Катализатор и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана и воздуха

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции парциального окисления диметоксиметана (ДММ) с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах. Описано применение металлов VIII группы, нанесенных на оксидный носитель ZrO2-СеО2, в качестве катализатора для получения обогащенной по водороду газовой смеси парциальным окислением диметоксиметана кислородом воздуха, причем в состав катализатора входит платина до 5 мас.%, или рутений до 5 мас.%, или родий до 3 мас.%, остальное - ZrO2-СеО2. Технический результат - почти полная конверсия диметоксиметана ДММ в газовую смесь, содержащую около 60 об.% синтез газа (Н2+СО). 9 пр., 3 табл.

 

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции парциального окисления диметоксиметана (ДММ) воздухом с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться в водородной энергетике. Например, в качестве топлива для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах. В настоящее время топливные элементы рассматриваются как альтернативный и экологически чистый источник электрической энергии.

Основным топливом для питания топливных элементов является водород или обогащенная по водороду газовая смесь, которая может быть получена посредством паровой и воздушной конверсии природного газа, бензина (ископаемые топлива) и спиртов.

Важно отметить, что ДММ является коррозионно-инертным и нетоксичным соединением. ДММ представляет собой жидкость, следовательно, легко хранится и транспортируется. Указанные факты позволяют рассматривать ДММ как перспективное сырье для получения водорода для питания топливных элементов.

Одним из наиболее эффективных способов получения водородсодержащего газа из ДММ является его паровая каталитическая конверсия:

СН3ОСН2ОСН3+4H2O=8Н2+3CO2

Данная реакция приводит к наибольшему содержанию водорода в смеси продуктов. В качестве катализаторов для этого процесса нами предлагались бифункциональные CuO-CeO2/γ-Al2O3 катализаторы [С.Д. Бадмаев, А.А. Печенкин, В.Д. Беляев, В.А. Собянин. Катализаторы и способ получения обогащенной по водороду газовой смеси из диметоксиметана. Патент РФ №2533608, B01J 21/04, С01В 3/38, 20.11.2014]. Практически полная конверсия ДММ на этих катализаторах достигается уже при температуре ~ 300°С, причем в получаемом водородсодержащем газе незначительное количество СО (<2 об. %). Однако недостатком процесса паровой конверсии ДММ является большое энергопотребление, связанное с испарением воды и осуществлением эндотермического процесса парового риформинга.

Напротив, реакция парциального окисления воздухом ДММ в синтез газ считается целесообразной с точки зрения энергозатрат, «водонезависимости» и быстроты запуска энергоустановки на базе твердооксидных топливных элементов. Кроме того, существенно упрощается технологическая схема энергоустановки, расширяются возможности их применения при отрицательных температурах, другими словами делают их более универсальными - пригодными для использования при любых природных и климатических условиях.

Исследование процесса парциального окисления ДММ в водородсодержащий газ или синтез-газ не проводилось вовсе. Брутто реакция получения водорода при помощи этого способа приведена ниже:

СН3ОСН2ОСН3+0,5О2=4Н2+3СО.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка эффективного катализатора в отношении парциального окисления ДММ кислородом воздуха, а также разработка процесса получения из ДММ обогащенной по водороду газовой смеси с использованием этой каталитической системы.

Технический результат -. почти полная конверсия диметоксиметана ДММ в газовую смесь, содержащую около 60 об. % синтез газа (Н2+СО).

Задача решается разработкой катализатора получения обогащенной по водороду газовой смеси путем парциального окисления ДММ, представляющего собой катализатор, содержащий металлы (Pt, Rh, Ru и Pd), нанесенные на оксидный носитель ZrO2-CeO2.

В состав катализатора парциального окисления ДММ входит платина до 5 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.

В состав катализатора парциального окисления ДММ входит рутений до 5 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.

В состав катализатора парциального окисления ДММ входит родий до 3 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.

В состав катализатора парциального окисления ДММ входит палладий до 3 мас. %, остальное - ZrO2-CeO2.

Задача также решается разработкой способа получения обогащенной по водороду газовой смеси взаимодействием ДММ и воздуха в присутствии катализатора, представляющего собой нанесенный металл (Pt, Rh и Ru) на оксидные носители: CeO2-ZrO2. Реакцию осуществляют при 100-600°С, 1-20 атм и мольном соотношении воздух / диметоксиметан = 1-3.

Реакция парциального окисления ДММ кислородом воздуха в водородсодержащий газ или синтез газ осуществляется впервые.

Катализаторы Pt/ZrO2-CeO2 готовили пропиткой носителей ZrO2-CeO2 водным раствором H2PtCl6 по влагоемкости. Образцы после пропитки сушили на воздухе и затем прокаливали при 500°С.

Катализаторы Ru/ZrO2-CeO2 готовили пропиткой носителей ZrO2-CeO2 водным раствором RuCl3⋅3H2O по влагоемкости. Образец после пропитки сушили на воздухе и затем прокаливали при 500°С.

Катализатор Rh/ZrO2-CeO2 готовили пропиткой носителя ZrO2-CeO2 водным раствором RhCl3⋅3H2O по влагоемкости. Образец после пропитки сушили на воздухе и затем прокаливали при 500°С.

Сущность изобретения иллюстрируются следующими примерами.

Пример 1.

Парциальное окисление ДММ осуществляют в установке проточного типа в кварцевом реакторе с внутренним диаметром 6 мм на навеске катализатора 0,3 мл при соотношении воздух : ДММ = 2,5:1 или N2 : O2 : ДММ = 4:1:2, времени контакта 10000 ч-1, температуре 300°С и давлении 1 атм. Состав катализатора составляет, мас. %: платина - 1, остальное - ZrO2-CeO2.

Результаты приведены в таблице 1.

Пример 2.

Аналогично примеру 1, но реакцию проводят при температуре 400°С, результаты приведены в таблице 1.

Пример 3.

Аналогично примеру 1, но реакцию проводят при температуре 500°С, результаты приведены в таблице 1.

Пример 4.

Аналогично примеру 1, но состав катализатора составляет, мас. %: рутений - 1, остальное - носитель ZrO2-CeO2. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Пример 5.

Аналогично примеру 4, но реакцию проводят при температуре 400°С, результаты приведены в таблице 2.

Пример 6.

Аналогично примеру 4, но реакцию проводят при температуре 500°С, результаты приведены в таблице 2.

Пример 7.

Аналогично примеру 1, но состав катализатора составляет, мас. %: родий - 1, остальное - носитель ZrO2-CeO2.. Полученные результаты приведены в таблице 3.

Пример 8.

Аналогично примеру 7, но реакцию проводят при температуре 400°С, результаты приведены в таблице 3.

Пример 9.

Аналогично примеру 7, но реакцию проводят при температуре 500°С, результаты приведены в таблице 3.

Таким образом, предлагаемые катализаторы являются весьма эффективными в реакции парциального окисления ДММ и при 400-500°С обеспечивают почти полную конверсию ДММ в газовую смесь, содержащую около 60 об. % синтез газа (H2+СО). Следовательно, для обеспечения работы энергоустановки на базе твердооксидных топливных элементов мощностью 1 кВт необходимо около 70 г Pt/ZrO2-CeO2 или Ru/ZrO2-СеО2 катализатора.

Применение металлов VIII группы, нанесенных на оксидный носитель ZrO2-СеО2, в качестве катализатора для получения обогащенной по водороду газовой смеси парциальным окислением диметоксиметана кислородом воздуха, причем в состав катализатора входит платина до 5 мас.%, или рутений до 5 мас.%, или родий до 3 мас.%, остальное - ZrO2-СеО2.



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к химической и полупроводниковой промышленности. Объединяют первую жидкость, включающую кремний, углерод и кислород, со второй жидкостью, содержащей углерод.

Изобретение относится к научному приборостроению, а именно к области разработки элементов рентгеновской оптики, в частности к способам изготовления устройств для рассеяния, коллимации и фокусировки потока рентгеновского излучения высокой плотности в широком диапазоне длин волн.

Изобретение раскрывает способ сбора мелкодисперсного угля, который включает обезвоживание суспензии жидких отходов обогащенного угля, имеющей содержание твердых частиц 30% по массе или меньше, для получения мелкодисперсного угля, имеющего размер частиц 1000 мкм или меньше и водосодержание от приблизительно 5% до приблизительно 20% по массе, причем обезвоживание суспензии жидких отходов обогащенного угля включает в себя центрифугирование суспензии в центрифуге со сплошным ротором, при этом центрифуга содержит вращающийся ротор, вращающийся шнек и переливную перегородку, где мелкодисперсный уголь содержит по меньшей мере 95% по массе твердых частиц, содержащихся в суспензии жидких отходов обогащенного угля.

Изобретение относится к неорганической химии и нанотехнологии и может быть использовано для получения износостойких абразивных материалов, высокотемпературных керамических материалов и покрытий, высокопрочных композиционных материалов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ управления химическим источником водорода на основе гидрида магния включает в себя следующие действия: прогревают зону образования водорода до заранее заданной начальной температуры 90-170°С; определяют начальное значение расхода воды; подают воду в зону образования водорода в соответствии с начальным значением расхода воды; измеряют параметр, характеризующий образование водорода; если значение этого параметра выше первого заранее заданного значения, уменьшают подачу воды в зону образования водорода, если значение этого параметра ниже второго заранее заданного значения, увеличивают подачу воды в зону образования водорода.

Настоящее изобретение относится к способу получения одного или нескольких продуктов реакции, при котором первый богатый метаном начальный поток (b) подвергают процессу парциального окисления и/или процессу (1) автотермического риформинга, а второй богатый метаном начальный поток (е) подвергают процессу (3) парового риформинга, и при котором с помощью процесса парциального окисления и/или процесса (1) автотермического риформинга образуется первый содержащий синтез-газ, отходящий поток (d), и с помощью процесса (3) парового риформинга образуется второй содержащий синтез-газ, отходящий поток (g), причем из синтез-газа первого отходящего потока (d) и синтез-газа второго отходящего потока (g) образуют объединенный поток (h) синтез-газа, и текучую среду объединенного потока (h) синтез-газа в начальном потоке (i) синтеза подвергают реакции синтезирования с получением диоксида углерода и содержащего продукт или продукты реакции отходящего потока (k) синтеза.

Изобретение относится к производству композиционного материала на основе Al2O3-TiCN и может быть использовано в инструментальной промышленности при производстве сменных многогранных режущих пластин.

Настоящее изобретение относится к способу производства продукта, в составе которого содержится метанол, включающему следующие стадии:(i) производство первого потока синтез-газа, у которого модуль составляет более чем 2,0, в установке парового риформинга метана (SMR) или в установке парового риформинга метана, а затем в установке автотермического риформинга посредством риформинга первого углеводородного исходного потока и пара в присутствии катализатора; (ii) производство второго потока синтез-газа, у которого модуль составляет менее чем модуль первого потока синтез-газа, посредством частичного окисления или автотермического риформинга второго углеводородного исходного потока; (iii) объединение первого потока синтез-газа и второго потока синтез-газа для образования объединенного потока синтез-газа; (iv) превращение объединенного потока произведенного синтез-газа в реакторе синтеза метанола в продукт, в составе которого содержится метанол, и (v) частичную рециркуляцию избыточного водорода и проскок метана, которые образуются в течение синтеза композиции продуктов, в установку парового риформинга метана.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении суперконденсаторов, топливных элементов, электродов литий-ионных батарей, биотопливных ячеек, светоизлучающих диодов, электро- и фотохромных устройств, фотокатализаторов и устройств для хранения водорода.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для изготовления электродных материалов химических источников тока. Устройство для получения частиц сферического графита содержит корпус 2 с загрузочным 1 и вызгрузочным 9 устройствами, а также ротор 4.

Изобретение относится к катализатору совместной гидроочистки смеси растительного и нефтяного углеводородного сырья. Данный катализатор включает в свой состав кобальт, никель, молибден и оксид алюминия, причем он содержит в прокаленном при 550°С состоянии: Мо - 9,0-15,0% мас., Со - 0,5-3,5% мас.

Изобретение относится к устройствам для обработки выхлопных газов. Предложен катализированный сажевый фильтр, содержащий пористую подложку с проточными стенками, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), компонент палладия и компонент платины.

Изобретение относится к устройствам для обработки выхлопных газов. Предложен катализированный сажевый фильтр, содержащий пористую подложку с проточными стенками, катализатор для селективного каталитического восстановления (SCR), компонент палладия и компонент платины.

Изобретение относится к способам приготовления катализатора для процесса гидроочистки прямогонной дизельной фракции. Способ приготовления катализатора NiMo/Аl2О3 для процесса гидроочистки прямогонной дизельной фракции содержит активный компонент, в состав которого входят окислы никеля, молибдена и фосфора, диспергированные на алюмооксидном носителе, способ заключается в пропитке гранул алюмооксидного носителя раствором для пропитки с последующей сушкой, раствор для пропитки готовят последовательным растворением ортофосфорной кислоты, оксида молибдена (VI), гидроксида и/или оксида никеля и диэтиленгликоля в дистиллированной воде.

Изобретение описывает катализатор конверсии синтез-газа, в котором катализатор представляет собой композитный материал, выполненный из многокомпонентных металлсодержащих композитов и неорганических твердых кислот, обладающих иерархической структурой пор, включающей микропоры, мезопоры и макропоры; металлсодержащие композиты диспергированы на поверхностях или в поровых каналах неорганической твердой кислоты; неорганическая твердая кислота выбрана из кислоты на основе кремния-алюминия и кислоты на основе кремния-фосфора-алюминия; металл в многокомпонентном металлсодержащем композите выбран из группы, состоящей из Zn, Pd, Zr, Fe, Mg, K, Cu, Ga, Ge, Ca, Mn, Al, Ce, La, Cr, Co, Ti, Mo, Vo, In и их смесей; содержание многокомпонентных металлсодержащих композитов в катализаторе находится в диапазоне от 10% масс.

Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для жидкофазного гидрирования смесей, содержащих карбонильные и гидроксильные производные ароматических углеводородов.

Изобретение относится к способу приготовления катализатора селективной гидроочистки олефинсодержащего углеводородного сырья. Способ включает пропитку пористого носителя по влагоемкости растворами K2MoS4 и органического комплексоната кобальта, содержащего не менее двух атомов кислорода и не менее двух атомов углерода в органическом растворителе.

Объектом изобретения является катализатор для гидроочистки и/или гидрокрекинга углеводородных фракций, способ его получения и применение. Катализатор содержит подложку на основе оксида алюминия, или оксида кремния, или алюмосиликата, по меньшей мере один элемент группы VIII, по меньшей мере один элемент группы VIB и по меньшей мере одну добавку, выбранную из Γ-валеролактона, 4-гидроксивалериановой кислоты, 2-пентеновой кислоты, 3-пентеновой кислоты или 4-пентеновой кислоты.
Изобретение относится к способам приготовления катализатора, например, для окисления аммиака и углеводородсодержащих газов, и направлено на получение равномерного покрытия поверхности носителя с усиленной адгезией, позволяющего увеличить рабочий ресурс катализатора, повысить производительность производства и снизить его стоимость.
Изобретение относится к способам приготовления катализатора, например, для окисления аммиака и углеводородсодержащих газов, и направлено на получение равномерного покрытия поверхности носителя с усиленной адгезией, позволяющего увеличить рабочий ресурс катализатора, повысить производительность производства и снизить его стоимость.

Изобретение относится к винилпиридиновой смоле для носителя катализатора. Описана винилпиридиновая смола для носителя катализатора карбонилирования метанола, характеризующаяся: уровнем содержания азота, произведенного из пиридиновой группы, в диапазоне от 3,00% (масс.) и более до 8,00% (масс.) и менее; степенью сшивания в диапазоне от 35% (моль.) и более до 70% (моль.) и менее; молярным соотношением C/N между количествами атомов углерода и атомов азота в диапазоне от 12,00 и более до 36,00 и менее; совокупным объемом пор в диапазоне от 0,20 куб.

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции парциального окисления диметоксиметана с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться для питания топливных элементов различного назначения, в том числе и для топливных элементов, установленных на передвижных средствах. Описано применение металлов VIII группы, нанесенных на оксидный носитель ZrO2-СеО2, в качестве катализатора для получения обогащенной по водороду газовой смеси парциальным окислением диметоксиметана кислородом воздуха, причем в состав катализатора входит платина до 5 мас., или рутений до 5 мас., или родий до 3 мас., остальное - ZrO2-СеО2. Технический результат - почти полная конверсия диметоксиметана ДММ в газовую смесь, содержащую около 60 об. синтез газа. 9 пр., 3 табл.

Наверх