3.4 Метан мен пропанның толық тотығу үрдістеріндегі блокты
катализаторларды сынау
Алюминий оксидінің негізінде блокты металл катализаторлар
дайындалды,белсенді каталитикалық фаза ретінде катализатордың жалпы
массасынан 3%-дан 20 %-ға дейінгі мөлшерде никель мен кобальт
қолданылды. Дайындалған блокты металл катализаторлары СО, СН
4
және
C
3
H
8
тотығу реакциясында сыналды.
Катализаторларды зерттеу температурасы 200 °C-тан 500 °C-қа дейінгі
аралықпен 50 °C-қа дейінгі аралықпен өзгеріп отырды. Реакция газ
қоспасының көлемдік жылдамдығы 36000 сағ
-1
кезінде жүргізілді.
34
Көміртегі монооксидінің тотығуы кезінде блоктық катализаторлар
сынағы өткізілді. 100 °С бастап СО толығымен (100%) газ қоспасынан 1,0%
ауамен алынып тасталатыны 5-кестеде көрсетілген.
Кесте 5 – Никель-кобальт катализаторларындағы СО тотығуы (көлемдік
жылдамдығы 25000 сағ
-1
)
Үрдістің
температурасы,
о
С
CO-ның улы газдардағы, ppm
Катализаторға дейін
Катализатордан кейін
25
0,036
0,035
100
0,034
0,00
250
0,030
0,00
300
0,021
0,00
450
0,014
0,00
Газ фазасында каталитикалық өңдеуге дейін 0,014-0,036 ррм болды,
тотығу үрдісінде 100 °С бастап көміртегі оксиді толығымен көмірқышқыл
газына айналады. Айналу дәрежесі 100%.
Катализатордың белсенділігін арттыру үшін белсенді фазаға 0,05-0,2%
мөлшерде палладий және 5% мөлшерде марганец енгізілді. 6-кестеде ауадағы
1% СО тотығу реакциясында Со, Co+Mn, Ni, Ni+Mn конверсиясының 50 және
100% сынақтарының нәтижелері берілген.
Бұл кестеден көрініп тұрғандай, СО-ның өзгеру дәрежесі өнеркәсіп
моторларының құрамынан айтарлықтай өзгереді. СО
2
-ге (T = 95
о
С кезінде
СО
2
-ге 100% тотығу) айналдыру үшін ең тиімді катализатор Co+Mn+Pd-0,2
құрамының
катализаторы
болды.
Катализаторларды
металдармен
промотирлеу
азот
оксидтерін
көмірсутектермен
қалпына
келтіру
реакциясында
катализаторлардың
белсенділігін
айтарлықтай
жоғарылататыны анықталды.
Кесте 6 – 50
о
C (Т
50
) және 100
о
C (Т
100
) температуралары кезінде әр түрлі
блокты катализаторларда ауаның оттегімен 1% конверсиясы
Каталитикалық жүйе
T
50
T
100
Со+Pd-0,05
Со+Pd-0,1
Со+Pd-0,2
130
120
95
150
135
110
Co+Mn+Pd-0,05
Co+Mn +Pd-0,1
Co+Mn+ Pd-0,2
125
115
90
140
120
95
Ni+Pd-0,05
Ni+Pd-0,1
Ni+Pd-0,2
135
130
110
150
135
135
Ni+Mn+Pd-0,05
Ni+Mn +Pd-0,1
Ni+Mn +Pd-0,2
120
110
100
130
115
105
35
7-кестеде ауа қатынасы:пропан 60:20 арқылы пропанның толық тотығу
реакциясында блокты металл катализаторларды сынау нәтижелері берілген.
Белсенді фазаның құрамы 5 %-дан 20 %-ға дейін өзгерді. № 1 Co-Ni
катализаторда (5%) 250-ден 700
о
С-қа дейінгі температураның өзгеруімен
көміртегі диоксидінің шығуы 14,8-ден 37,0 %-ға дейін артады. Белсенді
фазаның құрамының ұлғаюымен СО
2
шығуында айқындалған пропанның
айналу дәрежесі 100%-ға дейін артады және белсенді фазаның 20%
катализаторында көмірқышқыл газының шығуы 300
о
С кезінде 100 %-ға тең.
Демек, катализатордың белсенділігі белсенді металдар құрамының
ұлғаюымен өседі.
СО
2
-ның жоғары шығымы кезінде жоғары температураларда пропанның
толық тотығу үрдісі қарқынды өтеді. Осы блокты металл катализаторлары
метанның толық тотығуы реакциясында 150-300
о
С температура интервалында
сыналды және 9:1 ауа:метан қатынасында. Белсенді фазаның құрамы 5%-дан
20%-ға дейін өзгерді. 8-кестеде блоктық металл катализаторларды ауамен
қоспадағы метанның толық тотығу реакциясында сынау нәтижелері берілген.
№1 Co-Ni катализаторында (5%) реакция осы температуралық
интервалда мүлдем болмайды, катализаторда 10%-дан бастап реакция тек
200°С кезінде ғана басталады, 300°С кезінде СО
2
максималды шығуы 38 %-ға
тең. Белсенді фазаның құрамының ұлғаюымен, СО
2
шығуында айқындалған
метанның айналу дәрежесі 99,8 %-ға дейін артады. Және белсенді фазаның
20% катализаторында көмірқышқыл газының шығуы 300°С кезінде 100 %-ға
тең. Метан үшін, сондай-ақ, пропан үшін катализатордың белсенділігі
белсенді металдардың құрамының ұлғаюымен өседі.
Кесте 7 – 250-500
о
С температура аралығында әртүрлі катализаторларда
пропанның толық тотығуы
Катализатор
Ауа қатынасы: пропан
Температура,
о
С
Шығыс СО
2
№ 1
Co-Ni (5%)
60 :20
60 :20
60 :20
60:20
60:20
250
300
350
400
500
14,8 %
15,8 %
21,2 %
34,0 %
37,0 %
№ 2
Co-Ni (10%)
60 :20
60 :20
60 :20
60 :20
200
250
300
350
20,0 %
48,0%
49,0%
76,0 %
№ 3
Co-Ni (15%)
60 :20
60 :20
60 :20
60 :20
200
250
300
350
28,0 %
63,0%
74,0%
89,0 %
№ 4
Co-Ni (20%)
60 :20
60 :20
60 :20
60 :20
200
250
300
350
34,0 %
78,0%
84,0%
100,0 %
36
СО
2
-ның жоғары шығымы кезінде жоғары температураларда пропанның
толық тотығу үрдісі қарқынды өтеді.
Осы блокты металл катализаторлары метанның толық тотығуы
реакциясында 150-300
о
С температура интервалында сыналды және 9:1
ауа:метан қатынасында. Белсенді фазаның құрамы 5%-дан 20%-ға дейін
өзгерді. 8-кестеде блоктық металл катализаторларды ауамен қоспадағы
метанның толық тотығу реакциясында сынау нәтижелері берілген.
№1 Co-Ni катализаторында (5%) реакция осы температуралық
интервалда мүлдем болмайды, катализаторда 10%-дан бастап реакция тек
200
о
С кезінде ғана басталады, 300
о
С кезінде СО
2
максималды шығуы 38%-ға
тең. Белсенді фазаның құрамының ұлғаюымен, СО
2
шығуында айқындалған
метанның айналу дәрежесі 99,8%-ға дейін артады. Және белсенді фазаның
20% катализаторында көмірқышқыл газының шығуы 300
о
С кезінде 100%-ға
тең. Метан үшін, сондай-ақ, пропан үшін катализатордың белсенділігі
белсенді металдардың құрамының ұлғаюымен өседі.
Метанның толық тотығуы үшін пропанның толық тотығуы секілді,
сондай-ақ Co-Ni (20%) құрамының катализаторы да белсенді болып табылады,
150
о
С температурасының 300
о
С-қа дейін өсуімен СО
2
шығымы 99,8%-ға дейін
артады.
Метанның толық тотығу үрдісінің оңтайлы температурасы 300
о
С-қа тең
температура болып табылады. Осы температурада барлық катализаторларда
ең жоғары шығулары байқалады.
Кесте 8 – 150-300
о
С температуралар аралығында әртүрлі
катализаторларда метанның толық тотығуы
Катализатордың
номері
Ауа
қатынасы:метан
Температура,
о
С
Шығыс СО
2
№ 1
Co-Ni
9:1
9:1
9:1
9:1
150
200
250
300
Катализатор белсенді
емес
№ 2
Co-Ni (10%)
9:1
9:1
9:1
9:1
150
200
250
300
Реакция жүрмейді
25,1 %
35,3 %
38,0 %
№ 3
Co-Ni (15%)
9:1
9:1
9:1
9:1
150
200
250
300
25,0 %
52,9 %
70,0 %
88,7 %
№ 4
Co-Ni (20%)
9:1
9:1
9:1
9:1
150
200
250
300
33,1 %
52,7 %
81,2 %
99,8 %
37
Катализаторлардың
белсенділігі
200-ден
600
о
С-қа
дейінгі
температуралық интервалда анықталды. Катализатор белсенділігінің
сипаттамасы (
) CO, келесі теңдеумен (14) анықталады:
= С
баст
-С
соң
С
баст
100 % (14)
Мұндағы, С
баст
және С
соң
-сынама көлеміндегі реагенттің бастапқы және
соңғы концентрациясы (мысалы, пропан немесе көміртегі тотығы)
көрсетілген.
Талдау нәтижелері синтезделген катализаторларды пайдалану, CO
құрамын 97%-дан (25
о
С -та) 0%-ға дейін, CH
x
92%-дан (25
о
С-та) 4%-ға дейін
(300
о
С-та) төмендететінін көрсетеді.
Достарыңызбен бөлісу: |