НОСИТЕЛЬ ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, КАТАЛИЗАТОР НА ЕГО ОСНОВЕ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА Российский патент 2008 года по МПК B01J21/04 B01J23/04 B01J23/10 B01J23/42 B01J23/46 B01J23/58 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение относится к носителям для катализаторов, обладающих высокой площадью поверхности и стабильностью в условиях сверхвысоких температур, способу их получения, каталитической конверсии низших углеводородов в синтез-газ, а также к способу получения таких носителей, включающему добавление редкоземельного металла в алюминийсодержащий предшественник до прокаливания. Носитель для катализатора включает по крайней мере одну фазу оксида алюминия, выбранную из группы, состоящей из альфа-оксида алюминия и тета-оксид алюминия при содержании альфа-оксида алюминия в носителе менее 20 мас.%, а также алюминат по крайней мере одного редкоземельного металла, с молярным соотношением алюминия и редкоземельного металла от 11:1 до 14:1 и в количестве от приблизительно 1 мас.% до менее чем приблизительно 100 мас.% от общей массы упомянутого носителя. Изобретение также касается способа получения носителя для катализатора, катализатора частичного окисления и его варианта, а также способа получения синтез-газа в присутствии этого катализатора. Катализатор обладает повышенной устойчивостью к дезактивации в течение продолжительных периодов времени и способностью сохранять высокую степень конверсии метана и селективности в отношении водорода и монооксида углерода. 5 н. и 76 з.п. ф-лы, 4 табл., 7 ил.

1. Носитель для катализатора, стабильный при высоких температурах, отличающийся тем, что он включает по крайней мере одну фазу оксида алюминия, выбранную из группы, состоящей из альфа-оксида алюминия и тета-оксида алюминия при содержании альфа-оксида алюминия в носителе менее 20 мас.%, а также алюминат по крайней мере одного редкоземельного металла, с молярным соотношением алюминия и редкоземельного металла от 11:1 до 14:1, и в количестве от по меньшей мере приблизительно 1 мас.% до менее чем приблизительно 100 мас.% от общей массы упомянутого носителя.2. Носитель по п.1, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от 5 до 50 мас.% от общей массы носителя.3. Носитель п.1, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от, по меньшей мере, приблизительно 40 до менее чем 100 мас.% от общей массы носителя.4. Носитель по п.1, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от 5 до 50 мас.% от общей массы носителя.5. Носитель по п.1, отличающийся тем, что редкоземельный металл выбран из группы, включающей лантан, неодим, празеодим, церий, самарий и их комбинации.6. Носитель по п.5, отличающийся тем, что редкоземельным металлом является лантан.7. Носитель по п.6, отличающийся тем, что количество лантана составляет от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 10 мас.% в расчете на массу носителя.8. Носитель по п.1, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат дополнительно содержит элемент 1-14 групп Периодической системы.9. Носитель по п.8, отличающийся тем, что элементом 1-14 групп Периодической системы является элемент, выбранный из группы, включающей никель, магний, барий, калий, натрий, марганец, второй редкоземельный металл и их комбинации.10. Носитель по п.1, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат и фаза оксида алюминия представляют собой тщательно перемешанную смесь.11. Носитель по п.1, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат по крайней мере частично покрывает фазу оксида алюминия.12. Носитель по п.1, отличающийся тем, что структура редкоземельного алюмината включает структуру гексаалюмината, структуру бета-алюмината или их комбинацию.13. Носитель по п.1, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат характеризуется химической формулой LnAl_yO_z, где у равно от 11 до 14, z равно от 18 до 23, a Ln включает лантаноид, выбранный из группы, состоящей из лантана, неодима, празеодима, самария, церия или их комбинации.14. Носитель по п.1, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат характеризуется химической формулой MAl_yO_z, где у равно от 11 до 12, z равно от 18 до 19, а М включает комбинацию лантана и самария.15. Носитель по п.1, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат включает гексаалюминат лантана.16. Носитель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит редкоземельный алюминат, в котором соотношение алюминия к редкоземельному металлу составляет менее 2:1.17. Носитель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит редкоземельный алюминат со структурой перовскита.18. Носитель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид упомянутого редкоземельного металла.19. Носитель по п.1, отличающийся тем, что его удельная площадь поверхности составляет более 2 м²/г.20. Носитель по п.1, отличающийся тем, что его удельная площадь поверхности составляет менее 30 м²/г.21. Носитель по п.1, отличающийся тем, что он содержит от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 10 мас.% редкоземельного металла.22. Носитель по п.1, отличающийся тем, что он получен пропиткой алюминий-содержащего предшественника раствором редкоземельного металла и прокаливанием при температуре более 1000°С.23. Носитель по п.22, отличающийся тем, что алюминийсодержащий предшественник включает соединение алюминия, выбранное из группы, включающей байерит, гиббсит, бемит, псевдобемит, боксит, гамма-оксид алюминия, дельта-оксид алюминия, хи-оксид алюминия, ро-оксид алюминия, каппа-оксид алюминия, эта-оксид алюминия, тета-оксид алюминия и их комбинации.24. Носитель по п.22, отличающийся тем, что алюминийсодержащий предшественник включает по крайней мере один переходный оксид алюминия, выбранный из группы, включающей гамма-оксид алюминия, дельта-оксид алюминия, хи-оксид алюминия, ро-оксид алюминия, каппа-оксид алюминия, эта-оксид алюминия и тета-оксид алюминия.25. Носитель по п.22, отличающийся тем, что алюминийсодержащий предшественник в основном содержит гамма-оксид алюминия.26. Носитель по п.25, отличающийся тем, что прокаливание осуществлено при температуре от 1000 до 1600°С.27. Носитель по п.26, отличающийся тем, что прокаливание осуществлено при температуре от 1100 до 1400°С.28. Способ получения термически стабильного носителя для катализатора на основе алюминия, содержащего от, по меньшей мере, приблизительно 1 мас.% до менее чем приблизительно 100 мас.% редкоземельного алюмината, отличающийся тем, что осуществляют пропитку алюминийсодержащего предшественника раствором редкоземельного металла, его сушку и затем прокаливание в условиях, эффективных для превращения части упомянутого алюминийсодержащего предшественника в по крайней мере одну фазу оксида алюминия, выбранную из группы, состоящей из альфа-оксида алюминия, тета-оксида алюминия при содержании альфа-оксида алюминия в носителе менее 20 мас.%, и превращения остальной части упомянутого алюминийсодержащего предшественника в редкоземельный алюминат с молярным соотношением алюминия и редкоземельного металла от 11:1 до 14:1 посредством взаимодействия с по крайней мере частью упомянутого редкоземельного металла.29. Способ по п.28, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от 1 до 50 мас.% от общей массы носителя.30. Способ по п.28, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от, по меньшей мере, приблизительно 40 до менее чем 100 мас.% от общей массы носителя.31. Способ по п.28, отличающийся тем, что алюминийсодержащий предшественник включает соединение алюминия, выбранное из группы, включающей байерит, гиббсит, бемит, псевдобемит, боксит, гамма-оксид алюминия, дельта-оксид алюминия, хи-оксид алюминия, ро-оксид алюминия, каппа-оксид алюминия, эта-оксид алюминия, тета-оксид алюминия и их комбинации.32. Способ по п.28, отличающийся тем, что алюминийсодержащий предшественник включает переходный оксид алюминия, выбранный из группы, включающей гамма-оксид алюминия, дельта-оксид алюминия, хи-оксид алюминия, ро-оксид алюминия, каппа-оксид алюминия, эта-оксид алюминия и тета-оксид алюминия и их комбинации.33. Способ по п.28, отличающийся тем, что алюминийсодержащий предшественник в основном включает гамма-оксид алюминия.34. Способ по п.28, отличающийся тем, что прокаливание осуществляют при температуре от 1000 до 1600°С.35. Способ по п.34, отличающийся тем, что прокаливание осуществляют при температуре от 1100 до 1400°С.36. Способ по п.28, отличающийся тем, что редкоземельный металл выбирают из группы, включающей лантан, неодим, празеодим, церий и их комбинации.37. Способ по п.28, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат содержит лантан.38. Способ по п.28, отличающийся тем, что прокаливание осуществляют в условиях, эффективных для превращения части раствора редкоземельного металла в оксид упомянутого редкоземельного металла, содержащий в основном атомы редкоземельного металла и атомы кислорода.39. Способ по п.28, отличающийся тем, что раствор редкоземельного металла содержит более одного редкоземельного металла.40. Способ по п.28, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат включает структуру гексаалюмината, структуру бета-алюмината или их комбинацию.41. Способ по п.28, отличающийся тем, что редкоземельным алюминатом является гексаалюминат лантана.42. Способ по п.28, отличающийся тем, что полученный носитель для катализатора содержит от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% редкоземельного металла в расчете на общую массу носителя.43. Способ по п.28, отличающийся тем, что полученный носитель для катализатора содержит от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 50 мас.% редкоземельного алюмината в расчете на общую массу носителя.44. Катализатор частичного окисления, содержащий активный компонент, выбранный из группы, включающей родий, иридий, платину, палладий и рутений, и носитель, состоящий из по крайней мере одной фазы оксида алюминия, выбранной из группы, включающей альфа-оксид алюминия и тета-оксид алюминия, а также алюмината по крайней мере одного редкоземельного металла с молярным соотношением алюминия к редкоземельному металлу от 11:1 до 14:1, в количестве от, по меньшей мере, приблизительно 1 мас.% до менее чем приблизительно 100 мас.% от общей массы носителя.45. Катализатор по п.44, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от 1 до 50 мас.% от общей массы носителя.46. Катализатор по п.44, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от, по меньшей мере, приблизительно 40 до менее чем 100 мас.% от общей массы носителя.47. Катализатор по п.44, в котором редкоземельный алюминат включает структуру гексаалюмината, структуру бета-алюмината или их комбинации.48. Катализатор по п.44, в котором редкоземельный алюминат включает гексаалюминат лантаноида.49. Катализатор по п.48, в котором лантаноид выбран из группы, включающей лантан, неодим, празеодим и их комбинации.50. Катализатор по п.48, в котором лантаноидом является лантан.51. Катализатор по п.44, в котором редкоземельный металл выбирают из группы, включающей лантан, неодим, празеодим и их комбинации.52. Катализатор по п.44, в котором редкоземельный алюминат содержит лантан.53. Катализатор по п.44, в котором редкоземельный алюминат содержит более одного редкоземельного металла.54. Катализатор по п.44, в котором носитель характеризуется удельной площадью поверхности более 2 м²/г.55. Катализатор по п.44, в котором носитель содержит от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 50 мас.% редкоземельного алюмината в расчете на общую массу носителя.56. Способ получения синтез-газа, отличающийся тем, что в присутствии катализатора осуществляют взаимодействие потока газообразных углеводородов и потока, содержащего кислород, с образованием потока продуктов, содержащего СО и Н₂, причем упомянутый катализатор содержит активный компонент, выбранный из группы, включающей родий, иридий, платину, палладий и рутений и их комбинации, и носитель, содержащий по крайней мере одну фазу оксида алюминия, выбранную из группы, состоящей из альфа-оксида алюминия и тета-оксида алюминия, а также редкоземельный алюминат с молярным соотношением алюминия к редкоземельному металлу от 11:1 до 14:1, в количестве от, по меньшей мере, приблизительно 1 мас.% до менее чем приблизительно 100 мас.% от общей массы носителя.57. Способ по п.56, отличающийся тем, что количество редкоземельного алюмината составляет от, по меньшей мере, приблизительно 40 до менее чем 100 мас.% от общей массы носителя.58. Способ по п.56, отличающийся тем, что носитель содержит от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 50 мас.% редкоземельного алюмината в расчете на общую массу носителя.59. Способ по п.56, отличающийся тем, что редкоземельный металл выбирают из группы, включающей лантан, неодим, празеодим, церий и их комбинации.60. Способ по п.56, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат содержит лантан.61. Способ по п.56, отличающийся тем, что носитель содержит от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 10 мас.% лантана в расчете на общую массу носителя.62. Способ по п.56, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат содержит лантан и самарий.63. Способ по п.56, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат и фазу оксида алюминия тщательно перемешивают.64. Способ по п.56, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат по крайней мере частично покрывает фазу оксида алюминия.65. Способ по п.56, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат включает структуру гексаалюмината, структуру бета-алюмината или их комбинации.66. Способ по п.56, отличающийся тем, что редкоземельный алюминат включает гексаалюминат лантана.67. Способ по п.56, отличающийся тем, что носитель содержит от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 10 мас.% редкоземельного металла.68. Способ по п.56, отличающийся тем, что превращение осуществляют при ССПГ от приблизительно 20000 ч^-1 до приблизительно 100000000 ч^-1.69. Способ по п.56, отличающийся тем, что превращение осуществляют при температуре от приблизительно 350°С до приблизительно 2000°С.70. Способ по п.56, отличающийся тем, что превращение осуществляют при давлении от приблизительно 100 кПа до приблизительно 4000 кПа.71. Способ по п.56, отличающийся тем, что поток углеводородов включает природный газ.72. Способ по п.56, отличающийся тем, что поток углеводородов включает в основном метан.73. Способ по п.56, отличающийся тем, что катализатор содержит родий.74. Способ по п.73, отличающийся тем, что катализатор содержит от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 10 мас.% родия.75. Способ по п.73, отличающийся тем, что катализатор характеризуется площадью поверхности родия более 0,5 м²/г.76. Способ по п.73, отличающийся тем, что катализатор дополнительно содержит самарий.77. Способ по п.56, отличающийся тем, что катализатор характеризуется степенью конверсии углеводорода, равной или более приблизительно 85%.78. Способ по п.56, отличающийся тем, что катализатор характеризуется селективностью в отношении водорода, равной или более приблизительно 85%.79. Способ по п.56, отличающийся тем, что поток продуктов включает СО и Н₂ с молярным соотношением Н₂/СО от приблизительно 1,4:1 до 2,3:1.80. Способ по п.56, отличающийся тем, что по крайней мере часть потока продуктов, включающего СО и Н₂, превращают в углеводороды.81. Катализатор частичного окисления, содержащий активный компонент, включающий сплав родия или металл, выбранный из группы, состоящей из родия, иридия, рутения и их комбинации, причем, когда активный компонент содержит родий, его содержание в упомянутом катализаторе составляет от примерно 0,1 до примерно 20 мас.% и

носитель, который покрыт активным компонентом и включает по крайней мере одну фазу оксида алюминия, выбранную из группы, состоящей из альфа-оксида алюминия и тета-оксида алюминия, а также

алюминат редкоземельного металла, имеющий структуру гексаалюмината или гексаалюминат-подобную структуру, с молярным соотношением алюминия и редкоземельного металла составляющим от 11:1 до 14:1

и алюминат редкоземельного металла, имеющий структуру перовскита или структуру типа перовскита, с молярным соотношением алюминия и редкоземельного металла, составляющим менее 2:1 при содержании в упомянутом носителе в количестве от менее 100 мас.% до приблизительно 1 мас.%.