Abstract: Риформинг природного газа в синтез-газ – многотоннажный процесс химической промышленности, используемый в производстве востребованных химических соединений (водород, аммиак, метанол, синтетические жидкие углеводороды). В качестве коммерческих катализаторов для процессов риформинга метана используются нанесенные на различные носители (Al-Ca-O, Al-Mg-O, Al-La-O) никелевые катализаторы, которые, в зависимости от условий проведения процесса, могут содержать промотирующие добавки [1]. Ni-катализаторы характеризуются, с одной стороны, высокой активностью и доступностью, а с другой стороны, склонностью к зауглероживанию, спеканию и ре-окислению в условиях каталитического процесса. Функциональные характеристики катализаторов могут быть улучшены путем использования в качестве предшественников сложных оксидов со структурой перовскита – ABX3 [2]. Изоморфное замещение катионов A и B в структуре перовскита на катионы других металлов позволяет, путем варьирования типа и содержания допантов A'x и B'y, регулировать физико-химические характеристики (термостабильность, окислительно-восстановительные свойства, концентрацию структурных и электронных дефектов) катализаторов А1-хA'xB1-yB'yO3±δ и, соответственно, их каталитические свойства и устойчивость к дезактивации. Цель работы – разработка биметаллических катализаторов LaNi0.99M0.01O3 (M = Pt, Pd, Re, Mo, Sn) со структурой перовскита для энергоэффективной конверсии природного газа в синтез-газ методами автотермического риформинга метана (АТР СH4) и пароуглекислотного риформинга метана (ПУР СH4). Цитратным золь-гель методом синтезирована серия катализаторов LaNi0.99M0.01O3 при варьировании типа промотора (M = Pt, Pd, Re, Mo, Sn). Комплексом методов (термический анализ, низкотемпературная адсорбция азота, рентгенофазовый анализ, просвечивающая электронная микроскопия, температурно-программируемое восстановление водородом) исследованы закономерности формирования и физико- химические характеристики образцов. Проведен сравнительный анализ влияния типа промотора на каталитическую активность и устойчивость к зауглероживанию в реакциях АТР СH4 (CH4 : H2O : O2 : He = 1 : 1 : 0.75 : 2.5) и ПУР СH4 (CH4 : CO2 : H2O : He = 1 : 0.81 : 0.38 : 2.8). Показано, что катализаторы после прокаливания при 850оС представляют собой сложные оксиды со структурой перовскита с удельной поверхностью 5 – 10 м2/г. Установлено, что тип промотора практически не влияет на текстурные и структурные свойства образцов, но изменяет их восстанавливаемость, которая увеличивается в ряду Pt < Sn ~ Re < Mo < Pd, и устойчивость к ре-окислению. После активации в восстановительной среде при 800оС катализаторы содержат фазы металлического никеля (область когерентного рассеяния ~ 25 нм), оксида и гидроксида лантана, что свидетельствует о разрушении структуры перовскита и образовании каталитически активных металлических Nio частиц. Определено, что тип промотора оказывает влияние на конверсию реагентов (СH4, CO2) и выход целевых продуктов (H2, СО) в реакциях АТР СH4 и ПУР СH4. При 700оС в АТР СH4 выход водорода увеличивается в ряду промоторов Pt < Sn < Mo < Pd < Re, а в ПУР СH4 – Sn < Mo < Pt < Pd < Re. С увеличением температуры от 600 до 900оС конверсия реагентов и выход водорода увеличиваются, приближаясь к термодинамически равновесным значениям. Установлено, что в образцах после реакции АТР СH4 углеродистые отложения отсутствуют и наблюдаются фазы Ni, NiO и La-Ni-O, количество которых определяется типом промотора. В ходе реакции ПУР СH4 фазовый состав катализаторов сохраняется, но образуются углеродистые отложения, количество которых меньше в промотированных образцах. Выявлен оптимальный состав катализатора LaNi0.99Re0.01O3 для энергоэффективной конверсии природного газа в синтез-газ, который обеспечивает высокие показатели процесса (при 850оС выход водорода 50 % – для АТР СH4 и 98% – ПУР СH4) и отличается устойчивостью к ре-окислению. Достигнутые показатели сравнимы или выше тех, что описаны в литературе, что позволяет рассматривать LaNi0.99Re0.01O3 в качестве перспективной каталитической системы для энергоэффективной конверсии природного газа в синтез-газ.

Cite: Матус Е.В. , Коваленко Е.Н. , Сухова О.Б. , Ушаков В.А. , Яшник С.А. , Исмагилов И.З. , Керженцев М.А. , Хайрулин С.Р.
Закономерности формирования и свойства катализаторов LaNi0.99M0.01O3 (M = Pt, Pd, Re, Mo, Sn) для энергоэффективной конверсии природного газа в синтез-газ
In compilation РОСКАТАЛИЗ. V Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов (21-26 апреля 2025 г., Санкт-Петербург, Россия). – ИК СО РАН., 2025. – C.456-457. – ISBN 978-5-906376-59-6.

Identifiers: No identifiers

Citing: Пока нет цитирований