CC BY
18
Щ SCIENCE TIME Щ
(jj II < 5л ' 1-1Ф -1 щг 1 - 4_W JT |Г1 1 r^g) ПОЛУЧЕНИЕ СИНТЕЗ-ГАЗА ГИДРОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИЕЙ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА Бубен Екатерина Олеговна, Научный руководитель: Александрова Ирина Владимировна, Тобольский индустриальный институт (филиал Тюменского индустриального университета), г. Тобольск E-mail: ya.katerina-b2014@ya. ru
Аннотация. В статье приведены результаты экспериментальных исследований по испытаниям катализаторов превращения диоксида углерода в синтез-газ селективным гидрированием. Описаны катализаторы и условия превращения диоксида углерода в синтез-газ в присутствии водорода при атмосферном давлении и температурах до 400°С.
Ключевые слова: углекислый газ, конверсия, катализаторы, синтез -
газ.
Введение
Синтез-газ — смесь газов, главными компонентами которой являются СО и Н2; используется для синтеза разных химических соединений. Термин "Синтез -газ" исторически связан с Фишера-Тропша синтезом (1923), когда исходный для него газ получали газификацией кокса или полукокса [1]. В настоящее время актуальной остается также проблема утилизации диоксида углерода, который в больших количествах выбрасывается в атмосферу в виде дымовых газов ТЭЦ. Выделение диоксида углерода из дымовых газов налажено на некоторых отечественных заводах, например, в г. Балашиха.
В работе описывается способ получения синтез-газа из диоксида углерода, не требующий значительных энергетических затрат на производство синтез-газа для дальнейшего использования синтез газа в нефтехимическам синтезе в качестве дешевого сырья.
Известен способ получения синтез-газа высокотемпературной термической обработкой смеси, содержащей один или несколько углеводородов и соединение с одним или несколькими атомами кислорода и дальнейшим охлаждением
| SCIENCE TIME |
полученного синтез-газа [2].
Недостатком известного способа является применение высоких температур 1420-1800°С, применение теплоносителя, что предполагает большие энергетические и капитальные затраты и использование аппаратов из высоколегированных дорогих сталей. Кроме того, недостатком способа является использование углеводородного сырья (метансодержашего газа).
Следует отметить также, что при температурах выше 1000°С может протекать термическое разложение молекул углеводородов, в частности метана, на водород и углерод. Образовавшийся водород способен каталитически восстанавливать диоксид углерода на различных катализаторах до оксида углерода и далее до метана.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения синтез-газа конверсией парогазовой смеси, содержащей диоксид углерода и водяной пар в соотношении (1,0-2,3):1 в электролизере с твердым оксидным электролитом при 1120-1220 К.
Согласно данному способу, превращение диоксида углерода в синтез-газ осуществляется за счет электрохимического восстановления водородом, полученным высокотемпературным электролизом водяного пара на катоде [2].
Недостатками данного способа являются использование высоких температур, приводящих к повышенным энергетическим затратам, и сложность технологии, совмещающей процесс мембранного выделения углекислого газа из дымовых газов с последующим высокотемпературным электролизом с использованием теплоносителя.
Цель исследования - испытания по подбору катализаторов непосредственного превращения СО2 в синтез-газ в присутствии водорода.
Результаты исследования и их обсуждение
Для упрощения и усовершенствования способа получения синтез-газа конверсией диоксида углерода было проведено лабораторное исследование с испытанием различных катализаторов. Испытанию подвергались катализаторы, полученные методом пропитки носителей солями (в основном азотнокислыми) металлов: 7п, Со, Fe, М и Се. В результате исследования установлено, что наилучшие результаты были получены на катализаторе у-оксиде алюминия, содержащим 0,8-8,0% церия, при температурах до 350°С и атмосферном давлении.
I
SCIENCE TIME
I
Рис. 1 Лабораторная установка каталитической конверсии СО2: 1 - баллон
с углекислотой, 2 - генератор водорода, 3,4 - ротаметры, 5 - реактор, 6 - холодильник-конденсатор, 7 - приемник продуктов синтеза, 8 - газовый счетчик ГСБ, 9 - регистратор температуры КСП-4, 10 - регулятор напряжения
Углекислый газ из баллона 1 через вентиль тонкой регулировки, пройдя ротаметр 4, смешивался с водородом, и вся смесь подавалась снизу в металлический обогреваемый реактор 5 объемом 100 см , заполненный катализатором. Температура в центре каталитической зоны замерялась термопарой. Продукты реакции (жидкая фаза) после охлаждения и конденсации в холодильнике 6 собиралась в приемнике 7. Объем газовой фазы на выходе регистрировался газовым счетчиком барабанного типа ГСБ-400.
Рис. 2 Зависимость конверсии углекислого газа от температуры на гетерогенных катализаторах при мольном отношении Н2:СО2 = 3:1
| SCIENCE TIME |
Таблица1
Конверсия СО2 на Се-катализаторе
№ опыта Т,оС Состав газа, % об. Конверсия СО2, % об.
СО СО2
1. 100 8,1 91,9 8,1
2. 115 11,6 88,4 11,6
3. 160 16,7 83,3 16,7
4. 200 26,8 73,2 26,8
5. 250 55,9 44,1 55,9
6. 260 71,0 29,0 71,0
7. 270 76,3 23,7 76,3
8. 290 77,9 29,1 77,9
9. 300 84,1 15,8 84,1
10. 340 89,1 10,9 89,1
11. 350 99,9 0,1 99,9
12. 360 100,0 0,0 100,0
13. 370 100,0 0,0 100,0
Катализатор не требует предварительного восстановления, а разрабатывается в процессе подъема температуры. Оптимальный температурный режим 300-370°С. В этих условиях достигается 85-100% конверсия СО2 при такой же селективности по СО. Продукт - синтез-газ с мольным соотношением Н2:СО = (3-2):1.
Данный способ позволяет упростить технологии процесса, снизить энергетические затраты и достигнуть полного превращения диоксида углерода в синтез-газ при невысоких температурах без использования дополнительного количества углеводородного сырья и водяного пара.
Литература:
1. Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. Под ред. И.Л. Кнунянца. 1988.
2. FindPatent.ru - патентный поиск, 2012-2017 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.findpatent.ru/patent/253/2537627.html
