Загрузил zhakssultangaziev

Катализаторы водяной конверсии метана в синтез-газ

реклама
Катализаторы водяной
конверсии метана в синтез-газ.
Выполнила: Машина Ольга, ХТОВ-302
• Синтез-газ (смесь H2 и CO) служит исходным сырьем для
производства многих химических и нефтехимических продуктов
(метанол и другие оксигенаты, продукты синтеза Фишера-Тропша), а
также используется для восстановления железной руды.
Преобладающим сырьем для производства синтез-газа попрежнему остаются природный газ и легкие углеводороды
(попутный газ или прямонный бензин)
Основным методом переработки природного газа
является паровая конверсия метана.
После парциального окисления метана. кислородом и
автотермического риформинга, который представляет
собой комбинацию парциального окисления и паровой
конверсии.
 Процесс паровой конверсии
метана обычно описывается
следующими равновесиями:
 Выражения для констант
равновесия (1) и (2):
Технологическая схема установки конверсии метана с водяным паром для получения CO
+ H2 (конфигурация с боковым обогревом)
Установка для автотермического риформинга при
низком соотношении пар-углерод
Схема переработки углеводородного сырья с
помощью автотермической риформинговой установки.
Катализаторы паровой
конверсии метана
Для паровой конверсии метана, как правило,
используется катализатор с высоким содержанием
никеля (до 20% Ni в виде NiO), промотированный и
нанесенный на α-оксид алюминия.
Однако!
В условиях, благоприятствующих
получению синтез-газа с низким
соотношением H2/CO,
коксообразование более вероятно,
поэтому катализатор паровой
конверсии с высоким содержанием
никеля не может быть использован.
Одним из подходов к решению данной проблемы является
проведение пассивированного серой процесса паровой конверсии
и разработка нового катализатора для конверсии метана
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
 В качестве активных компонентов для
 На основе данных
приготовления катализатора были выбраны
скрининговых
металлы (включая Pt, Pd, Ir, Ni, Rh и Ph),
экспериментов как самый
которые комбинировали с носителями αAl2O3, TiO2 и ZrO2.
перспективный был выбран
 При использовании некоторых носителей, в
катализатор Pt/ZrO.
частности ZrO2, в катализатор вводили
 платиновый катализатор,
промоторы.
нанесенный на диоксид
 Катализатор Pt/ZrO2 исследовали в условиях
смешанной паровой/углекислотной
циркония, в ходе работы
конверсии. Процесс осуществляли в
дезактивируется гораздо
проточном реакторе, изготовленном из
меньше, чем катализаторы
специального сплава и помещенном в печь с
трехзонным профилем температуры. Условия
на основе никеля
проведения реакции: 550ó850 °C, давление
до 17 бар, объемные скорости от 1000 до
2000 чñ1, соотношение CO2/CH4 от 1,0 до 3,0,
соотношение пар/метан от 0,25 до 1,6.
Результаты типичных
экспериментов при жестких
условиях конверсии
(соотношение пар/углерод равно
нулю) подтверждают гораздо
более высокую устойчивость
Pt/ZrO2 по сравнению с Ni/Al2O3.
Зависимость конверсии метана от
температуры была исследована для
ряда металлов VIII группы, нанесенных на диоксид циркония.
Установлено, что активность
изменяется в ряду: Rh, Pt > Ir, Pd > Ru.
Сопоставление показателей работоспособности катализатора
Pt/ZrO2 и различных промышленных никелевых катализаторов для
паровой конверсии метана при повышенном давлении в жестких
условиях риформинга показывает, что Pt/ZrO2 обладает
наилучшими характеристиками.
Модель реакции (схематически):
Pt-катализатор на диоксиде циркония,
вполне удовлетворяет требованиям по
основным свойствам:
 механическим (прочность, истирание)
 физическим (удельная поверхность, пористость и
состав)
 каталитическим (активность и стабильность).
Химический состав катализатора неоднократно являлся
предметом анализа в большом числе работ
 Наибольшее распространение в промышленности
получили катализаторы, содержащие в качестве
активного компонента металлический никель
благодаря его доступности и относительно невысокой
стоимости.
 Кроме того, активный компонент на основе
металлического никеля отличается наименьшей
склонностью к окислению, осернению и
зауглероживанию.
 Помимо никельсодержащего активного компонента в
их состав входят различные структурообразующие
добавки (каолин, цемент, глина, графит, и др.).
 Катализаторы готовят различными методами:
соосаждением соответствующих компонентов,
смешением порошков или паст с последующими
стадиями таблетирования или экструзионного
формования; пропиткой носителя растворами
соответствующих солей.
 При этом содержание никеля в катализаторах
варьируется в пределах 10-60 мас.%
Отличительными признаками катализаторов
являются:
 1. Состав активного компонента катализатора,
включающий, мас.%: (3,7-16,0)NiO, (0,1-2,2)ZrO2, (0,1-4,1)Lа2О3.
 2. Форма гранулы, представляющая собой трехлистник с
тремя цилиндрическими отверстиями , позволяющая
повысить степень использования активного компонента.
Кроме того, позволяет добиться высокой турбулизации
потока реакционного газа в промышленных трубчатых
реакторах, обеспечивая минимальный перепад давления по
высоте слоя при осуществлении турбулентного режима, а
это в свою очередь способствует значительному
увеличению теплоотдачи от стенки реактора к слою
катализатора и наоборот.
Эксперименты по испытанию эффективности работы
катализаторов проводили на автоматизированной проточной
каталитической установке (ПКУ -1) в лаборатории Казахского
Национального университета им. аль-Фараби Республики
Казахстан
 Оптимальные технологические параметры
процесса: Т=750оС, W=1000 ч-1 и соотношение
СН4:О2 = 2:1
 При данных условиях конверсия метана составляет
91 %, концентрация водорода 71 об.% и монооксида
углерода 72 об.%.
NiLa/Al2O3 катализатор
• Носитель - наибольшую активность
проявляет γ — Al2O3 с удельной
поверхностью равной 171 м2/г
• Увеличение температуры прокалки
с 300 до 1000оС влияет на величину
удельной поверхности
катализатора( снижение) от 172 до
118 м2/г. Также происходит
уменьшения удельного объема
пор от 0,084 до 0,059 см3/г, однако
средний размер пор практический
остается без изменений - спекание
Таким образом,
Катализатор в течении 30 часов не терял свою
активность, соотношение Н2/СО также остается
равна единице. После 16 часов проведения
эксперимента концентрация водорода и СО
повышаются до 72 и 73 об.%, соответственно. При
этом конверсия метана составляет 91%,
концентрация СО2 1,6 об.%.
Скачать