Способ приготовления катализатора для парциального окисления метана до синтез-газа

(51) 01 23/83 (2006.01) 01 21/04 (2006.01) 01 37/02 (2006.01) 01 3/26 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ синтез-газа в процессах парциального окисления метана. Способ приготовления катализатора для парциального окисления метана до синтез-газа включает обработку микросферического носителя оксида алюминия раствором карбамида, нанесение активных компонентов - растворов нитратов никеля и лантана на носитель путем пропитки по влагопоглощению,сушку при комнатной температуре и прокаливание - первоначально при температуре 250-300 С в течение 1-2 часов, затем при температуре 500-600 С в течение 2-3 часов. В результате реализации способа получают катализатор, обеспечивающий конверсию метана 90-95, селективность по Н 2 91-94 и селективность по СО 95-98 при парциальном окислении метана до синтез-газа при температуре 750-760 С.(72) Досумов Кусман Ергазиева Гаухар Ергазиевна Мылтыкбаева Лаура Каденовна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ПАРЦИАЛЬНОГО ОКИСЛЕНИЯ МЕТАНА ДО СИНТЕЗ-ГАЗА(57) Способ приготовления катализатора для окисления метана до синтез-газа Изобретение относится к области химической,нефтехимической,газохимической промышленности, водородной энергетики, а именно к способу изготовления катализатора для получения Способ приготовления катализатора для окисления метана до синтез-газа Полезная модель к области химической,нефтехимической,газохимической промышленности, водородной энергетики, а именно к способу изготовления катализатора для получения синтез-газа в процессах парциального окисления метана. Известен способ приготовления катализатора для парциального окисления метана до синтез-газа,включающий последовательную пропитку по влагоемкости носителя в виде оксида алюминия вначале раствором гексагидрата нитрата уранила, с последующим прокаливанием при температуре 100-1000 С, затем раствором гексагидрата нитрата никеля, с последующим прокаливанием при температуре не выше 850 С, при этом содержание никеля в готовом катализаторе составляет 7-12 мас. в пересчете на металлический никель, а содержание урана 1-50 мас. в пересчете на металлический уран,остальное носитель(РФ Патент 2350386, МПК В 01 23/83, В 01 21/04,В 01 37/02, В 01 37/04, С 01 В 3/26, С 01 В 3/38, опубл. 27.03.2009). Недостатком известного способа является использование урана в качестве активного компонента и пониженные конверсия метана-до 90, селективность по водороду-до 90 и окиси углерода-до 90 при использовании получаемого катализатора при парциальном окислении метана до синтез-газа. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ приготовления катализатора для парциального окисления метана до синтез-газа,включающий нанесение растворов солей (нитратов) кобальта или никеля, или железа, или марганца, или меди, или церия на микросферический носитель оксид алюминия и/или алюмосиликат с диаметром частиц от 50 до 160 мкм путем пропитки по влагопоглощению, сушку при температуре 90120 С в течение 1-5 часов и прокаливание при температуре 500-1200 С в течение 2-8 часов (РФ Патент 2547845, МПК В 01 21/04, В 01 21/12,В 01 23/75, В 01 23/755, В 01 23/745, В 01 23/72,В 01 23/83, В 01 23/889, В 01 23/84, В 01 35/08,В 01 37/08, В 01 37/02, С 01 В 3/28, опубл. 10.04.2015) Недостатком известного способа является его высокая энергоемкость - сушка при температуре 90-120 С в течение 1-5 часов и прокаливание при температуре 500-1200 С в течение 2-8 часов, а также высокая температура при использовании получаемого катализатора при парциальном окислении метана до синтез-газа, при температуре от более 750 до 1100 С, наиболее предпочтительно 850 С. Задачей заявляемого технического решения является разработка способа приготовления катализатора для окисления метана до синтез-газа. Технический эффект поставленной задачи состоит в том, что заявляемый способ является энергосберегающим, а также в повышении 2 конверсии сырья и повышении селективности по Н 2 и СО при парциальном окислении метана до синтезгаза, при температуре 750-760 С при использовании катализатора, изготовленного заявляемым способом. Задача решается тем, что способ приготовления катализатора для парциального окисления метана до синтез-газа включает обработку микросферического носителя - оксида алюминия раствором карбамида,нанесение активных компонентов - растворов нитратов никеля и лантана на носитель путем пропитки по влагопоглощению, сушку при комнатной температуре и прокаливание первоначально при температуре 250-300 С в течение 1-2 часов, затем при температуре 500-600 С в течение 2-3 часов. Существенным отличием заявляемого способа приготовления катализатора для парциального окисления метана до синтез-газа от известного,является то, что носитель предварительно обрабатывают раствором карбамида и дополнительно пропитывают раствором нитрата лантана,сушку проводят при комнатной температуре, а прокаливание - первоначально при температуре 250-300 С в течение 1-2 часов, затем при температуре 500-600 С в течение 2-3 часов. Раствор карбамида 2)2) в заявляемом техническом решении является структурообразующим соединением. Исследование методом Брунауэра Эметта Тейлора (БЭТ) обработанного микросферического носителя оксида алюминия раствором карбамида 2)2) показывает, что структура носителя изменяется в сторону повышения удельного объема пор носителя до 0,086-0,089 см 3/г и его удельной поверхности до 185 - 195 м 2/г. Таким образом, обработка носителя катализатора раствором карбамида способствует увеличению поверхности для нанесения активных компонентов, влияющих на каталитическую способность катализатора при парциального окисления метана до синтез-газа. Метод сканирующей электронной микроскопии(СЭМ) показывает, что активные компоненты,нанесенные на обработанный карбамидом носитель,заполняют равномерно все его поры, повышая каталитическую активность катализатора в реакции парциального окисления. Равномерное распределение активных компонентов на поверхности носителя способствует увеличению активной поверхности катализатора для конверсии метана в синтез-газ. Конверсия метана увеличивается до 90-95, селективность по оксиду углерода до 95-98, по водороду до 91-94 при парциальном окислении метана до синтез-газа, при температуре 750-760 С. Прокаливание носителя,обработанного карбамидом и пропитанного растворами нитратов никеля и лантана, проводят первоначально при температуре 250-300 С в течение 1-2 часов, затем при температуре 500-600 С в течение 2-3 часов с целью предотвращения спекания частиц катализатора. При температуре 250-300 С начинает разлагаться нйтрат никеля с образованием оксида никеля, 1620 обладающего высокой каталитической способностью по отношению к метану 2(3)26 Н 2 О 242212 Н 2. При температуре 500-600 С разлагается нитрат лантана с образованием оксида лантана,обладающего высокой каталитической способностью по отношению к метану 2(О 3)36 Н 2 О 23621,5 О 26 Н 2. Нанесение на носитель катализатора раствора нитрата лантана в качестве активного компонента в заявляемом способе позволяет снизить температуру прокаливания. Прокаливание носителя,обработанного карбамидом и пропитанного растворами нитратов никеля и лантана при температуре выше 600 С, приводит к уменьшению удельной поверхности катализатора за счет спекания частиц катализатора и образования алюминатов никеля, которые являются неактивными в реакции парциального окисления метана (,.,// . . .,. 1982, .78 - . 13891400) Время прокаливания подобрано экспериментально. Таким образом,заявляемый способ приготовления катализатора для окисления метана до синтез-газа позволяет снизить энергозатраты на его реализацию и получить катализатор,обеспечивающий повышенную конверсию сырья и повышение селективности по Н 2 и СО при парциальном окислении метана до синтез-газа, при температуре 750-760 С. Способ приготовления катализатора для окисления метана до синтез-газа осуществляют следующим образом. Микросферический носитель - оксид алюминия обрабатывают раствором карбамида. Наносят на обработанный носитель активные компоненты путем пропитки по влагопоглощению в виде растворов нитратов никеля и лантана, сушат при комнатной температуре и прокаливают первоначально при температуре 250-300 С в течение 1-2 часов, затем при температуре 500-600 С в течение 2-3 часов. Катализатор,приготовленный заявляемым способом, помещают в кварцевый трубчатый реактор длиной 25 см и внутренним диаметром 9-9,5 мм реактор. В реактор через испаритель подают смесь метана и кислорода, с объемной скоростью 1000-4500 ч-1 при атмосферном давлении. Реактор нагревают до температуры 750-760 С. Смесь метана и кислорода, проходя через слой катализатора преобразуется в синтез-газ. При этом конверсия сырья составляет 90-95, селективность по Н 2 91-94 и селективность по СО 95-98. Пример 1. 100 грамм микросферического носителя - 23 опускают в водный раствор карбамида, после полного насыщения карбамидом оксида алюминия его вынимают и просушивают при комнатной температуре. Затем пропитанный карбамидом носитель опускают в водный раствор нитрата никеля и лантана полученный смешением 11,6 г(3)26 Н 2 О и 7,9 г 3)36 Н 2 О. Полученный образец сушат при комнатной температуре, и помещают в муфельную печь,которую нагревают до температуры 250 С. При этой температуре образец выдерживают в течение 1 часа,затем температуру муфельной печи поднимают до 500 С и выдерживают образец в течение 3 часов. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия показывает, что приготовленный катализатор содержит 3 мас., 3 ма,23, остальное(94) носитель-оксид алюминия гамма модификации. В результате реализации способа получают катализатор, обеспечивающий конверсию сырья 90, селективность по Н 2 89 и селективность по СО 95 при парциальном окислении метана до синтез-газа при температуре 760 С. Примеры 2, 3 таблицы 1 выполняют аналогично примеру. Состав Температура Температура Произвоактивного прокалки парциального дительность,компонента и катализатора (Т), окисления, С кг/(кг носителя,С и время кат.ч) мас. обработки , час 1 ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Способ приготовления катализатора для парциального окисления метана до синтез-газа,включающий нанесение активного компонента раствора нитрата никеля на микросферический носитель - оксид алюминия путем пропитки по влагопоглощению,сушку и прокаливание, отличающийся тем, что носитель обрабатывают раствором карбамида и дополнительно пропитывают раствором нитрата лантана, сушку проводят при комнатной температуре,а прокаливание - первоначально при температуре 250-300 С в течение 1-2 часов, затем при температуре 500-600 С в течение 2-3 часов.