Синтез и исследование никелевых катализаторов на основе металлических носителей для реакции паровой конверсии метана в синтез-газ

• Автор: Федорова, Залия Амировна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Каталитическая активность металлов VIII группы в реакции паровой конверсии метана
1.2. Способы приготовления катализаторов паровой конверсии метана
1.3. Теплопроводные катализаторы и их применение в каталитических реакторах
1.4. Каталитическая активность металлов VIII группы в реакции окисления водорода
Заключение к главе I и постановка задачи
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Методика приготовления катализаторов
2.1.1. Исходные компоненты и реактивы
2.1.2. Приготовление никелевых армированных катализаторов
2.1.3. Приготовление никель-платиносодержащих армированных катализаторов
2.1.4. Приготовление катализаторов на основе пористого металлического никеля
2.2. Физико-химические методы исследования катализаторов
2.2.1. Рентгенофазовый анализ
2.2.2. Удельная поверхность
2.2.3. Порометрия
2.2.4. Электронная микроскопия
2.2.5. Рентгено-фотоэлектронная спектроскопия
2.2.6. Химический анализ
2.3. Определение каталитической активности катализаторов
2.3.1. Методика и описание экспериментальной установки для определения каталитической активности в реакции паровой конверсии метана
2.3.2. Методика определения каталитической активности никель-платиносодержащих
катализаторов в реакции окисления водорода
Глава 3 Никелевые и нлкель-платиносодержащие армированные катализаторы
3.1. Фазовый состав и текстура никелевых армированных катализаторов
3.2. Исследование никелевых катализаторов методом РФЭС. Формирование активного компонента катализатора

3.3. Каталитическая активность никелевых катализаторов в реакции паровой конверсии метана
3.4. Фазовый состав и текстура никель-платиносодержащих армированных катализаторов
3.5. Каталитическая активность никель-платиносодержащих армированных катализаторов
в реакции окисления водорода
Заключение к главе
Глава 4 Никелевые катализаторы на основе пористого металлического никеля с подложкой оксида магния
4.1. Фазовый состав и текстура пористого никелевого носителя с подложкой МёО
4.2. Данные электронной микроскопии высокого разрешения и рентгеноспектрального микроанализа о структуре подложки N0 в носителях
4.3. Фазовый состав и текстура нанесенных никелевых катализаторов на пористом никеле с подложкой М§0
4.4. Каталитическая активность никелевых катализаторов на основе пористого никеля с подложкой М§0 в реакции паровой конверсии метана
4.5. Пилотные испытания блочного катализатора на основе пористого никеля в реакциях
паровой и паро-углекислотной конверсии метана
Заключение к главе
Глава 5 Применение армированных катализаторов в каталитическом теплообменном реакторе с сопряженными по теплу реакциями паровой конверсии метана и окисления водорода
5.1. Испытание армированных катализаторов в каталитическом теплообменном реакторе с сопряженными по теплу реакциями паровой конверсии метана и окисления водорода
5.2. Математическая модель реактора с сопряженными по теплу реакциями паровой конверсии метана и окисления водорода
Заключение к главе
Выводы
Список литературы
Приложение
Благодарности

Введение
Проблема получения синтез-газа и водорода актуальна как для крупнотоннажных каталитических процессов неорганического синтеза, так и для создания новой водородной энергетики. Топливные элементы в настоящее время являются одним из перспективных экологически чистых источников энергии для электростанций, космических объектов, транспорта. Во многих странах ведутся работы по созданию топливных элементов, в которых происходит электрохимическое окисление водорода, получаемого в процессе конверсии метана или другого углеводородного топлива. Эндотермический процесс паровой конверсии метана является одним из способов получения синтез-газа и для его осуществления необходим подвод тепла в зону реакции от внешнего источника.
Традиционно реакцию паровой конверсии метана проводят в трубчатых реакторах с гранулированным катализатором. Недостатком таких реакторов является затруднение переноса тепла через стенку реактора и в слое катализатора. Одним из подходов к решению данной задачи является применение реакторов, совмещающих каталитическую и теплообменную поверхности, в которых одновременно проводят эндотермическую и экзотермическую реакции в смежных каналах, разделенных теплопроводной стенкой. Для применения в каталитических теплообменных реакторах наиболее перспективны катализаторы на основе металлических носителей. Разработка катализаторов с высокой теплопроводностью актуальна и для создания топливных элементов, наибольший эффект работы которых достигается при проведении процесса паровой конверсии метана одновременно с реакцией окисления отработанного анодного газа, содержащего водород. Катализаторы на основе металлических носителей обладают механической прочностью и высокой теплопроводностью. Дополнительным преимуществом является возможность их структурирования и создания блочных катализаторов. Из литературных данных известно, что основное направление разработок катализаторов паровой конверсии метана связано с никелевыми катализаторами.
Данная работа посвящена разработке никелевых катализаторов на основе металлических носителей для реакции паровой конверсии метана: катализаторов, армированных сеткой из нержавеющей стали, и нанесенных катализаторов на основе пористого металлического никеля.

100°С. При снятии кислорода с поверхности платины путем обработки водородом при 500°С каталитическая активность возрастает и притом тем значительнее, чем продолжительнее осуществляется восстановление водородом. Однако, повышенная активность, достигнутая после длительной обработки водородом, в процессе испытания постепенно снижается, приближаясь к постоянному значению. Обработка кислородом в отсутствие водорода вызывает резкое падение каталитической активности. Таким образом, изменение состава реакционной смеси меняет не только концентрации реагирующих частиц в газовой фазе, но может приводить, в результате взаимодействия отдельных компонентов с металлом, и к существенным изменениям его каталитических свойств.
В работе [91] была определена каталитическая активность ряда платиновых катализаторов: проволоки, фольги и платинированного силикагеля. В табл. 1.7 представлены каталитическая активность исследованных образцов в стационарном состоянии при 100°С. Наблюдаемая энергия активации реакции для всех платиновых катализаторов оказалась приблизительно одинаковой, равной 11 ккал/моль.
Таблица 1.7. Удельная каталитическая активность платиновых катализаторов [91].
Катализаторы Платиновая проволока диаметром 0,1 мм Платиновая фольга толщиной 0,2 мм Платинированный силикагель, 0,2 % 1А
Активность, отнесенная на 1 г 1,1 104 6,2 10" 4,2
Поверхность платины, см2/г 20,6 6,9 3 Ю3
У КА, см/час-10"2 5,3 9,0 14
Из таблицы 1.7 видно, что хотя поверхность и каталитическая активность, отнесенные к 1 г платины, меняются у исследованных образцов почти в 105 раз, удельная каталитическая активность, отнесенная к единице поверхности платины, меняется менее чем в три раза. Аналогичный результат был получен и для других металлов, исследованных в состоянии различной дисперсности. Эти данные свидетельствуют о том, что удельная каталитическая активность металлов одинакового состава в отношении реакции окисления водорода сохраняется приблизительно постоянной при изменении .в широких пределах размеров кристаллитов, температуры прогрева и других условий приготовления и, следовательно, может быть использована для характеристики каталитических свойств вещества.