КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР СИНТЕЗ-ГАЗА

2
Изобретение относится к химической технологии, а именно к реакторам для способов переработки углеводородного сырья парциальным окислением в синтез-газ с помощью соответствующего катализатора, для дальнейшего использования смеси СО и H: в энергоустановках на топливных элементах; для создания восстановительных атмосфер при плавке металлов; в отопительных водогрейных котлах, химической переработки в спирты или синтетические жидкие углеводороды.
Известны различные устройства получения синтез-газа из углеводородного сырья парциальным окислением кислородом или кислородсодержащими смесями. Исходя из ниже приведенных реакций для парциального окисления для каждого газообразного углеводорода гомологического ряда алканов существует оптимальные, согласно стехиометрии реакции, коэффициенты избытка окислителя - кислорода (α):
n
m
Содержание окислителя (чистый кислород, кислород воздуха или других газовых смесей) по отношению к углеводородам CH характеризуют термином коэффициент избытка окислителя α, который равен отношению реального количества окислителя, присутствующего в системе, к его количеству, теоретически необходимому (стехиометрическому) для полного окисления горючего газа, имеющегося в системе:
2
2
По условиям стехиометрии реакции α=1 соответствует реакции полного окисления углеводородов до CO и HO.
Известен способ получения синтез-газа при горении и устройство для его осуществления [Патент РФ №2320531, приоритет от 04.05.2006, опубликован 27.03.2008], в нем используется принцип гомогенного окисления углеводородов алканового ряда, в частности, метан и/или их смеси. В изобретении предусматривается разогрев компонентов смеси теплом газов конверсии. Недостатком изобретения является то, что необходим внешний источник тепла, непрерывный подвод пламени в зону реакции, а так же дополнительные турбулизаторы смеси и дополнительное введение водяного пара в зону реакции для предотвращения сажеобразования, что усложняет конструкцию устройства. Температура в реакторе составляет 1450 К, что требует специальных жаропрочных конструкционных материалов.
2
В патенте [Патент РФ 2374173, приоритет от 17.06.2008, опубликован 27.11.2009] описан генератор синтез-газа на основе радиационной горелки, где в качестве рабочего элемента использовалась перфорированная трехмерная керамическая матрица. Подача реакционной смеси осуществлялась через внешние стенки матрицы во внутренний объем, т.е. происходила «внутренняя» рекуперация тепла реакции за счет запертого в стенках матрицы ИК-излучения. Основным недостатком данного изобретения является то, что используется некаталитическая матрица и, соответственно, в качестве побочного продукта образуется этилен в количестве 1,4-1,9% об. Концентрации СО и H низкие и составляют 10,3-11,1% об, а водорода 17,8-22,1% в расчете на сухой газ, окисление метана осуществлялось при α≥3,5 при оптимальном для метана α=0,25.
В патенте [Патент РФ №2286308, приоритет от 31.01.2005, опубликован 10.07.2005] описано устройство для осуществления окисления газообразных углеводородных топлив с помощью катализатора и может быть использовано для получения синтез-газа. Устройство для получения синтез-газа радиального типа содержит газораспределительную перфорированную трубку и катализатор. Катализатор выполнен в виде кольцевых теплопроводных металлопористых каталитических пластин и теплопроводных сепараторов с пазами, чередующихся между собой с образованием каналов для прохождения газовых потоков и соединенных между собой. На обеих сторонах сепаратора выполнены пазы в форме эвольвенты от центра к периферии. Кольцевые пластины катализатора установлены перпендикулярно оси газораспределительной перфорированной трубки. Внутри газораспределительной перфорированной трубки расположена система запуска, которая состоит из смесителя с запальной свечой или электрического нагревательного элемента. Устройство компактно и эффективно. Устройство позволяет при использовании в качестве окислителя воздух получать реакционную смесь, содержащую 33% водорода и до 16-17% оксида углерода, но эксплуатируется при α≈0,3-0,4, что несколько выше оптимального. Недостатком этого устройства является высокая трудоемкость и многостадийность в изготовлении. А именно в изготовлении металлопористых пластин методом проката или шликерного литья, нанесением пористой подложки из оксидов магния, алюминия или циркония, и пропитка каталитически активными элементами, изготовление сепараторов аналогичных по размерам каталитическим пластинам с последующим изготовления пазов в сепараторах химическим травлением с использованием фотолитографии или фрезерованием. Сборку элементов каталитических пластин и сепараторов на газораспределительную трубку с высокой степенью уплотнения для обеспечения высокой теплопроводности.
2
2
Известен каталитический реактор [Патент РФ 2208475, приоритет от 26.04.2001, опубликован 20.07.2003] для получения синтез-газа радиального типа, содержащий газораспределительную трубу со слоем катализатора, который выполнен в виде газопроницаемых плоских и гофрированных армированных лент, навитых и спеченных с газораспределительной трубкой. Реактор имеет устройство для запуска его в работу. Газораспределительная трубка имеет отверстие перфорации меньше критического диаметра для предотвращения проникновения пламени внутрь трубки. В качестве катализатора используют армированный пористый материал, содержащий активные компоненты: родий, никель, платину, палладий, железо, кобальт, рений или их смеси. Окисление углеводородного газа происходит с коэффициентом избытка окислителя (воздуха) 0,47. Недостаток этого устройства является отсутствие освоенных промышленностью серийных технологий изготовления армированных пористых материалов, высокая трудоемкость в изготовлении и снижение каталитической активности в связи с использованием армирующих материалов. Так же недостатком является эксплуатация при α значительно выше оптимального значения в связи с чем из примера изобретения при конверсии метана 99,9%, селективности по СО составила 77,7%, по H - 90%, а выход СО составил 77,6%, а Н 89,9%.
Известен способ получения синтез-газа из углеводородного сырья и устройство для его осуществления [FR 2868413 - A1, C01B 3/26, 2005, "Procede de production de gaz de synthese, et une installation pour sa mise en oeuvre"]. Каталитический генератор синтез-газа, содержащий смеситель, систему запуска и катализатор, выполненный в виде гранул и помещенный в цилиндрический каталитический стакан, расположенный в корпусе генератора, и генератор содержит теплообменное устройство для подогрева воздуха. Часть углеводородного газа смешивается с воздухом и сгорает в камере, часть углеводородного газа инжектируется через специальные перфорированные трубки по глубине и высоте каталитического слоя. Каталитический слой закрыт газопроницаемой мембраной для защиты катализатора от пламени при сжигании части углеводородного газа. Из условий получения синтез-газа указано, что стехиометрическое соотношение кислорода к углеводороду CxHy равно, по крайней мере, 0,5.
Указанное изобретение имеет ряд недостатков:
1. Наличие гомогенного открытого пламени в устройстве повышает опасность эксплуатации, то есть может вызвать обратный проскок пламени в зону смешения и подающие устройства.
2. Разделение потоков углеводородного газа на поток, идущий на сгорание и на поток, инжектируемый в слой катализатора в вертикальном и горизонтальном направлении, значительно усложняет конструкцию, процесс замены катализатора и сборки, а так же эксплуатацию устройства.
3. Устройство, показанное в изобретении, позволяет проводить генерацию синтез-газа только с одним типом катализатора - гранулированным. Т.е. невозможно использовать блочный катализатор или их комбинацию с гранулированным катализатором.
Вышеуказанное устройство (рисунок 1) является наиболее близким к заявляемому устройству, и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Достигаемый технический результат заключается в достижении безопасности эксплуатации устройства, упрощения конструкции устройства, возможности конвертировать углеводородный газ различного химического состава при сохранении эффективности каталитической конверсии газообразных углеводородов в синтез-газ, получения целевых продуктов конверсии СО и водорода с высокой селективностью и выходом.
2
2
2
2
Указанный технический результат достигается тем, что используется генератор синтез-газа состоящий из корпуса (1) и смесителя газов (2), в корпусе расположен металлический цилиндр из жаростойкого сплава (каталитический стакан) (3), в котором размещен катализатор (4). Катализатор может быть в виде гранул или в виде газопроницаемого монолитного блока. Используется бифункциональный катализатор, который представляет собой гранулы, содержащие металл или смесь металлов VIII группы в количестве 0,5-25,0 мас.%, распределенных в оксидной матрице и/или катализатор представляет собой монолитный газопроницаемый блок, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, содержащий металл VIII группы периодической системы, распределенный в оксидной матрице в количестве 30-60% массовых катализатор сочетает в себе две функции: в присутствии кислорода в реакционной смеси углеводородного газа в концентрации 1-20 об.% инициировать реакцию окисления углеводородов до CO и HO, и катализировать реакцию образования синтез-газа при взаимодействии продуктов реакции глубокого окисления углеводородного газа (CO и HO) с углеводородами.
За обрезом каталитического стакана располагается запальное устройство (5), выполненное в виде искровой свечи или электрического нагревательного элемента. Внешний диаметр каталитического стакана меньше внутреннего диаметра корпуса генератора, по периметру между внутренней стенкой генератора и внешней стенкой каталитического стакана проложена теплоизоляция (6). За каталитическим стаканом на расстоянии, обеспечивающим свободный выход синтез-газа из слоя катализатора и размещения запального устройства, размещен теплообменник (7), для нагрева воздуха поступающего на конверсию. Внешний диаметр теплообменника соответствует внешнему диаметру корпуса генератора синтез-газа и может быть выполнен единым конструкционным элементом. Для контроля температуры в каталитическом слое или блочном катализаторе помещены изолированные термопары (8), расположенные в начале, середине и конце слоя по ходу реакционной смеси, термопары (8) так же размещены на входе воздуха в смеситель и в самом смесителе.
Теплообмен в теплообменнике осуществляется за счет конвективной теплопередачи горячими реакционными газами и ИК-лучистым теплообменом между разогретым катализатором и днищем теплообменника расположенным за катализатором по ходу газов. После теплообменника, разогретый за счет реакционных газов и ИК-излучения, воздух поступает в смеситель, где смешивается с холодным углеводородным газом и перемешанная и разогретая смесь газов с температурой ниже температуры воспламенения углеводородного газа контактирует с катализатором.
Особенностью процесса конверсии углеводородного газа в синтез-газ заключается в том, что для безопасности процесса в смеситель и на катализатор подают реакционную смесь углеводородного газа и воздуха при температуре ниже точки самовоспламенения углеводородов, а гетерогенно-каталитический процесс генерации синтез-газа из углеводородов на примере метана состоит из нескольких стадий и реакций (5-7):
2
2
При автотермической (без внешнего источника подвода энергии) работе предлагаемого генератора синтез-газа происходят потери тепловой энергии за счет уноса тепла разогретыми реакционными газами и через стенки генератора, соответственно это приводит к тому, что эндотермические реакции CO и HO с углеводородами протекают не полностью, что снижает селективность и выход целевых продуктов: СО и водорода. Для сохранения теплового баланса используется теплоизоляционный слой между каталитическим стаканом и внутренней стенкой генератора, а так же система рекуперации тепла в теплообменнике.
Каталитический автотермический генератор синтез-газа работает следующим образом. Запуск устройства: исходные реагенты углеводородный газ и воздух при коэффициенте избытка окислителя α=0,7-1,1 или соотношения воздух/углеводородный газ = 6,5-34,1 объемные зависящие от химического состава углеводородного газа. Подаются в смеситель, где смешиваются и поступают на катализатор, на выходе из каталитического слоя (или монолитного блока) смешанный углеводород - воздушный поток попадает в зону, нагретую запальной свечой, смесь воспламеняется и переходит в режим гетерогенно-каталитического горения в слое катализатора, т.е. осуществляется реакция глубокого гетерогенного окисления углеводородного газа кислородом воздуха в слое катализатора. После разогрева катализатора до температуры 550-650°C, что соответствует температуре начала автотермической генерации синтез-газа, соотношение углеводородный газ и воздух изменяется до α≈0,25-0,31 в зависимости от химического состава и соотношения углеводородов в углеводородсодержащем газе, для процесса генерации синтез-газа. Разогретый за счет тепла реакции до температур 750°C и выше катализатор ИК-излучением нагревает теплообменник, синтез-газ проходя теплообменник передает тепло за счет конвективного теплообмена, что так же способствует нагреву воздуха поступающему на конверсию воздуха. В качестве углеводородного газа могут использоваться индивидуальные углеводороды из ряда: метан, этан, пропан, бутан или их смесь.
2
2
Используется бифункциональный катализатор, который представляет собой гранулы, содержащие металл или смесь металлов VIII группы в количестве 0,5-25,0 мас.%, распределенных в оксидной матрице и/или катализатор представляет собой монолитный газопроницаемый блок, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом содержащий металл VIII группы периодической системы, распределенный в оксидной матрице в количестве 30,0-60,0% массовых катализатор сочетает в себе две функции: в присутствии кислорода в реакционной смеси углеводородного газа в концентрации 1-20 об.% инициировать реакцию окисления углеводородов до CO и HO, и катализировать реакцию образования синтез-газа при взаимодействии продуктов реакции глубокого окисления углеводородного газа с углеводородами.
Использование изобретения иллюстрируется следующими примерами:
2
3
2
2
2
2
2
2
2
4
2
Пример 1. Используется блочный катализатор, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) химического состава 52,9% масс. Ni, 14,7% AlO, 9,5% ZrO, 21,4% MgO, остальное СаО. Катализатор представляет собой газопроницаемый диск с внешним диаметром 0,08 м, и высотой 0,025 м. Подается воздух в количестве 26,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 92,5% об, этан 4,4% пропан 2,4%, бутаны 0,57%, остальное CO. Расход углеводородного газа 3,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 8,67:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=0,84. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева каталитического блока до температуры 600°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 57,4 л/мин и для углеводородного газа 21,74 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 2,64:1. Соответственно, коэффициент избытка окислителя α составляет 0,257. После прогрева генератора и стабилизации температур, температура входящего после теплообменника воздуха составила 441°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 280°C. Температура начала каталитического блока за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO и HO равна Тн=970°C, температура середины блока составляет Тс=781°C, температура блока на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO и HO составила Тк=743°C. Конверсия метана после контактирования углеводородов с катализатором составила 96,7%, углеводородов C-C - 100%, селективность по водороду 98,4%, селективность по монооксиду углерода 88,4%. Соответственно, выход Н составил 95,1%, выход СО 85,5%.
2
3
2
2
2
2
2
Пример 2. Используется катализатор, полученный СВС химического состава 37,9% масс. Ni, 13,9% NiO, 26,9% AlO, остальное MgO. Катализатор представляет собой пористый диск с внешним диаметром 0,08 м, и высотой 0,025 м. Подается воздух в количестве 26,0 л/мин и углеводородный газ состава: бутаны (н-бутан, и-бутан) 99,57%, остальное азот. Расход углеводородного газа 0,85 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 30,6:1 объемные, коэффициент избытка окислителя α=0,99. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева каталитического блока до температуры 610°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 57,4 л/мин и для углеводородного газа 6,05 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 9,48:1. Соответственно α равно 0,308. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 445°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 346°C. Температура начала каталитического блока за счет экзотермической реакции глубокого окисления бутанов до CO и HO равна Тн=1103°C, температура середины блока составляет Тс=856°C, температура блока на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO и HO составила Тк=780°C. Конверсия бутанов 97,8%, селективность по водороду 95,2%, селективность по монооксиду углерода 92,8%. Соответственно, выход Н составил 93,1%, выход СО 90,7% от теоретического.
2
2
2
2
2
2
4
2
Пример 3. Используется гранулированный катализатор химического состава 15% масс. Ni, остальное ZrO. Размер гранул катализатора 0,01-0,015 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,08 м, высота слоя катализатора 0,03 м. Запуск и работа устройства аналогично примеру 1. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 455°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 288°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO и НО равна Тн=981°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=799°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с СО и HO составила Тк=735°C. Конверсия метана после контактирования углеводородов с катализатором составила 98,9%, углеводородов C-C - 100%, селективность по водороду 96,2%, селективность по СО - 94,1%. Соответственно, выход Н составил 95,1%, выход СО 93,0% от теоретического.
2
2
2
2
2
4
2
Пример 4. Используется гранулированный катализатор химического состава 10% масс. Ni, остальное MgO. Размер гранул катализатора 0,008-0,01 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,08 м, высота слоя катализатора 0,035 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 78,9% об, этан 2,1% пропан 15,2%, бутаны 3,5%. Расход углеводородного газа 2,2 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 13,6:1 объемные, коэффициент избытка окислителя α=1,1. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 615°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 37,2 л/мин и для углеводородного газа 10,94 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 3,4:1. Соответственно, коэффициент избытка окислителя α составляет 0,27. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 348°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 230°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO и HO равна Тн=1053°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=820°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO и HO составила Тк=750°C. Конверсия метана после контактирования углеводородного газа с катализатором составила 94,7%, углеводородов С-С - 100%, селективность по водороду 97,1%, селективность по монооксиду углерода 96,4%. Соответственно, выход Н составил 95,4%, выход СО 94,6%.
2
2
3
2
2
2
2
2
2
4
Пример 5. Используется гранулированный катализатор химического состава 0,5% масс. Pt и 5% Ni, 10% ZrO, остальное AlO. Размер гранул катализатора 0,005-0,008 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,08 м, высота слоя катализатора 0,03 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 95,0% об, этан 2,1% пропан 1,2%, бутаны 0,3%, CO 0,4%, остальное азот. Расход углеводородного газа 3,07 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 9,77:1 объемные. Коэффициент избытка окислителя α=1,0. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 550°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 25,4 л/мин и для углеводородного газа 10,3 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 2,475:1. Соответственно генерация синтез-газа осуществляется при коэффициенте избытка окислителя α=0,253. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 394°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 263°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводород содержащего газа до СО и HO равна Тн=1074°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=792°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO и HO составила Тк=743°C. Конверсия метана после контактирования углеводородов с катализатором составила 98,2%, углеводородов C-C - 100%, селективность по водороду 94,1%, селективность по монооксиду углерода 95,1%. Соответственно, выход водорода составил 92,4%, выход монооксида углерода 93,3%.
2
3
2
2
2
2
2
Пример 6. Используется гранулированный катализатор химического состава 0,6% масс. Pt, остальное AlO. Размер гранул катализатора 0,0015-0,0025 м. Высота слоя катализатора 0,02 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава метан 99,9% об, остальное азот, расход углеводородного газа 3,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 10:1, при коэффициенте избытка окислителя α=1,1. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 550°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 61,0 л/мин и для углеводородного газа 25,6 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 2,38:1. Коэффициент избытка окислителя α в режиме генерации синтез-газа равен 0,251. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 390°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 255°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления метана до СО и HO равна Тн=1080°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=823°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций метана с СО и HO составила Тк=771°C. Конверсия метана после контактирования с катализатором составила 98,8%, селективность по водороду 92,2%, селективность по монооксиду углерода 94,2%. Соответственно, выход H составил 91,1%, выход СО 93,1%.
2
2
3
2
2
2
2
Пример 7. Используется гранулированный катализатор химического состава 1,5% масс. Rh, 10% ZrO, остальное AlO. Размер гранул катализатора 0,005-0,008 м. Высота слоя катализатора 0,03 м. Подается воздух в количестве 25,65 л/мин и углеводородный газ состава метан 99,9% об, остальное азот, расход углеводородного газа 3,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 8,55:1 объемные, при α=0,9. Приводится в действие запальное устройство. После разогрева катализатора до температуры 560°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 60 л/мин и для углеводородного газа 25,2 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 2,38:1. Соответственно, коэффициент избытка окислителя α в режиме генерации синтез-газа составляет 0,25. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 388°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 249°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления метана до CO и HO равна Тн=1106°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=855°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций метана с CO и HO составила Тк=758°C. Конверсия метана после контактирования с катализатором составила 99,2%, селективность по водороду 96,1%, селективность по монооксиду углерода 93,0%. Выход составил: для водорода - 95,3%, для монооксида углерода - 92,2%.
2
2
3
2
2
2
2
2
Пример 8. Используется гранулированный катализатор химического состава 20% масс. Со, 5% Ni, 10% MgO, 15% ZrO, остальное AlO. Размер гранул катализатора 0,001-0,002 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,09 м, высота слоя катализатора 0,05 м. Подается воздух в количестве 29,7 л/мин и углеводородный газ состава: пропан 98,0% об, остальное азот. Расход углеводородного газа 1,5 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 19,8:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=0,85. Приводится в действие запальное устройство. При температуре катализатора 580°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 28,0 л/мин и для углеводородного газа 4,0 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 7:1. Коэффициент избытка окислителя в режиме генерации синтез-газа α равен 0,301. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 450°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 315°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления пропана до CO и HO равна Тн=1065°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=790°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводорода с CO и HO составила Тк=765°C. Конверсия пропана после контактирования с катализатором составила 99,2%, селективность по водороду 89,1%, селективность по монооксиду углерода 89,4%. Выход составил: для Н - 88,4%, для СО 88,7%.
2
4
2
2
2
2
2
2
2
Пример 9. Используется гранулированный катализатор химического состава 25% масс. Ni, остальное MgAlO. Размер гранул катализатора 0,01-0,02 м. Катализатор помещен каталитический стакан с внутренним диаметром 0,09 м, высота слоя катализатора 0,05 м. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 72,0% об, этан 27,4%, остальное азот и CO. Расход углеводородного газа 3,75 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 8,0:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=0,7. Приводится в действие запальное устройство. По достижении температуры катализатора 590°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 44,2 л/мин и для углеводородного газа 14,6 л/мин, при соотношении воздух/углеводородный газ = 3,0:1. Генерация синтез-газа осуществляется при коэффициенте избытка окислителя α=0,265. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 394°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 260°C. Температура начала каталитического слоя за счет экзотермической реакции глубокого окисления углеводородсодержащего газа до CO и HO равна Тн=1035°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=772°C, температура катализатора на выходе реакционных газов за счет протекания эндотермических гетерогенно-каталитических реакций углеводородов с CO и НО составила Тк=720°C. Конверсия метана составила 89,8%, этана - 100%, селективность по Н - 96,1%, селективность по СО - 97,6%. Соответственно, выход H составил 94,3%, выход СО 96,6%.
2
2
3
2
4
2
2
4
2
Пример 10. Используется монолитный катализатор, полученный СВС синтезом, который представляет собой пористый диск с внешним диаметром 0,08 м, и высотой 0,02 м, содержание Ni 59% масс, 10% ZrO, остальное AlO, помещенный в каталитический стакан внутренним диаметром 0,08 м. Над блоком засыпается гранулированный катализатор химического состава 20,2% масс. Ni, остальное MgAlO. Размер гранул катализатора 0,01-0,02 м, высота слоя катализатора 0,03 м. Суммарная высота слоя катализатора блочного и гранулированного 0,05 метра. Подается воздух в количестве 30,0 л/мин и углеводородный газ состава: метан 1,5% об, этан 8,1% пропан 72,2%, бутаны 18,0%, остальное азот и CO. Расход углеводородного газа 1,65 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 18,2:1 объемные, при коэффициенте избытка окислителя α=7,5. Приводится в действие запальное устройство. При температуре катализатора равной 620°C, изменяются расходы газов, которые составляют для воздуха 31,0 л/мин и для углеводородного газа 4,25 л/мин, соотношение воздух/углеводородный газ = 7,3:1. Генерация синтез-газа проводится при коэффициенте избытка окислителя α=0,301. После прогрева генератора и стабилизации температур. Температура входящего после теплообменника воздуха составила 381°C, после смешения в смесителе с углеводородным газом температура потока поступающего на катализатор составила 267°C. Температура начала каталитического слоя Тн=1077°C, температура середины каталитического слоя составляет Тс=795°C, температура катализатора на выходе реакционных газов составила Тк=746°C. Конверсия метана - 95,0%, углеводородов C-C - 100%, селективность по водороду 95,7%, селективность по монооксиду углерода 96,2%. Выход Н составил 95,5%, выход СО составил 96,0%.