнокислого никеля. Высота блока 2,4 см,диаметр 1,0 см. После пропитки удаляют избыток раствора, а затем образецсушат под ИК-лампой при 110 С в течение 1 ч до остаточной влажностине более 5%, Далее катализатор прокаливают при 900 С в течение 3 ч.о 50 П р и м е р 1, Катализатор состава, мас.7; ИО 11,5, р -Б В 88,5.В качестве носителя используют блок из нитрида кремния, имеющий каналы треугольного сечения. Высота треугольника 0,03 см, основание 0,11 см, толщина перегородок 0,013 см, число треугольников в 1 см 190, объемный вес блока 0,66 г/смз, объем пор 0,06 смзг. Удельная поверхность образца, определенная по методу тепловой десорбции аргона, 0,36 м"/г.Носитель помещают в раствор азотно- кислого никеля так, чтобы он весь был покрыт раствором, и оставляют на 15 мин. Раствор готовят растворением навески 81 г Н(ЮЗ) 61, 0 в 50 мл воды. После этого блок носителя вынимают из раствора, продувают сжатым азотом, удаляют остатки раствора и сушат под ИК-лампой в течеоние 1 ч при 110 С. Высушенный образец прокаливают в муфеле при 90011 С в течение 3 ч.Вес исходного носителя 2,00 г, вес носителя с ВхО 2, 26 г. Удельная поверхность образца, определенная по методу тепловой десорбции аргона, равна 2,4 м /г катализатора.гРезультаты испытаний блочных катализаторов воздушно-кислородной конверсии, метана (Т 0 я= 850 С, Р = 1 атм). Состав конверсированной смеси,Х Степень Катализатор Пример конверсии,ХО Н со Н 10, Носитель СОвес.Х 1 11,5 = Б Н 2 220 = Б 1 И,1,9 1,0 99,8 40,7 21,5 0,5 99,8 3,1 42,0 19,8 0,5 99,8 4,6 39,1 19,2 ф Р ф 3 1097П р и м е р 2. Катализатор саста"ва, мас.7: 1110 22, Ь =Б 1. Б- 787,.В качестве исходного берут образецкатализатора, полученный по примеру1, и вторично наносят активный компонент аналогично примеру 1,Вес исходного образца 2,40 г, весобразца с И 10 2,57 г. Удельная поверхность образца равна 4,1 м /гкатапиэатора. 10П р и м е р 3, Катализатор состава, мас.7: Мдо 17; Р =Б 1 И83.Пропиточный раствор получают растворением навески 120 г И 1(305) 6 ГОв 50 мл воды.15Вес исходного носителя 2,26 г,вес носителя с 1110 2,40 г. Удельнаяповерхность образца равна 3,2 м 2/гкатализатора.П р и м е р 4 (сравнительный).Катализатор состава, мас.7.: ИО 12,МИО-Л 12 О Б 3.0 88.В качестве носителя используютблок иэ МДО .А 12 ОЗ Бд 02, близкий посоставу к прототипу, 25Носитель помещают в раствор аэотнокислого никеля так, чтобы он весьбып покрыт раствором и оставляют на15 мин, Раствор готовят растворениемнавески 140 г М(ИО) 6 Н 20 в 50 млводы. После этого блок носителя вынимают из раствора, продувают сжатымазотом, удаляя остатки раствора, исушат под ИК-лампой в течение 1 чпри 110 С. Высушенный образец прокаливают в муфеле при 900 С в течениеЗ 53 ч.Вес исходного носителя 2,62 г,вес носителя с Мдо 2,99 г. Удельная 369 аповерхность образца равна 1,1 м/гкатализатора.Все катализаторы испытаны в реакции неполного окисления метана иливоздушно-кислородной конверсии напроточной установке.Результаты испытаний приведены втаблице.Таким образом, катализаторы наносителе из нитрида кремния позволяютполучать газ с более высоким содержанием окиси углерода и водорода.С помощью рентгенофаэового анализа отработанных образцов катализаторов показано, что окись никеля взаимодействует с носителем из магнийалюмосиликата с образованием твердыхрастворов, что приводит к падению активности. В то время как в отработанном образце Ндо на нитриде кремнияприсутствует фаза 010 и Б 1 ЗИ,т,е.взаимодействия носителя с активнымкомпонентом нет.Предлагаемые катализаторы испытаныв течение 60 ч, при этом понижения,значения степени превращения не наблюдалось, что подтверждает высокуютермостабильность катализатора.Таким образом, предлагаемый катализатор характеризуется высокой активностью - 99,8 Х и более высокойтермической стабильностью носителя(рабочая температура нитрида кремния1500 С, МЕО - А 10 1100 С),Применение предлагаемого катализатора позволяет отказаться от использования в качестве активного компонента дорогостоящего и дефицитного родия.)4 12,0, МО=Л 120 3102 18,5 33,0 4,8 9,1 87 рО 5 8,7 9,6 8,3 18 ф 5 28,0 Составитель В, ТепляковаТехред Т.Фанта Корректор С.Шекмар Редактор Ю. Ковач Тираж 533 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 4095/8 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ф ф2 3