СЕЛЕКТИВНОЕ ОКИСЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ В СИНТЕЗ-ГАЗ ПРИ МАЛЫХ ВРЕМЕНАХ КОНТАКТА: ДИЗАЙН БЛОЧНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕ

摘要

Обобщены основные результаты исследований Института катализа СО РАН в области создания эффективных и стабильных блочных катализаторов для процессов селективного окисления углеводородов в синтез-газ при малых временах контакта. Основные этапы исследований включали: 1) дизайн новых типов активных компонентов на основе металлооксидных систем; 2) создание новых типов блочных носителей и разработку процедур нанесения на них активных компонентов; 3) оптимизацию параметров процессов для разных типов тогашв (природного газа, изооктана, бензина) и окислителей (кислорода воздуха, в том числе в смеси с водой и диоксидом углерода), включая пусковые режимы. Дизайн активных компонентов, представляющих собой платину, никель или их комбинацию, нанесенных на флюоритоподобные твердые растворы на основе диоксида церия и катионов редкоземельных металлов (самария, гадолиния, празеодима), а также катионов циркония, был направлен на разделение функций активации углеводородов (на металле) и окислителя (на носителе) с сопряжением отдельных стадий процессов окисления углеводородов на границе раздела металл-оксид. Оптимизация подвижности кислорода в решетке носителя варьированием природы и концентрации введенного катиона, а также процесса активации углеводородов на нанесенных кластерах металлов позволяет обеспечить полную конверсию углеводородов в синтез-газ в процессах их селективного окисления, углекислотой и паровой конверсии при миллисекундных временах контакта без нежелательного зауглероживания поверхности катализаторов. Разработка новых типов блочных носителей была ориентирована на повышение их устойчивости к термоударам, в том числе путем использования носителей на основе термостабильной металлической фольги и композитных материалов (металлокерамики). Отработаны основные этапы технологии получения таких носителей, в том числе с использованием оригинальных технологий напыления взрывом и гидротермальной обработки. Электропроводность таких систем позволяет осуществлять быстрый старт процесса селективного окисления путем пропускания электрического тока, а теплопроводность -перенос тепла по слою с минимизацией градиента температуры. Разработаны методики введения активных компонентов на блочные носители путем пропитки, нанесения из суспензии или их инкапсулирования в матрице из металлокерамики. В процессах селективного окисления и паровоздушной конверсии природного газа (в том числе под давлением), изооктана и бензина в синтез-газ в автотермических режимах разработанные катализаторы показали высокую эффективность и стабильность работы, удовлетворяющую поставленным задачам.