Каталитическое окисление СО в водородсодержащих газовых смесях

• Автор: Снытников, Павел Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава I Литературный обзор.

1. Вводные замечания

2. Способы глубокой очистки водорода от оксида углерода.

2.1 Физические методы

2.2 Каталитические методы

3. Каталитическое окисление СО в присутствии водорода

3.1 Понятия и определения.

3.2 Катализаторы и условия проведения процесса

3.2.1 Катализаторы на основе платиновых металлов.

3.2.2 содержащие катализаторы.
3.2.3 Катализаторы на основе меди
3.2.4 Другие типы катализаторов
3.3 Представление о механизме окисления СО в водородсодержащих газовых смесях
4. Выводы из литературного обзора и задачи работы
Глава II Методика экспериментов.
1. Кинетические эксперименты.
1.1 Схема экспериментальной установки.
1.2 Анализ состава реакционной смеси и обработка результатов
1.3 Конструкция каталитического реактора
1.4 Кинетические эксперименты с использованием ИК спектроскопии i i.
2. Методики приготовления катализаторов
2.1 Монометаллические и биметаллические катализаторы
ф 2.2 Оксидные медноцериевые катализаторы
3. Методы, примененные для исследования катализаторов
Глава III Окисление СО в присутствии Н2 на , и содержащих
катализаторах
1. Окисление СО в присутствии Н2 на , и
1.1 Катализаторы и их физикохимические характеристики
1.2 Зависимости активности и селективности от температуры.
1.3 Влияние концентрации СО в водородсодержащем газе на входное отношение концентраций С0, необходимое для удаления СО до
1.4 Зависимости активности и селективности от содержания активного компонента в катализаторе.
1.5 Влияние С и паров Н на протекание реакции.
1.6 Сопоставление каталитических свойств Рсодержащих систем
1.7 Механизм и кинетическая модель протекания реакции окисления СО в присутствии водорода на Р1содержащих катализаторах.
2. Каталитическое окисление СО в присутствии Н2 на биметаллических
катализаторах.
2.1 Р1Яи катализаторы.
2.2 РЮо катализаторы.
Глава IV Окисление СО в присутствии Н2 на оксидных медноцериевых
катализаторах.
1. Физикохимические характеристики СиСеОг.х катализаторов.
2. Активность и селективность СиСе.х катализаторов, приготовленных методами пропитки и соосаждения
3. Влияние состава водородсодержащей смеси на протекание реакции.
3.1 Влияние С и паров Н.
3.2 Влияние и СО.
4. Оптимальные условия глубокой очистки водородсодержащих смесей
5. Сопоставление каталитических свойств СиСе.х систем.
Выводы
Литература


Каталитические методы В настоящее время известно два каталитических способа очистки водородсодержащего газа от СО. В основе одного из них лежит реакция метанирования СО, в основе другого реакция окисления СО в присутствии водорода. Ниже кратко суммированы сведения по этим способам очистки. Эта реакция, также как и реакция паровой конверсии СО, давно и широко используется в промышленности при получении чистого водорода, например, для процесса синтеза аммиака. Данная реакция позволяет снижать концентрацию СО в водородсодержащем газе до уровня ниже, чем 0 , однако, проведение процесса очистки по этому пути имеет ряд серьезных недостатков 2. Вопервых, в ходе реакции на каждую молекулу СО расходуется три молекулы водорода. Поэтому процесс метанирования оксида углерода целесообразно проводить только при достаточно низких концентрациях СО. Когда первоначальная концентрация СО высока 12 об. С 4Н2 СН4 2НгО. При этом провести процесс селективного метанирования СО без вовлечения в реакцию СО2 весьма трудно. Катализаторы селективного метанирования СО в присутствии СО2 до сих пор не разработаны. Наконец, во многих случаях высокое содержание метана в газовой смеси также не желательно, как и присутствие СО. Учитывая сказанное выше, представляется весьма проблематичным использование этого метода в составе топливного процессора для очистки водородсодержащего газа от СО. Другим каталитическим способом глубокой очистки водородсодержащего газа от СО является процесс селективного окисления СО. В этом случае кислород воздух подается в очищаемую водородсодержащую газовую смесь 1, что приводит к протеканию двух каталитических реакций окисления СО и Н2. Сразу же отметим, что именно поэтому для глубокого удаления СО из водородсодержащего газа требуется кислорода больше, чем стехиометрическое количество по реакции окисления СО. Реакция окисления оксида углерода в водородсодержащих газовых смесях достаточно давно привлекает внимание исследователей во всем мире. Например, в х годах она рассматривалась 9, как реальная альтернатива процессу метанирования, используемому для очистки водорода от оксида углерода в промышленном процессе синтеза аммиака. В последние годы она обстоятельно изучается в связи с разработкой топливного процессора для ПОМТЭ. Исследования проводятся как в направлении разработки более эффективных катализаторов, так и реакторов для проведения этой реакции. В настоящее время считается, что реакция селективного окисления СО является наиболее предпочтительной для очистки газовых смесей с большим содержанием водорода от оксида углерода. Основные преимущества простота и легкость в управлении параметрами процесса 16, а также высокая скорость протекания реакции, что позволяет делать компактные устройства очистки. Далее рассмотрены основные результаты, относящиеся к этому способу очистки. Н2 2Нгаз 2кДжмоль Н Их протекание принято характеризовать степенями конверсии СО ХСо. Ог Хо2 и селективностью Эсо, которая равна отношению количества кислорода, израсходованного на окисление СО, к количеству кислорода, израсходованному по обеим реакциям. ДсоД,
Дг1со . СО0, Ог0 концентрации оксида углерода и кислорода на входе в реактор СО, О2 концентрации оксида углерода и кислорода на выходе из реактора ДОгсо, Дн2 количество кислорода, израсходованного на окисление СО и Н2. Наряду с этими характеристиками протекания реакции, важнейшим параметром также является отношение входных концентраций ОгСО, необходимое для достижения глубокой очистки водородсодержащего газа от СО. Чем выше Хсо и и меньше отношение О2оСО0. В этой связи следует отметить, что поскольку содержание СО в водородсодержащей газовой смеси, подаваемой в топливный элемент, не должно превышать 0 , то при типичной начальной концентрации СО в водородсодержащем газе 1 об. СО должна быть равна ,9. На эффективность работы катализатора в реакции селективного окисления СО в присутствии водорода влияет целый ряд факторов, основные из которых это природа катализатора и условия проведения процесса температура, состав реакционной смеси, скорость подачи смеси.