Исследование поглотителей и катализаторов для абсорбционно-каталитической конверсии метана в неподвижном слое

• Автор: Лысиков, Антон Игоревич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Литературный обзор
1.1 Топливные элементы и топливные процессоры
1.1.1 Твердополимерные топливные элементы
1.1.2 Каталитическая паровая конверсия углеводородов
1.1.3 Абсорбционно-каталитическая конверсия
1.2 Высокотемпературные регенерируемые поглотители СО2
1.2.1 Промотированные гидроталькиты
1.2.2 Цирконаты, силикаты и другие соли щелочных металлов
1.2.3 Поглотители на основе оксидов металлов II группы таблицы Д.И. Менделеева
1.2.3.1 Термодинамика процесса очистки от СО2
1.2.3.2 Однокомпонентные хемосорбенты
1.2.3.3 Доломит и другие многокомпонентные поглотители
1.3 Катализаторы абсорбционно-каталитической конверсии УВ
1.3.1 Катализаторы паровой конверсии углеводородов
1.3.2 Выбор носителя для стабильной работы катализатора
1.3.3 Кинетика паровой конверсии углеводородов и СО
1.3.4 Влияние побочных реакций и примесей на активность катализаторов паровой5
конверсии
1.3.4.1 Коксование катализаторов
1.3.4.2 Отравление катализатора серой
Заключение
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть
2.1 Материалы
2.2 Получение экспериментальных образцов
2.2.1 Синтез поглотителей углекислого газа с модифицирующими добавками
2.2.2 Синтез монодисперсного карбоната кальция
2.3 Измерение ёмкости сорбента в проточном адсорбере
2.4 Термогравиметический метод определения динамической емкости поглотителя
2.5 Исследование активности катализаторов в циклической паровой конверсии
углеводородов
2.6 Физические методы исследования
ГЛАВА 3. Хемосорбенты СО2 на основе СаО с нромотирующими добавками
3.1 Влияние промотируюгцих добавок на емкость СаО
3.2 Карбонат бария
3.3 Эвтектическая смесь карбонатов лития и натрия с карбонатом бария
3.4 Смесь карбонатов лития и натрия с оксидами элементов 4-й группы
3.5 Использование других стабилизирующих добавок
ГЛАВА 4. Исследование поглотителей на основе чистого СаО
4.1 Синтез монодисперсного СаО
4.1.1 Осаждение СаСОз из водных растворов
4.1.2 Осаждение СаСОз из спиртовых растворов
4.1.3 Осаждение СаСОз при незначительном охлаждении
4.1.4 Синтез СаСОз при глубоком охлаждении
4.1.5 Результаты РФ А

4.2 Изучение влияния условий проведения сорбции на динамическую емкость СаО
4.2.1 Температура
4.2.2 Продолжительность цикла
4.2.3 Соотношение продолжительностей стадий поглощения-регенерации
4.2.4 Устойчивость стационарной емкости
4.2.5 Механизм спекания СаО
4.2.6 Искусственное формирование текстуры
4.2.7 Математическая модель спекания СаО
4.3 Влияние текстуры поглотителя на стационарную емкость СаО
4.3.1 Сорбционные системы и методы их исследования
4.3.2 Модель оценки динамической емкости СаО
4.3.3 Рекомендации по приготовлению СаО с высокой и стабильной емкостью
Г ЛАВА 5. Изучение катализаторов паровой конверсии
5.1 Стационарная конверсия УВ на катализаторе НИАП
5.2 Циклическая конверсия метана па катализаторе НИАП
5.3 Влияние температуры и состава реагентов !
5.4 Исследование платиновых катализаторов в условиях абсорбционно-каталитической
конверсии
5.5 Проведение паровой конверсии на никелевом катализаторе с неразвитой
поверхностью
5.6 Создание стабильной системы на основе никелевого и платинового
катализатора
ВЫВОДЫ
БЛАГО Д АРНО СТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
А дин - динамическая емкость
АКК - абсорбционно-каталитическая конверсия
атм. - атмосфера
б/в - безводный
вес.% - весовые проценты
водн. - водный
ВТП — высокотемпературный поглотитель г. - газообразный ИК - инфракрасный
КПД - коэффициент полезного действия об. - оборот
об.% — объемные проценты
04 - особой чистоты (по степени очистки 99,99%)
отр. - отработанный
пр-во - производство
РФА - рентгенофазовый анализ
тв. - твердый
Тпл - температура плавления Тпр - температура прокаливания ТЭ - топливный элемент УВ - углеводород
ХЧ - химически чистый (по степени очистки 99,9%) Ч - чистый (по степени очистки >95%)
ЧДА — читый для анализа (по степени очистки >99%) р - равновесное давление ртш _ давление 11а ВХОде в реактор рои"е' - давление на выходе в реактор ppm - parts per million (одна миллионная доля)

переходит в диффузионно-лимитируемый режим, когда скорость определяется диффузией СОг через поверхностный слой карбоната. Интересно, что даже после 24 часов карбонизации оксид кальция реагирует не полностью (Рис. ] 6Ь). Критерий Пил-
вательно, образование слоя карбоната заметно ухудшает транспорт оксида углерода к непрореагировавшему ядру хемосорбента [95]. При этом стоит заметить, что менее короткие и более интересные с практической точки зрения циклы приводят к нестабильной работе сорбционной системы на основе оксида кальция, что связано с быстрым уменьшением степени превращения СаО от цикла к циклу (Рис. 16с). Подобная динамика наблюдается практически во всех экспериментах. Однако, для более длительных циклов, где большой вклад в емкость СаО определяется медленной диффу-зионно-лимитируемой стадией, скорость падения емкости значительно ниже от цикла к циклу (Рис. 17а) по сравнению с уменьшением емкости СаО в более коротких циклах (Рис. 17Ь, с). Интересно, что попытки увеличить емкость хемосорбента после большого количества циклов проведением одной длительной стадии сорбции приводят к незначительному увеличению емкости оксида кальция на несколько циклов, затем ее значение возвращается к прежней малой величине (Рис. 17d). По мнению автора, чтобы оксид кальция быстро связывал C(J2 на 100%, необходимо чтобы его частицы имели радиус порядка толщины слоя СаСОз, образующегося по окончании быстрой фазы сорбции. По математическим оценкам, приведенным в источнике,
Рис. 17. Степень превращения СаО в реакции удаления СО; от номера цикла: а) 24-часовые циклы; Ь) один 24-часовой цикл, затем короткие циклы; с) короткие циклы; d) один 24-часовой, затем короткие циклы. Температура 886 °С, давление СО; на стадии сорбции 1 атм. [95].

0 5 10 15 20 25
Номер цикла