| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2286210
Біфункціонального КАТАЛІЗАТОР І СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ збагачення ПО ВОДНЮ ГАЗОВОЇ СУМІШІ ІЗ диметилового ефіру
Ім'я винахідника: Сухе (RU); Волкова Галина Георгіївна (RU); Бєляєв Володимир Дмитрович (RU); Плясова Людмила Михайлівна (RU); Собянін Володимир Олександрович
Ім'я патентовласника: Інститут каталізу ім. Г.К. Борескова Сибірського відділення Російської академії наук
Адреса для листування: 630090, Новосибірськ, пр. Акад. Лаврентьєва, 5, Інститут каталізу ім. Г.К. Борескова, патентний відділ, Т.Д. Юдіної
Дата початку дії патенту: 2005.10.17
Винахід відноситься до каталітичного способу здійснення реакції парової конверсії диметилового ефіру (ДМЕ) з метою отримання збагаченої за воднем газової суміші, яка може використовуватися в водневій енергетиці, зокрема, в якості палива для харчування паливних елементів різного призначення. Описано біфункціональний каталізатор парової конверсії диметилового ефіру, що містить кислотні центри для гідратації ДМЕ в метанол і медьсодержащие центри для парової конверсії метанолу, що представляє собою мідно-церієву оксид, нанесений на оксид алюмінію. Описано і спосіб отримання збагаченої за воднем газової суміші взаємодією ДМЕ і водяної пари при температурі 200-400 ° С, тиску 1-100 атм, мольному співвідношенні Н 2 О / ДМЕ, рівному 2-10, в присутності описаного вище каталізатора. Технічний результат - висока продуктивність за воднем, отримання водородсодержащего газу з низьким вмістом оксиду вуглецю при співвідношенні водяна пара / ДМЕ, рівному стехиометрическому (Н 2 O / ДМЕ = 3), що має важливе технологічне значення.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до каталітичного способу здійснення реакції парової конверсії диметилового ефіру (ДМЕ) з метою отримання збагаченої за воднем газової суміші, яка може використовуватися в водневій енергетиці, зокрема, в якості палива для харчування паливних елементів різного призначення, в тому числі і для паливних елементів , встановлених на пересувних засобах.
В даний час паливні елементи розглядаються як альтернативний і екологічно чисте джерело електричної енергії. Водень або збагачена за воднем газова суміш є основним паливом для харчування паливних елементів і можуть бути отримані за допомогою парової конверсії природного газу, бензину, метанолу і ДМЕ. Незважаючи на розвинену інфраструктуру і відносно низьку ціну природного газу і бензину, вони конвертуються при високій температурі (вище 600 ° С для природного газу і вище 800 ° С для бензину), і отриманий водородсодержащий газ містить велику кількість оксиду вуглецю. Диметиловий ефір так само, як і метанол, може легко і селективно конвертуватися в водородсодержащий газ при відносно низькій температурі (150-300 ° С). При цьому ДМЕ корозійно інертний і нетоксичний в порівнянні з метанолом.
Відомо, що диметиловий ефір так само, як і метанол, може бути отриманий прямим синтезом з синтез-газу (FSRamos, AMDuarte de Farias, LEPBorges, JLMonteiro, MAFraga, EFSousa-Aguiar, LGAppel, Role of dehydration catalyst acid properties on one-step DME synthesis over physical mixtures, Catalysis Today 101 (2005) 39-44, Т.Н. Fleisch, A. Basu, MJ Gradassi, JG Masin, Dimethyl ether: A fuel for the 21 st century. Studies Surface Science and Catalysis, vol . 107 (1997) p.117-125), причому прямої синтез диметилового ефіру може бути більш вигідний, ніж синтез метанолу (Т.Shikada, Y.Ohno, Т.Ogawa, M.Ono, M.Mizuguchi, К.Tomura, К.Fujimoto, Direct Synthesis of Dimethyl Ether from synthesis Gas, Studies Surface Science and Catalysis, vol. 119 (1998) p.515-520).
З огляду на це, а й те, що фізико-хімічні властивості ДМЕ аналогічні властивостям зрідженого нафтового газу (I.Dybjaer, JBHansen, Large Scale Production of Alternative Synthesis Fuel from Natural Gas, Studies Surface Science and Catalysis, vol.107 (1997) р. 99-118) процес парової конверсії ДМЕ з метою отримання водню для харчування паливного елемента є серйозною альтернативою процесу парової конверсії метанолу.
Відомо, що реакція парової конверсії ДМЕ може протікати послідовно по двухстадийной схемою через гидратацию ДМЕ в метанол (1) і парову конверсію утворив метанолу в водородсодержащий газ (2):
СН 3 ОСН 3 + Н 2 О = 2СН 3 ОН (1)
СН 3 ОН + H 2 O = СО 2 + 3Н 2 (2)
Сумарна реакція:
СН 3 ОСН 3 + 3Н 3 О = 2СО 2 + 6Н 2 (3)
Для здійснення парової конверсії ДМЕ відомі два типи каталізаторів: механічна суміш каталізатора гідратації ДМЕ і медьсодержащего каталізатора парової конверсії метанолу та біфункціональний каталізатор, що містить на поверхні кислотні центри для гідратації ДМЕ і медьсодержащие центри для парової конверсії метанолу.
Відомі такі системи, що представляють собою механічну суміш каталізатора гідратації ДМЕ і медьсодержащего каталізатора парової конверсії метанолу. У роботі (Пат. РФ 2165790, B 01 J 23/85, 27.4.2001) використовують механічну суміш нанесеною гетерополікислот і медьсодержащие каталізатори синтезу метанолу. У роботі (Matsumoto Т., Nishiguchi Т., Kanai H., Utani К., Matsumura Y., Imamura S., Steam reforming of dimethyl ether over H-mordenite-Cu / CeO 2 catalysts, Applied Catalysis A: General 276 ( 2004) 267-273) використовують механічну суміш мідно-церієву каталізатора і морденіта. Недоліком використання каталізатора, що представляє механічну суміш, є його розшарування на каталізатори гідратації ДМЕ і парової конверсії метанолу під впливом вібрації і, як наслідок, падіння активності каталізатора.
Найбільш близькими до заявляється катализаторам є біфункціональні каталізатори, які містять на поверхні обидва типи центрів: кислотні центри для гідратації ДМЕ і медьсодержащие центри для парової конверсії метанолу.
Як біфункціональних каталізаторів відомі Cu / Al 2 О 3, Cu-Zn / Al 2 О 3, Cu-Pd / Al 2 О 3, Cu-Ru / Al 2 О 3, Cu-Pt / Al 2 О 3, Cu- Rh / Al 2 О 3, Cu-Au / Al 2 О 3, Cu / Ga 8 Al 2 О 15 (Т.Mathew, Y.Yamada, A.Ueda, H.Shioyama, T.Kobayashi, Appl. Catal. A : Gen. 286 (2005) 11, Takeishi K. "Suzuki H., Steam Reforming of Dimethyl Ether, Applied Catalysis A: General 260 (2004) 111; JP 2002263504 A2, 17.09.2002); Cu-Zn / Al 2 О 3 (JP 2003038957 A2, 12.02.2003). Реакцію здійснюють при температурі 350 ° С, тиску 1 атм. Недоліком є невисока продуктивність за воднем, яка не перевищує 65 ммоль г -1 ч -1.
Винахід вирішує задачу розробки каталізатора, що володіє високою каталітичної активністю, селективністю і стабільністю щодо парової конверсії диметилового ефіру (ДМЕ), а й розробки високопродуктивного процесу отримання з ДМЕ газової суміші, збагаченої за воднем, з використанням цього каталізатора.
Завдання вирішується розробкою нової каталітичної системи для отримання збагаченої за воднем газової суміші взаємодією диметилового ефіру та парів води, що представляє собою біфункціональний каталізатор, що містить кислотні центри для гідратації ДМЕ і медьсодержащие центри для парової конверсії метанолу.
Запропоновано каталізатор для отримання збагаченої за воднем газової суміші взаємодією диметилового ефіру та парів води, що представляє собою біфункціональний каталізатор, що містить на поверхні центри гідратації диметилового ефіру та парової конверсії метанолу, що містить мідно-церієву оксид, нанесений на оксид алюмінію.
Каталізатор містить мідно-церієву оксид в кількості 1-20 мас.%, Решта - оксид алюмінію.
Вагове співвідношення Cu: Се в мідно-церієву оксиді становить 1: 1-4: 1.
Завдання і вирішується розробкою способу отримання збагаченої за воднем газової суміші взаємодією диметилового ефіру та водяної пари в присутності біфункціонального каталізатора, що представляє собою мідно-церієву оксид, нанесений на оксид алюмінію.
Реакцію здійснюють при температурі 200-400 ° С, переважно 300-370 ° С, тиску 1-100 атм, переважно 1 атм, і мольному відношенні вода / диметиловий ефір Н 2 О / ДМЕ, рівному 2-10, переважно 3.
Відмітною ознакою запропонованої біфункціонального каталітичної системи є те, що в якості активного компонента парової конверсії метанолу використовується мідно-церієву системи, нанесені на носій - оксид алюмінію. Крім того, використовуваний в якості носія оксид алюмінію, є каталізатором для гідратації ДМЕ.
Відмітною ознакою пропонованого способу отримання збагаченої за воднем газової суміші шляхом взаємодії диметилового ефіру та водяної пари є використання вищеописаного біфункціонального каталізатора.
Біфункціональні каталізатори готують методом нанесення шляхом обробки оксиду алюмінію в розчині азотнокислим солей міді і церію, взятих в необхідному співвідношенні, з подальшою сушкою і прогартовує на повітрі при температурі 400-450 ° С.
Пропонований винахід ілюструється такими прикладами, що описують склад каталізаторів і результати їх випробувань в реакції парової конверсії диметилового ефіру.
Приклад 1.
Парову конверсію диметилового ефіру здійснюють в установці проточного типу в кварцовому реакторі з внутрішнім діаметром 8 мм на навішуванні каталізатора 0,4 г при співвідношенні Н 2 О: ДМЕ = 3: 1, часу контакту 10000 ч -1, 350 ° С і 1 атм. Склад оксидного каталізатора в перерахунку на метали становить, мас.%: Міді - 4, церію - 4, решта - алюміній. Отримані результати наведені в таблицях 1 і 6.
Приклад 1а. Аналогічно прикладу 1, але реакцію проводять при температурі 300 ° С, результати наведені в таблиці 1.
Приклад 1б. Аналогічно прикладу 1, але реакцію проводять при температурі 370 ° С, результати наведені в таблиці 1.
Приклад 2.
Аналогічно прикладу 1, але зміст міді становить 8 мас.%, Отримані результати наведені в таблицях 2 і 6.
Приклад 2а. Аналогічно прикладу 2, але реакцію проводять при температурі 300 ° С, результати наведені в таблиці 2.
Приклад 2б. Аналогічно прикладу 2, але реакцію проводять при температурі 370 ° С, результати наведені в таблиці 2.
Приклад 3.
Аналогічно прикладу 1, але зміст міді становить 12 мас.%, Отримані результати наведені в таблицях 3 і 6.
Приклад 3а. Аналогічно прикладу 3, але реакцію проводять при температурі 300 ° С, результати наведені в таблиці 3.
Приклад 3б. Аналогічно прикладу 3, але реакцію проводять при температурі 370 ° С, результати наведені в таблиці 3.
Приклад 4.
Аналогічно прикладу 2, але зміст церію становить 2 мас.%, Отримані результати наведені в таблицях 4 і 6.
Приклад 4а. Аналогічно прикладу 4, але реакцію проводять при температурі 300 ° С, результати наведені в таблиці 4.
Приклад 4б. Аналогічно прикладу 4, але реакцію проводять при температурі 370 ° С, результати наведені в таблиці 4.
Приклад 5.
Аналогічно прикладу 1, але зміст міді становить 6%, церію становить 6%. Отримані результати наведені в таблицях 5 і 6.
Приклад 5а. Аналогічно прикладу 5, але реакцію проводять при температурі 300 ° С, результати наведені в таблиці 5.
Приклад 5б. Аналогічно прикладу 5, але реакцію проводять при температурі 370 ° С, результати наведені в таблиці 5.
Наведені приклади демонструють високу активність, селективність і стабільність роботи пропонованих каталізаторів в процесі парової конверсії диметилового ефіру в газову суміш, збагачену за воднем.
Використання пропонованих каталізаторів дозволяє збільшити продуктивність за воднем в 8-10 разів у порівнянні з відомим і отримати водородсодержащий газ з низьким вмістом оксиду вуглецю при співвідношенні водяна пара / ДМЕ, рівному стехиометрическому (Н 2 О / ДМЕ = 3), що має важливе технологічне значення .
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. біфункціонального каталізатор для отримання збагаченої за воднем газової суміші взаємодією диметилового ефіру та парів води, що містить на своїй поверхні центри гідратації диметилового ефіру та парової конверсії метанолу і включає до свого складу оксид міді, нанесений на оксид алюмінію, який відрізняється тим, що каталізатор містить мідно -церіевий оксид, нанесений на оксид алюмінію.
2. Каталізатор по п.1, що відрізняється тим, що зміст мідно-церієву оксиду становить 1-20 мас.%, Решта оксид алюмінію.
3. Каталізатор за допомогою одного з пп.1 і 2, що відрізняється тим, що вагове співвідношення міді до церію в мідно-церієву оксиді дорівнює 1: 1-4: 1.
4. Спосіб отримання збагаченої за воднем газової суміші взаємодією диметилового ефіру та парів води в присутності біфункціонального каталізатора, що містить на поверхні центри гідратації ДМЕ і парової конверсії метанолу і включає до свого складу оксид міді, нанесений на оксид алюмінію, який відрізняється тим, що в якості каталізатора використовують мідно-церієву оксид, нанесений на оксид алюмінію.
5. Спосіб за п.4, що відрізняється тим, що реакцію здійснюють при температурі 200-400 ° С, переважно 300-370 ° С, тиску 1-100 атм, переважно 1 атм, і мольному відношенні вода / диметиловий ефір, рівному 2 10, переважно, 3.
Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.