Конверсия продуктов биомассы и техногенных отходов в синтез-газ на пористых мембранно-каталитических системах

• Автор: Голубев, Константин Борисович
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Мембранно-каталитические реакторы

1.2 Типы мембранных катализаторов

1.3 Пористые неорганические мембраны

1.4 Перспективы применения мембранных реакторов

в промышленности

1.5 Промышленные способы получения синтез-газа

1.6 Перспективные способы получения синтез-газа

1.7 Катализаторы углекислотной конверсии метана
1.8 Паровая конверсия монооксида углерода
1.9 Заключение
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Методика синтеза пористых керамических мембран
2.2 Методика формирования высоко дисперсных каталитических систем
в порах мембраны
2.2.1 Методика формирования буферного слоя
2.2.2 Методика нанесения Рс1- и Мп-содержащих каталитически активных компонентов
2.3 Мембранно-каталитический стенд
2.3.1 Мембранно-каталитическая установка
2.3.2 Мембранно-каталитический реактор
2.4 Методика проведения экспериментов
2.5 Методика анализа продуктов реакции
2.6 Методика проведения эксперимента по изучению динамики протекания процессов углекислотного риформинга
метана и этанола
2.7 Методы анализа структуры мембран
2.7.1 Метод вытеснения жидкости из пор сжатым воздухом

2.7.2 Метод гидростатического взвешивания
2.7.3 Газовая адсорбция (метод ВЕТ)
2.7.4 Сканирующая электронная микроскопия (SEM)
2.7.5 Просвечивающая электронная микроскопия (ТЕМ)
2.7.6 Рентгеновская дифрактометрия (XRD)
2.7.7 Рентгеновская абсорбционная спектроскопия (XAFS)
2.8 Методика расчётов
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Изучение каталитической активности мембранно-каталитических систем 1-го поколения
3.1.1 Углекислотный риформинг метана
3.1.2 Углекислотный риформинг этанола
3.1.3 Углекислотно-паровая конверсия лёгких углеводородов
3.2 Изучение каталитической активности мембранно-каталитических систем 2-го поколения
3.2.1 Влияние состава мембран на каталитическую активность
3.2.2 Влияние буферного слоя и нанесённых наноразмерных активных компонентов на каталитическую активность
3.2.3 Влияние предшественников кобальта на каталитическую активность Ni-Co мембран
3.2.4 Влияние фазового состава и предварительной окислительновосстановительной обработки Ni-Co катализатора
на активность в процессе УРМ
3.3 Изучение динамики протекания процессов углекислотного риформинга метана и этанола методом термогравиметрии
3.4 Анализ структуры Ni-Co мембран
3.5 Мембранно-каталитические системы в паровой конверсии монооксида углерода
3.6 Практическое применение мембранно-каталитических систем
3.6.1 Переработка отходящих продуктов синтеза Фишера-Тропша

в синтез-газ на мембранно-каталитических системах
3.6.2 Применение мембранно-каталитических систем
в интегрированной схеме с твердооксидным топливным
элементом для выработки электроэнергии
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Согласно исследованию [104], высокая пористость Ni-катализаторов, нанесённых на А1203, Si02, MgO, способствует повышению каталитической активности.
В работе [105] была изучена углекислотная конверсия метана при 650 °С и соотношении СН4/С02 = 1/3 моль/моль на катализаторе Ni/CaO-Si02. Катализаторы готовили пропиткой солями Ni носителя Si02, модифицированного СаО. При этом возрастает дисперсность металла. Образующиеся угольные нити не дезактивируют катализатор.
Имеются данные о том, что дисперсность металла есть строгая функция кислотности носителя по Льюису [106]. Возможно, льюисовские центры являются центрами кристаллизации частиц металла.
По сообщениям [107, 108] регенерация в Н2 (700 °С, 12 ч) сильно увеличивает активность Ni-катализатора и уменьшает активность Ni-Co-катализатора. Изменения активности приписаны углеобразованию и структурным изменениям. Авторы [107, 108] делают вывод о том, что вклад паровой конверсии СО на этих катализаторах менее значителен.
Никелевые катализаторы с добавками переходных металлов
Исследовано влияние добавок Ьа203, Се02, а также оксидов MgO и СаО к катализатору Ni/Al203 на его активность и другие свойства в конверсии смеси СН4 + С02 при 650-850 °С. Катализаторы, промотированные MgO и СаО, более чувствительны к условиям пропитки, чем катализаторы, промотированные оксидами редкоземельных элементов [109-111]. Высокую активность проявляют катализаторы Ni/Ce02 и Ni/Ce02-Al203) [112].
Наиболее активен катализатор, содержащий 5 % Се02. Добавка способствует увеличению восстанавливаемости и диспергируемое никеля. Благодаря оксиду Се02 после диссоциативной адсорбции С02 атом углерода реагирует с кислородом и меньше образуется углерода.
Изучен катализатор Ni/MgO (Ni/Mg = 1) с добавками Сг203 и La203 [113]. Установлено, что введение Сг203 или Ьа203 обеспечивает значительное повышение устойчивости катализатора к углеобразованию. Промотирование