Реферат: Процесс воздушной конверсии природного газа (ПГ) в синтез-газ (Н2+СО) может сопровождаться перегревом лобового слоя катализатора выше 1200°С, что приводит к спеканию и дезактивации катализатора. Поэтому возникает задача разработки термостабильного теплопроводного блочного катализатора без добавки драгоценных металлов с пониженным коксообразованием, работающего с высокой производительностью при умеренной (<1000°С) температуре лобового слоя. Структурированные цилиндрические блоки (диаметром 18,0; 27,2; 42,0 мм, длиной 20; 27; 54 мм) носителя катализатора были изготовлены из пористой никелевой (п-Ni) ленты, произведенной НПО "Центротех", с характеристиками: 99,8%масс.Ni, толщина 93±7 мкм, пористость 30±5%. Были приготовлены серии катализаторов, полученные нанесением на предварительно окисленные блоки из п-Ni различных количеств NiO+MgO или MgO методом многократной пропитки в водном растворе ацетатов(а) металлов(а) с последующей прокалкой. Подробно методы приготовления описаны в [1-3]. Катализаторы были испытаны в адиабатических условиях при давлении P=1-6 атм., коэффициенте избытка воздуха α = О2/(2·СН4) = 0,30 - 0,42, температуре смеси реагентов 20°С, скорости подачи реагентов: линейной u= 0,30 - 2,28 м/с, объемной GHSV = 19900 - 152000 ч-1. Восстановление катализаторов проводилось потоком реагентов. Катализаторы были исследованы ртутной порометрией, СЭМ, СЭМ+EDS, ПЭМ, HAADF-STEM, РФА, РФЭС, термогравиметрией, термодесорбцией аргона. Экспериментально показано, что в зависимости от количества нанесенных NiO+MgO температура перегрева (Tmax) лобового слоя катализатора на основе пористого никеля проходит через точку минимума, соответствующую оптимальному количеству NiO+MgO [1]. Разработка математической модели процесса и изучение катализаторов (NiO+MgO)/п-Ni показали, что наличие минимума температуры Tmax не связано с агломерацией частиц активного компонента Ni, а определяется влиянием внутренней и внешней диффузии реагентов, а также количеством нанесенного Ni на скорости экзотермической и эндотермической стадий при протекании реакции воздушной конверсии ПГ в синтез-газ [1]. Определено количество нанесения MgO на окисленный п-Ni на уровне 4,4%масс., обеспечивающее достаточное покрытие поверхности п-Ni нанесенным MgO, предотвращающее сажеобразование. Продемонстрирована стабильная работа катализатора 4,4%MgO/п-Ni в течении 82 ч. Экспериментально получено [2]: увеличение давления (P) снижает Tmax, возрастание коэффициента избытка воздуха (α) приводит к увеличению конверсии CH4, и увеличению Tmax; влияние α на Tmax снижается с увеличением P, повышение GHSV приводит к росту Tmax. Недавние испытания при увеличении u в диапазоне 1,43-1,86 м/с для катализаторов (NiO+MgO)/п-Ni показали, что Tmax катализатора не меняется, и происходит расширение зоны перегрева и плавное перемещение этой зоны из входной части блока к выходу, а также снижение конверсии СН4. Производительность катализатора 4,8%(NiO+MgO)/п-Ni по синтез-газу (Н2+СО) (при н.у.) составляет 52,9 (м3/ч)/лкат (конверсия СН4=91,3%, Tmax=982°C, H2/CO=1,7) при u = 1,43 м/с (GHSV=95 500 ч-1), α = 0,3. Авторы выражают благодарности к.х.н. Н.А. Кузину и В.В. Киреенкову за помощь в проведении экспериментов под давлением и при GHSV=31200ч-1 и обсуждение результатов; д.т.н. В.А. Кириллову , к.х.н. Д.И. Потёмкину, д.х.н. П.В. Снытникову за обсуждение результатов; к.х.н. Е.А. Супруну за исследование СЭМ+EDS. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания Института катализа СО РАН (проект AAAA-A21-121011390009-1). Исследования физическими методами анализа выполнены с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Национальный центр исследования катализаторов». СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Brayko A.S. et al. Methane partial oxidation over porous nickel monoliths: the effects of NiO-MgO loading on microstructural parameters and hot-spot temperature. // Materials Letters. – 2019. – V. 236. – P. 264-266. 2. Шигаров А.Б. с сотр. Экспериментальное исследование разогрева лобового слоя структурированного металлопористого катализатора при воздушной конверсии метана.//ТОХТ. – 2018. – Т.52. – №2. – С.189-199. 3. Брайко А.С. // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник трудов XIX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск, 2022. – Т.2. – C.43-48.

Библиографическая ссылка: Брайко А.С. , Шигаров А.Б.
Воздушная конверсия природного газа в синтез-газ на структурированных катализаторах Ni-MgO на основе пористого никеля
III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Водород. Технологии. Будущее» 25-26 окт. 2022