Катализатор для процесса воздушно-кислородной конверсии метана Советский патент 1984 года по МПК B01J23/755 B01J21/06 C01B3/38 

;О vl

СО 35

со 1 Изобретение относится к катализ торам процесса неполного окисления метана или воздушно-кислородной ко версии, который находит широкое при менение в промьшшенности как метод получения водорода и окиси углерода используемых в производстве аммиака метанола, а также в черной и цветно металлургии. Известно, что для процесса непол ного окисления метана используют окись никеля, никель и окись железа нанесенные на гранулированные носит ли из окиси алюминия 1. Широкое применение в промышленности находят блочные катализаторы в частности катализаторы на блочных носителях сотовой структуры, ко торые по сравнению с гранулированными носителями из А. 2-1 имеют значительно меньшее гидравлическое сопротивление, высокую термическую стабильность, равномерный отвод и подвод тепла. При высоких скоростях газа гранулы приходят в движение и поверхность их подвергается истиранию, что приводит к потере активности и в результате образования пы JK росту гидравлического сопротивлен Недостатком носителей из я „ / Э .ляется то, что в реакционной смеси при повышенных температурах происходит взаимодействие носителя с а тивным компонентом с образованием щпинелей, что приводит к уменьшению срока службы катализатора. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является катализатор для процесса воздушно-кислородной конверсии метана, содержащий активный компонент - родий в количестве 0,05 - 0,2 вес.% на носителе - гра нулах окиси алюминия или блочном но сителе сотового типа из MgO-AljO,. Катализатор готовят пропиткой ук занных носителей раствором хлорида родия с последующей сушкой в течение 20 ч при и прокаливанием в течение 3 ч при 800°С СЗ. К недостаткам известного катализатора следует отнести его относите но низкую активность. Так, степень превращения метана в процессе воздушно-кислородной конверсии при 850с в присутствии известного катализатора составляет 28,0%. Цель изобретения - повьппение активности катализатора. 9 Указанная цель достигается тем, что катализатор для процесса воздушно-кислородной конверсии метана, содержащий активный компонент на блочном носителе, в качестве активного компонента содержит закись никеля, а в качестве носителя - /1 -нитрид кремния при следующем содержании компонентов, мас.%: Закись никеля 11,5-22,0 р-нитрид кремния Остальное Предлагаемый катализатор по сравнению с .известным обладает повышенной активностью. Так, степень превращения метана в процессе воздушно-кислородной конверсии при 850с в присутстствии предлагаемого катализатора составляет 99,8%. Катализатор готовят следующим образом. Носитель (блок из нитрида кремния) заливают насьш1енным раствором азотнокислого никеля. Высота блока 2,4 см, диаме.тр 1,0 см. После пропитки удаляют избыток раствора, а затем образец сушат под ИК-лампой при 110°С в течение 1 ч до остаточной влажности не более 5%. Далее катализатор прокаливают при 900°С в течение 3 ч. 1. Катализатор состава, Прим мас.%: NiO 11,5, р 88,5. В качестве носителя используют блок из нитрида кремния, имеющий каналы треугольного сечения. Высота треугольника 0,03 см, основание 0,11 см, толщина перегородок 0,013 см, число треугольников в 1 см 190, объемный вес блока 0,66 г/см, объем пор 0,06 . Удельная поверхность образца, определенная по методу тепловой десорбции аргона, 0,36 . Носитель помещают в раствор азотнокислого никеля так, чтобы он весь был покрыт раствором, и оставляют на 15 мин. Раствор готовят растворением навески 81 г Ni(N03) в 50 мл воды. После этого блок носителя вынимают из раствора, продувают сжатым азотом, удаляют остатки раствора и сушат под ИК-лампой в течение 1 ч при 110 С. Высушенный образец прокаливают в муфеле при 900®С в течение 3ч. Вес исходного носителя 2,00 г, вес носителя с NiO 2,26 г. Удельная поверхность образца, определенная по методу тепловой десорбции аргона, равна 2,4 катализатора.

Пример 2. Катализатор соста ва, мас.%: NiO 22, fb SijN - 787,.

В качестве исходного берут образе катализатора, полученный по примеру 1, и вторично наносят активный компонент.аналогично примеру 1.

Вес исходного образца 2,40-г, вес образца с NiO 2,57 г. Удельная поверхность образца равна 4,1 м /г катализато)а.

Пример 3. Катализатор состава, мас.%: NiO 17,; .

Пропиточньп1 раствор получают растворением навески 120 г Ni(NOa)261UO в 50 мл воды.

Вес исходного носителя 2,26 г, вес носителя с NiO 2,40 г. Удельная поверхность образца равна 3,2 катализатора.

Пример 4 (сравнительньй). Катализатор состава, мас.%: NiO 12, MgO-Al Oj-SiO 88.

В качестве носителя используют блок из MgO -AljOj-SiO, близкий по составу к прототипу.

Носитель помещают в раствор азотнокислого никеля так, чтобы он весь бып покрыт раствором и оставляют на 15 мин. Раствор готовят растворением навески 140 г Ni(N03)2 6Н20 в 50 мл воды. После этого блок носителя вынимают из раствора, продувают сжатым азотом, удаляя остатки раствора, и сушат под ИК-лампой в течение 1 ч при 110°С. Высушенный образец прокаливают в муфеле при в течени 3ч.

Вес исходного носителя 2,62 г, вес носителя с NiO 2,99 г. Удельная Результаты

поверхность образца равна 1,1 катализатора.

Все катализаторы испытаны в реакции неполного окисления метана или воздушно-кислородной конверсии на проточной установке.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, катализаторы на носителе из нитрида кремния позволяют получать газ с более высоким содержанием окиси углерода и водорода.

С помощью рентгенофазового анализа отработанных образцов катализаторов показано, что окись никеля взаимодействует с носителем из магнийалюмосиликата с образованием твердых растворов, что приводит к падению активности. В то время как в отработанном образце NiO на нитриде кремния присутствует фаза NiO и Si2N,T.e. взаимодействия носителя с активным компонентом нет.

Предлагаемые катализаторы испытаны в течение 60 ч, при этом понижения . значения степени превращения не наблюдалось, что подтверждает высокую термостабильность катализатора.

Таким образом, предлагаемый катализатор характеризуется высокой активностью - 99,8% и более высокой термической стабильностью носителя (рабочая температура нитрида кремния , MgO - Al OjIIOO C).

Применение предлагаемого катализатора позволяет отказаться от использования в качестве активного компонента дорогостоящего и дефицитного родня. испытаний блочных катализаторов воздушно-кислородной конверсии, метана (Тлп , Р 1 атм).

КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ ПРОЦЕССА ВОЗДУШНО-КИСЛОРОДНОЙ КОНВЕРСИИ МЕТАНА, содержащий активный компонент на блочном носителе, отличающийся тем, что, с целью повышения активности, он в качестве активного компонента содержит закись никеля, а в качестве носителя - нитрид кремния при следующем содержании компонентов, мас,%: Закись никеля 11,5-22,0 р -нитрид кремния Остальное

111,5 /i SijN 21,5 40,7 1,9

222,0 р SijN 19,8 42,0 З.Г

317,0 jb 19,2 39,1 4,6

1,0 У9,8 0,5 99,8 0,5 99,8

|412,0. MgO Al20 -Si02 18,533,04,8

50,1 MgO.Al2038,79,68,3

(прототип)

9,1 87,0 18,5 28,0