Физико-химические свойства интерметаллических систем на основе Ni3Al и их применение как катализаторов углекислотной конверсии метана в синтез-газ

• Автор: Галактионова, Любовь Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

1. Процессы переработки природного газа

1.1. Использование природного газа.

1.2. Методы окислительной конверсии метана.

2. Катализаторы процесса углекислотной конверсии метана.

2.1. Металлические катализаторы.

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Катализаторы.

2.2. Получение катализаторов. Методика самовоспламеняющегося высокотемпературного синтеза иитерметаллидов
2.3. Исследование каталитической активности образцов в процессе углекислотной конверсии метана

2.3.1. Схема проточной каталитической установки.

2.3.3. Хроматографический анализ продуктов реакции

2.3.2. Методика проведения каталитического эксперимента.
2.4. Физикохимическое исследование каталитических систем.
2.4.1. Рентгенофазовый анализ.
2.4.2. Растровая электронная микроскопия
2.4.3. Термический анализ.
2.5. Исследование зауглероживания катализаторов в процессе углекислотной конверсии метана
Глава 3. Результаты и их обсуждения.
3.1. Системы на основе ЛА1 в процессе УКМ.
3.1.1. Выбор объектов. Проведение СВС.
3.1.2. Каталитические эксперименты
3.1.3. Фазовый состав образцов
3.1.4. Природа каталитической активности МзА.
3.1.5. Морфологические особенности иитерметаллидов. Термический анализ продуктов уплотнения.
3.2. Модифицирование Ы1зД1 переходными металлами.
3.2.1. Модифицирование кобальтом
3.2.1.1. Обоснование выбора промотирующей добавки кобальта
3.2.2.2. Каталитическая активность ЫА1, модифицированного кобальтом
3.2.2.3. Фазовый анализ образцов, модифицированных кобальтом
3.2.2.4. Морфологические особенности систем, модифицированных кобальтом
3.2.3. Модифицирование ЫА1 ниобием
З.2.З.2. Данные каталитического эксперимента.
3.2.3.3. Рентгенофазовый анализ образцов, модифицированных ниобием
3.2.3.4. Морфологические особенности систем, модифицированных ниобием
3.2.4. Модифицирование ТЙ3А1 титаном
3.2.4.1. Обоснование выбора добавки.
3.2.4.2. Данные каталитического эксперимента
3.2.3.3 Рентгенофазовый анализ образцов, модифицированных титаном
3.2.3.4. Морфологические особенности систем, модифицированных титаном .
3.2.4. Модифицирование интерметаллида Л3А1 металлами подгруппы хрома.
3.2.4.1. Обоснование выбора в качестве модифицирующих добавок металлов подгруппы хрома.
3.2.4.2. Данные каталитического эксперимента образцов ЬН3А1, модифицированных хромом
3.2.4.3. Рентгенофазовый анализ образцов, модифицированных хромом
3.2.4.4. Морфологические особенности систем, модифицированных хромом.
3.2.5. Модифицирование вольфрамом.
3.2.5.1. Данные каталитического эксперимента образцов, модифицированных вольфрамом
3.2.5.3. Рентгенофазовый анализ образцов, модифицированных вольфрамом.
3.2.5.4. Морфологические особенности систем, модифицированных вольфрамом.
3.2.6. Модифицирование молибденом.
3.2.5.1. Данные каталитического эксперимента образцов, модифицированных молибденом.
3.2.5.2. Рентгенофазовый анализ образцов, модифицированных молибденом.
3.2.5.3. Морфологические особенности систем, модифицированных молибденом.
3.2.5.4. Термический анализ катализатора 3А1, модифицированного молибденом.
3.2.7. Зауглероживание катализаторов, модифицированных Сг, Мо, У, в процессе углекислотной конверсии метана.
ЛИТЕРАТУРА
Введение


Выявить влияние добавления переходных металлов Со, Сг, Мо, У, 6, Т на каталитическую активность и структуру системы ЫА1 методами рентгеиофазового анализа, растровой электронной микроскопии, термического анализа. Изучить процесс углеобразования, сопровождающий реакцию углекислотной конверсии метана, на катализаторах ЬП3А1М где М Сг, Мо,У и предложить пути регенерации наиболее активного из исследуемых катализаторов. Впервые для процесса углекислотной конверсии метана изучены катализаторыинтерметалл иды состава А1, синтезированные методом самовоспламеняющегося высокотемпературного синтеза СВС. Показано, что каталитической активностью в процессе сухого риформинга метана обладает многофазный образец ЫА1, содержащий фазу металлического никеля в матрице интерметаллида. При изучении влияния модифицирования й3А1 переходными металлами Со, Сг, Мо, У, 6, Тц показано, что наибольшей каталитической активностью и стабильностью в реакции УКМ обладает система ЫА1 5 Мо. При исследовании процесса углеотложения установлено, что образование карбида Мо2С на поверхности ЫА1 5 Мо в ходе реакции УКМ не снижает е каталитической активности. Практическая значимость работы. Полученные результаты представляют интерес для промышленных предприятий, реализующих процессы переработки природного газа в синтезгаз и другие ценные органические продукты. Исследованные в работе каталитические системы могут быть использованы в качестве прототипов для промышленного внедрения их в качестве катализаторов реакции УКМ, открывая тем самым принципиальную возможность промышленной реализации данного процесса в России. Глава 1. Правительства Российской Федерации от ав1уста года р в ближайшие годы основой внутреннего спроса на топливноэнергетические ресурсы при всех вариантах останется природный газ. Интенсивно растущее потребление моторных топлив в ближайшем будущем будет сконцентрировано на использовании экологически чистых видов топлив сжатого и сжиженного природного газа, водородного топлива также получаемого при переработке метана. В настоящее время природный газ используется в основном в энергетических целях тепловые электростанции на природном газе наиболее экологически чистые, пропанбутановая фракция применяется в качестве бытового топлива, а также как горючее для автотранспорта. Широкое применение природный газ получил в промышленности в качестве восстанавливающего агента, прежде всего в металлургии. Однако степень химической переработки природного газа в ценные продукты остается на низком уровне, что во многом связано со сложностью активации молекулы метана высокой энергией разрыва связи СН . Значительная часть попутного нефтяного газа сжигается в факелах, что приводит к невосполнимой потере ценного сырья и порождает сложные экологические проблемы в регионах добычи. Резюмируя вышесказанное, можно заметить, что основные усилия предприятий 1изовой отрасли должны быть сконцентрированы на увеличении масштабов химической переработки природного газа в ценные органические соединения и моторные топлива. Как упоминалось выше, существуют три способа непрямой конверсии метана в синтезгаз паровая конверсия метана, парциальное окисление метана кислородом и углекислотная конверсия метана 7, 8, , , . Единственный из трх способов окислительной конверсии метана, который внедрен в промышленность, именно таким способом в настоящее время получают большую часть синтезгаза. Реакцию проводят при высоких температурах С и давлении МПа. Промышленные катализаторы паровой конверсии метана содержат, как правило, в качестве активного компонента i в количествах 4 , нанесенного на аАОз. Для улучшения механических свойств, а также стойкости к зауглероживанию применяют различные добавки , Сгз, ТЮ2, , . Марки ранее применяемых отечественных промышленных катализаторов ГИАП3, ГИАГН, ГИАГ4, ГИАП5, ГИАП8, ГИАП , . В настоящее время используются каталитические системы фирмы II Англия. Н2СО в продуктах . Несмотря на то, что данная реакция является экзотермической, реализации в промышленности она не получила, однако интенсивное изучение этого вида конверсии продолжается по сей день .