КАТАЛИЗАТОР, СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА Российский патент 2005 года по МПК B01J21/04 B01J23/10 B01J23/83 B01J37/08 B01J37/04 B01J37/02 C01B3/26 

Изобретение относится к процессу получения синтез-газа путем каталитического превращения углеводородов в присутствии кислородсодержащих газов и/или паров воды при малых временах контакта и к катализаторам для этого процесса.

Синтез-газ (смесь водорода и оксида углерода) широко используют в крупнотоннажных химических процессах, таких как синтез аммиака, метанола, высших спиртов и альдегидов, в процессе Фишера-Тропша и др. Синтез-газ применяют в качестве восстановительного газа в черной и цветной металлургии, металлообработке, используют в экологических установках по обезвреживанию газовых выбросов. Перспективньми и чрезвычайно быстро развивающимися новыми сферами использования синтез-газа и получаемого из него водорода являются автотранспорт и малая энергетика. В автомобилестроении синтез-газ или водород могут использовать как добавку к основному топливу в двигателях внутреннего сгорания или как топливо для двигателя на основе топливных элементов. В энергетике синтез-газ и водород можно применять в сочетании с топливными элементами или газовыми турбинами для производства экологически чистых тепла и энергии.

Традиционным способом получения синтез-газа является эндотермический процесс паровой конверсии природного газа на никелевых катализаторах [J.R.Rostrup-Nielsen, Production of synthesis gas, Catalysis Today, 1993, v.18, 305-324; B.C.Арутюнов, О.В.Крылов // Окислительные превращения метана. Москва, Наука, 1998]. Этот процесс характеризуется чрезвычайно высокой капиталоемкостью, высокими эксплуатационными затратами и значительными выбросами оксидов азота при факельном обогреве трубчатых риформеров.

Альтернативный способ получения синтез-газа - селективное каталитическое окисление углеводородов кислородом (СКО) [S.C.Tsang, J.B.Claridge and M.L.H.Green, Recent advances in the conversion of methane to synthesis gas, Catalysis Today, 1995, v.23, 3-15]. В отличие от паровой конверсии природного газа СКО имеет большую селективность, является экзотермичным процессом и эффективно протекает при малых временах контакта, что дает возможность проводить его в автотермическом режиме и уменьшить размеры реактора [D.A.Hickman, L.D.Schmidt, Synthesis gas formation by direct oxidation of methane, in "Catalytic Selective Oxidation", ACS Symposium series, 1993, p.416-426; P.M.Torniainen, X.Chu and L.D.Schmidt, Comparison of monolith-supported metals for the direct oxidation of methane to syngas, J.CataL, 1994, v.146, 1-10] и тем самым снизить как энергозатраты, так и капитальные вложения.

Селективность реакции СКО в отношении целевых продуктов (оксид углерода и водород) зависит от различных факторов, однако важнейшим является химический состав активного компонента. Для получения максимальных выходов целевого продукта - синтез-газа катализатор должен содержать активный компонент, обеспечивающий высокую активность и селективность при малых временах контакта в реакциях конверсии и СКО углеводородов. Кроме того, для осуществления этого процесса необходимы катализаторы с малым гидравлическим сопротивлением, устойчивые к термоударам и зауглероживанию.

Известен способ СКО метана для получения синтез-газа [Пат. US 5149464, С 01 В 3/26, 1992] при температуре 650-900°C и объемной скорости 40000-80000 час^-1 (0,05-0,09 сек) в присутствии катализатора, представляющего собой либо переходный металл, или его оксид, нанесенный на термостабильный оксид одного из элементов (М): Mg, В, Al, Ln, Ga, Si, Ti, Zr, Hf, либо перовскитоподобный смешанный оксид общей формулы MxM'yOz со структурой пирохлора, где M' - переходный металл, в том числе элементы 8 группы. Атомное отношение элемента 8 группы к сумме неблагородных элементов в этих соединениях 1:1 или 3:1, и содержание благородных металлов составляет 32,9-48 маc.%. Конверсия метана в присутствии смешанных оксидов Pr₂Ru₂O₇, Eu₂Ir₂O₇, La₂MgPtO₆ при объемной скорости 40000 час^-1 и 777°С не превышает 94%, а увеличение объемной скорости до 80000 час^-1 приводит к снижению конверсии метана до 73% и селективности по СО и водороду до 82 и 90% соответственно.

В патенте [ЕР 303438, С 01 В 3/38, 15.02.1989] для получения смеси водорода и оксида углерода предлагают способ СКО углеводородов при контакте реакционной смеси, содержащей углеводород, кислород или кислородсодержащий газ и необязательно пары воды, с катализатором в зоне селективного каталитического окисления. Зона СКО содержит блочный катализатор с соотношением геометрическая поверхность/объем не менее 5 см²/см³. Катализатор может содержать благородные металлы, никель, кобальт, хром, церий, лантан и их смесь, нанесенные на термостойкий оксидный носитель, в том числе кордиерит, муллит, титанат алюминия, циркониевая шпинель, оксид алюминия. В то же время в патенте ЕР 303438 утверждают, что скорость реакции парциального окисления лимитируется скоростью массообмена и не зависит от химической природы катализатора, что позволяет в этом случае использовать материалы, не проявляющие каталитическую активность, но обеспечивающие необходимое соотношение геометрическая поверхность/объем. Процесс проводят при температурах в интервале 760-1090°С и объемной скорости от 20000 до 500000 час^-1.

В патентах [RU 2115617, С 01 В 3/38, 20.07.98; RU 2136581, C 01 B 3/38, 10.09.99; RU 2137702, C 01 B 3/38, 20.09.99; RU 2123471, C 01 B 3/38, 20.12.98; US 5486313, C 07 C 1/02, 23.01.1996 и US 5639401, C 07 C 1/02, 17.06.97] предлагают способ СКО углеводородов, в том числе серусодержащих (0.05-100 ррм) [RU 2132299, C 01 B 3/38, 27.06.99; US 5720901, C 07 C 1/02, 24.04.98], в синтез-газ с использованием катализаторов, содержащих благородные металлы (до 10 мас.% Pt, Pd, Rh, Os), нанесенные на термостойкий носитель. В качестве носителей используют, например, α-Аl₂О₃, гексаалюминат бария (зерно размером ~1 мм) или ZrO₂, термостабилизированный оксидами элементов групп III В или П А Периодической таблицы (пористые блоки в виде пенокерамики, устойчивые к термоударам). Процесс проводят в реакторе с неподвижньм слоем катализатора, имеющим большую извилистость - отношение длины пути газа при прохождении через блок к его длине - в пределах 1.1-10 при температурах 950-1300°С и скорости потока газовой смеси 2-10⁴-10⁸ л/кг·час. Недостатками такого способа являются большое гидравлическое сопротивление слоя катализатора с высокой извилистостью и высокая стоимость катализаторов вследствие большого содержания благородных металлов и использования в качестве носителя дорогостоящей пенокерамики на основе циркония, ограничивающая их практическое применение.

Таким образом, в литературе описаны катализаторы на основе блочных керамических носителей с различным составом активного компонента для процесса селективного окисления углеводородов в синтез-газ при малых временах контакта. В основном, это носители, представляющие собой пенокерамику, однако такие блоки при малых временах контакта реакционной смеси имеют большое гидравлическое сопротивление вследствие большой извилистости каналов. При увеличении размера макропор с целью снижения гидравлического сопротивления снижается механическая прочность и эффективность таких катализаторов из-за снижения геометрической поверхности.

Известно, что использование блоков с прямыми каналами (сотовые блоки) позволяет снизить гидравлическое сопротивление. В патенте [US 5648582, C 07 C 004/02, 30.11.1995] для проведения процесса СКО углеводородов при объемных скоростях 800000-12000000 час^-1 используют Pt, Rh или Ni, нанесенные на непористые керамические блоки с прямыми каналами. Однако эти катализаторы содержат до 10 мас.% благородных металлов и очень дороги, кроме того наблюдается унос металлов вследствие высоких температур, развивающихся в слое блочного катализатора.

Обычным недостатком катализаторов на основе непористых сотовых носителей является их низкая удельная поверхность [GB 1375830, B 01 J 11/06, 1973; пат. ЕР 0197681, B 01 J 37/00, 18.03.1986], которая не обеспечивает их достаточную активность.

Для увеличения геометрической поверхности катализаторов уменьшают толщину стенок сотовых блоков и увеличивают число каналов на единицу сечения блока. Для увеличения общей поверхности на сотовые носители дополнительно наносят пористую подложку с высокой удельной поверхностью из оксидов алюминия, кремния, редкоземельных элементов. Последний прием требует специальной подготовки материалов, из которых изготавливается подложка, введения дополнительных стадий в технологический процесс изготовления катализаторов [US 3824196, B 01 J 11/06, 16.07.1974]. Кроме того, из-за различия коэффициентов термического расширения возможно отслаивание пористого слоя при термических ударах, что характерно для любых экзотермических каталитических процессов. Катализаторы, приготовленные на основе таких носителей, имеют недостаточный ресурс, менее устойчивы к каталитическим ядам.

Принципиально иным является подход, ориентированный на изготовление монолитного сотового катализатора, имеющего высокую удельную поверхность и включающего активный компонент непосредственно в сотовую структуру. В заявках [WO 0134517, С 01 В 3/40, 17.05.2001; WO 0160740, 23.08.2001; WO 0160515, B 01 J 37/00, 23.08.2001; WO 0160742, C 01 B 3/40, 23.08.2001] синтез-газ получают при контакте реакционной смеси, содержащей углеводороды C₁-C₅ и кислородсодержащий газ с катализатором преимущественно в виде блоков из пенокерамики на основе оксидов переходных металлов (Cr, Co, Ni, Mn), щелочных и редкоземельных элементов с удельной поверхностью 5-250 м². Предлагаемые катализаторы не разрушаются при температуре ~1120-1160°С, однако имеют высокую температуру зажигания реакции. Кроме того, блоки в виде пенокерамики, как упоминалось выше, имеют большое гидравлическое сопротивление.

Известны сотовые блочные носители с высокой удельной поверхностью из оксида алюминия [US 4294806, B 01 D 53/36, 13.10.1981] или смеси оксидов алюминия и кремния [Пат. РФ 2093249, B 01 D 53/06, 22.12.1992]. Однако такие носители обладают недостаточной механической прочностью и устойчивостью к термоударам. Это не позволяет использовать данные носители для изготовления катализаторов сжигания топлив или парциального окисления метана в синтез-газ, требующих термостабильности при более высоких температурах.

Для повышения термостабильности катализатора [US 4637995, B 01 J 23/75, 20.01.1987] используют сотовый блок, содержащий 50-90 мас.% спеченного керамического материала матрицы и 10-50 мас.% материала с высокой удельной поверхностью, диспергированного по всей матрице. Материал керамической матрицы состоял из кордиерита, муллита, альфа-оксида алюминия или их смесей. Размер частиц материала матрицы не превышал 70 мкм (200 mesh). Диспергированный материал имел удельную поверхность не менее 40 м²/г и размер кристаллитов не более 0,5 мкм и состоял из сульфидов переходных металлов или их смесей, пористых оксидов на основе оксидов алюминия, циркония, шпинели на основе алюмината магния, оксида кремния, цеолита, оксида титана или их смесей, а также их смесей с сульфидами металлов.

Недостатком известных катализаторов и носителей является использование кремнийсодержащих соединений, которые существенно снижают устойчивость монолитов к спеканию из-за относительно низкой температуры плавления, по сравнению с оксидом алюминия [Краткий справочник химика, Л.: Химия, 1978]. Сульфиды металлов при высокотемпературном спекании окисляются, что существенно снижает прочность контакта между частицами. Для многих процессов, протекающих при высоких температурах, реакция осуществляется в диффузионной области, поэтому очень высокая удельная поверхность не требуется. Гораздо важнее, чтобы данные катализатора были устойчивы к термоударам и, по возможности, имели повышенную теплопроводность для уменьшения вероятности локальных перегревов. Такие свойства имеют композитные материалы.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту является блочный сотовый катализатор для получения синтез-газа путем селективного каталитического окисления углеводородов на основе смешанных оксидов со структурой перовскита M¹B_1-уM_y O_z и/или флюорита M1x

M21-хO_z, где М - элемент 8 группы (Pt, Rh, Ir), М¹ - редкоземельный элемент (La, Се, Nd) или щелочноземельный (Са, Sr), М² - элемент IV b группы (Zr, Hf), В - переходный элемент (Ni, Co), являющегося сложным композитом, содержащим компоненты с ультранизким коэффициентом термического расширения [Пат. РФ 2204434, B 01 J 23/40, С 01 В 3/26, 20.05.2003]. При температуре 600-800°С и времени контакта 0,1-0,4 сек достигают высокие конверсии метана и селективность по синтез-газу. Однако катализатор представляет собой керамический композит, в котором активный компонент не входит непосредственно в матрицу, образующую сотовую структуру. Кроме того, композит получается методом экструзии, что приводит к наличию механических напряжений и снижению термической и механической устойчивости катализатора.

Изобретение решает задачу создания термостабильного пористого блочного катализатора сотовой структуры, имеющего достаточно высокую удельную и геометрическую поверхности, устойчивого к локальным перегревам и термоударам для получения синтез-газа, эффективного при малых временах контакта как в реакциях селективного каталитического окисления углеводородов кислородом, так и в паровой и углекислотной конверсии углеводородов, и процесса получения синтез-газа с использованием этого катализатора.

Задача решается катализатором получения синтез-газа путем каталитического превращения смеси, содержащей углеводород или смесь углеводородов и кислородсодержащего компонента, который является сложным композитом, содержащим оксид алюминия и оксиды редкоземельных и/или переходных металлов, сложный композит представляет собой керамическую матрицу и материал, состоящий из грубодисперсных частиц или агрегатов частиц, диспергированных по всей матрице, при этом катализатор имеет систему параллельных и/или пересекающихся каналов, диспергированный материал представляет собой оксиды металлов, и/или их смеси, и/или металлы, или их сплавы, и/или карбиды металлов, и/или их смесь по составу и структуре отличные от матрицы, содержание диспергированного материала составляет 0,5-70 мас.%. Диспергированный материал может иметь размеры частиц от 1 до 250 мкм. Катализатор может иметь в центре отверстие, отличающееся от каналов размерами и формой.

Использование матрицы, не содержащей низкоплавкие соединения, позволяет сохранить высокую пористость и после перегревов. Наличие крупнодисперсного диспергированного материала, в том числе металлов или карбидов металлов, позволяет снижать механические и термические напряжения при локальных перегревах за счет увеличения теплоемкости композита и армирующих свойств крупной фракции. Система пересекающихся каналов увеличивает геометрическую поверхность катализатора и способствует увеличению его активности. Кроме того, для прочного закрепления катализатора в корпусе возможно использование блока с отверстием в центре с большим диаметром, чем сотовые каналы, достаточным для того, чтобы прочно закрепить полученный катализатор в корпусе.

Особенности строения предлагаемого катализатора обуславливают особенности способа его приготовления.

Задача решается также способом приготовления катализатора получения синтез-газа путем каталитического превращения смеси, содержащей углеводород или смесь углеводородов и кислородсодержащего компонента, включающим получение гомогенной массы, содержащей спекаемый материал керамической матрицы и диспергированный материал, формование массы в нужную форму, термообработку сформованной массы при температуре, достаточной для спекания материала матрицы, в качестве материала керамической матрицы используют порошки, содержащие металлический алюминий, гомогенной массой пропитывают волокнистые и/или тканевые материалы, образующие в теле монолита при спекании систему параллельных и/или пересекающихся каналов, перед термообработкой сформованную массу предварительно обрабатывают в гидротермальных условиях. В качестве диспергированного материала используют порошкообразные оксиды металлов, и/или порошкообразные металлы, и/или их сплавы, и/или карбиды металлов, и/или их смесь, при этом содержание диспергированного материала составляет 0,5-70 мас.%.

Способ приготовления катализатора сотовой структуры по предлагаемому изобретению включает:

1) использование в качестве материала для керамической матрицы порошкообразного алюминия или порошков на основе оксидов или гидроксидов алюминия с добавками порошкообразного алюминия;

2) использование в качестве дополнительного материала порошкообразных частиц крупного размера 1-250 мкм, которые выполняют армирующие функции, а применение металлов и карбидов улучшает теплофизические свойства носителей;

3) получение гомогенной массы путем смешения и пропитку этой гомогенной массой волокнистых или тканевых материалов, выгорающих при высокотемпературной обработке на воздухе;

4) загрузку гомогенной массы с выгораемыми материалами в пресс-форму, проницаемую для газообразных веществ;

5) обработку гомогенной массы в гидротермальных условиях перед прокаливанием на воздухе.

Алюминиевый порошок, взаимодействуя с водой, окисляется с образованием гидроксидов, что приводит к увеличению объема твердого тела и самозапрессовке гомогенной массы в механически прочный монолит. При прокаливании происходит терморазложение гидроксидов алюминия с формированием высокопористой матрицы оксида алюминия, а также доокисление металлического алюминия с образованием вытянутых оксидных частиц, которые наряду с крупньми частицами (1-250 мкм) армируют пористую матрицу и увеличивают ее устойчивость к термоударам. Кроме этого, выгорающие волокна после термообработки на воздухе формируют сквозные параллельные каналы в теле монолита с шероховатьми стенками. Выгорающие материалы после термообработки на воздухе формируют систему каналов.

Следует отметить, что метод приготовления катализатора, включающий использование порошкообразного алюминия, смешанного с порошкообразньми нелетучими компонентами, с последующей обработкой водяным паром известен [Пат. РФ 2059427, B 01 J 23//75, 06.01.1993; пат. РФ 21322231, B 01 J 37/02, 14.10.1998]. Однако данный метод не предполагает использование добавок, выгорающих на воздухе. Это не позволяет изготавливать сотовые структуры.

В качестве оксидов в предлагаемом изобретении могут быть использованы простые и/или смешанные оксиды переходных и редкоземельных элементов. В качестве металлов, сплавов и карбидов используют в основном металлы 4 периода. Средний размер частиц металлов, сплавов и карбидов металлов определяют из данных по удельной поверхности и истинной плотности порошков. Средний размер агрегатов частиц оксидов определяют методом Коултера. В ряде случаев размер частиц определяют методом рассева. Удельную поверхность определяют методом БЭТ [А.П.Карнаухов. Адсорбция. Текстура, дисперсность и пористость материалов. Новосибирск, Наука, 1999].

Задача решается также способом получения синтез-газа путем каталитического превращения смеси, содержащей углеводород или смесь углеводородов и кислородсодержащего компонента с использованием описанного выше катализатора, который является сложным композитом, содержащим оксид алюминия, оксиды редкоземельных и/или переходных металлов. Сложный композит представляет собой керамическую матрицу и материал, состоящий из грубодисперсных частиц или агрегатов частиц, диспергированный по всей матрице, при этом катализатор включает систему параллельных и/или пересекающихся каналов, диспергированный материал представляет собой оксиды редкоземельных, и/или переходных металлов, и/или их смеси, и/или металлы, или их сплавы, и/или карбиды металлов 4-го периода Периодической таблицы, и/или их смесь по составу и структуре отличные от матрицы, содержание диспергированного материала составляет 0,5-70 мас.%. Диспергированный материал может иметь размеры частиц от 1 до 250 мкм. Катализатор может иметь в центре отверстие, отличающееся от каналов размерами и формой.

Процесс получения синтез-газа проводят в проточном реакторе в автотермическом режиме при температуре 550-1100°С, вариации времени контакта и состава реакционной смеси. Реакционную смесь, содержащую природный газ или пары жидкого углеводорода, например октана, бензина и в некоторых примерах пары воды в воздухе перед входом в реактор нагревают. На входе и выходе из реактора для предотвращения теплопотерь помещают экраны - блоки из корунда. В процессе запуска и работы катализатора контролируют температуру газа на входе в реактор, температуру каталитического блока на входе, температуру на выходе блока. Продукты реакции анализируют хроматографически. Эффективность работы катализатора характеризуют температурой запуска реакции, величиной степени превращения метана и количеством полученного синтез-газ, выраженного в объемных процентах и характеризующего селективность по синтез-газу. Состав исходной реакционной смеси и продукты реакции анализируют хроматографически.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется, но не ограничивается следующими примерами.

Пример 1. Порошок алюминия смешивают с диспергированным материалом - смешанным оксидом LaNiО_3+x со структурой перовскита, имеющим средний размер агрегатов частиц около 15 мкм, но с широким интервалом распределения размеров от 1 до 25 мкм. Полученный порошок смешивают с раствором глицерина в воде. Полученной суспензией смачивают хлопчатобумажную ткань в виде ленты, поверх которой размещают хлопчатобумажные нити толщиной 1 мм параллельно друг другу и перпендикулярно длине ленты. Затем ленту сворачивают в цилиндрическое тело, которое закладывают в формовочное устройство и помещают в автоклав. В автоклаве формовочное устройство обрабатывают паром, в результате чего часть порошкообразного алюминия окисляется, и порошок схватывается в монолит. После автоклавирования формовочное устройство сушат и прокаливают до температуры не менее 1000°С, в результате чего оставшаяся часть алюминия доокисляется, а органические материалы выгорают с образованием каналов. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность 5 м²/г. Число параллельных каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 56 см^-2. Расстояние между пересекающимися каналами составляет 0,5 мм. Содержание диспергированного материала составляет 22 мас.%. Полученный катализатор испытывают в реакции селективного окисления природного газа в синтез-газ. Активность приведена в таблице.

Пример 2. Аналогичен примеру 1. Отличается тем, что в качестве диспергированного материала используют порошок СеО₂ со структурой С-полуторных оксидов, имеющий средний размер агрегатов частиц 7 мкм. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность 10 м²/г. Число каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 40 см^-2. Расстояние между пересекающимися каналами составляет 5 мм. Содержание диспергированного материала составляет 26 мас.%.

Пример 3. Аналогичен примеру 1. Отличается тем, что в качестве диспергированного материала используют порошкообразный никель (фракция 100-250 мкм), а к алюминиевому порошку добавлен порошкообразный гидроксид алюминия. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность 3 м²/г. Число каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 40 см^-2. Содержание диспергированного материала составляет 0,5 мас.%. Полученный катализатор испытывают как в примере 1.

Пример 4. Аналогичен примеру 3. Отличается тем, что в качестве диспергированного материала используют порошкообразный сплав Fe-Cr-Al, имеющий средний размер частиц 5 мкм. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность. Число параллельных каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 35 см^-2. Содержание диспергированного материала составляет 70 мас.%.

Пример 5. Аналогичен примеру 1. Отличается тем, что в качестве диспергированного материала используют порошок твердого раствора на основе оксидов La, Ce, Zr, имеющим средний размер агрегатов частиц 8 мкм, а также порошкообразный сплав Ni-Cr, имеющий средний размер частиц 60 мкм. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность 12 м²/г. Число каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 230 см^-2. Содержание диспергированного материала составляет 26 мас.% твердого раствора на основе оксидов La, Ce, Zr и 9 мас.% сплава Ni-Cr. Полученный катализатор испытывают как в примере 1.

Пример 6. Аналогичен примеру 3. Отличается тем, что в качестве диспергированного материала используют порошок TiC, имеющего средний размер частиц 3 мкм. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность 2 м²/г. Число каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 40 см^-2. Содержание диспергированного материала составляет 20 мас.%. Полученный катализатор испытывают как в примере 1.

Пример 7. Аналогичен примеру 5. Отличается тем, что в качестве диспергированного материала используют порошок TiC аналогично примеру 6 и порошок СеО₂ аналогично примеру 2. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность 9 м²/г. Число каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 40 см^-2. Содержание диспергированного материала составляет, мас.%: 12 TiC и 8 СеО₂.

Пример 8. Аналогичен примеру 7. Отличается тем, что в качестве диспергированного материала дополнительно используют порошкообразный сплав NiCr, имеющим средний размер частиц 60 мкм. Полученное изделие сотовой структуры имеет удельную поверхность 4 м²/г. Число каналов на единицу геометрической поверхности торцевой плоскости составляет 230 см^-2. Содержание диспергированного материала составляет, мас.%: 12 TiC; 8 СеО₂; 6 NiCr.

Полученные монолитные катализаторы показывают высокую эффективность в реакции получения синтез-газа и высокую устойчивость к термоударам.

Таким образом, как видно из представленных выше примеров, предлагаемое изобретение решает определенную техническую задачу устойчивости к термоударам при достаточно высокой удельной поверхности и активности катализаторов.

Таблица.ПримерТемпература зажигания °СВремя контакта, сек.X метана, %Содержание СО+Н₂, об.%15300.08884637000.11804557200.131783566700.0855430

Изобретение относится к процессу получения синтез-газа путем каталитического превращения углеводородов и к катализаторам для этого процесса. Описан катализатор, способ его приготовления и процесс получения синтез-газа. Катализатор является сложным композитом, представляющим собой керамическую матрицу и материал, состоящий из грубодисперсных частиц или агрегатов частиц, диспергированный по всей матрице, при этом катализатор включает систему параллельных и/или пересекающихся каналов, диспергированный материал представляет собой оксиды редкоземельных, и/или переходных металлов, и/или их смесь, и/или металлы, или их сплавы, и/или карбиды металлов 4-го периода Периодической таблицы, и/или их смесь, по составу и структуре отличные от матрицы, содержание диспергированного материала составляет 0,5-70 мас.%. Способ приготовления включает получение гомогенной массы, содержащей спекаемый материал керамической матрицы и диспергированный материал, формование массы в нужную форму, термообработку, в качестве материала керамической матрицы используют порошки, содержащие металлический алюминий, гомогенной массой пропитывают волокнистые и/или тканевые материалы, образующие в теле монолита при спекании систему параллельных и/или пересекающихся перпендикулярно каналов, перед термообработкой сформованную массу предварительно обрабатывают в гидротермальных условиях. Описан способ получения синтез-газа с использованием заявляемого катализатора. Технический результат - устойчивость катализатора к термоударам при достаточно высокой удельной поверхности и активности. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Катализатор получения синтез-газа путем каталитического превращения смеси, содержащей углеводород или смесь углеводородов и кислородсодержащий компонент, который является сложным композитом, содержащим оксид алюминия, оксиды редкоземельных и/или переходных металлов, отличающийся тем, что сложный композит включает в себя керамическую матрицу на основе оксида алюминия и материал, диспергированный по всей матрице, диспергированный материал содержит оксиды редкоземельных и/или переходных металлов, и/или их смесь, и/или металлы, или их сплавы, и/или карбиды металлов 4-го периода Периодической таблицы, и/или их смесь в виде частиц или агрегатов частиц с размером 1-250 мкм, при содержании диспергированного материала 0,5-70,0 мас.%, при этом катализатор имеет систему параллельных и/или пересекающихся каналов,2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что он может иметь в центре отверстие, отличающееся от каналов размерами и формой.3. Способ приготовления катализатора получения синтез-газа путем каталитического превращения смеси, содержащей углеводород или смесь углеводородов и кислородсодержащий компонент, включающий получение гомогенной массы, содержащей спекаемый материал керамической матрицы и диспергированный материал, формование массы в нужную форму, термообработку сформованной массы при температуре, достаточной для спекания материала матрицы, отличающийся тем, что в качестве материала керамической матрицы используют порошок, содержащий металлический алюминий или порошок на основе оксидов или гидроксидов алюминия и металлического алюминия, гомогенной массой пропитывают волокнистые и/или тканевые материалы, образующие в теле монолита при спекании систему параллельных и/или пересекающихся каналов, перед термообработкой сформованную массу предварительно обрабатывают в гидротермальных условиях, в качестве диспергированного материала используют оксиды редкоземельных и/или переходных металлов, и/или их смесь, и/или металлы, или их сплавы, и/или карбиды металлов 4-го периода Периодической таблицы, и/или их смесь в виде частиц или агрегатов частиц с размером 1-250 мкм, содержание диспергированного материала составляет 0,5-70,0 мас.%.4. Способ получения синтез-газа путем каталитического превращения смеси, содержащей углеводород или смесь углеводородов и кислородсодержащий компонент, с использованием катализатора, который является сложным композитом, содержащим оксид алюминия, оксиды редкоземельных и/или переходных металлов, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора по любому из пп.1-3.