| 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 RU2284962
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ВОДНЮ І волокнистих ВУГЛЕЦЮ
Ім'я винахідника: Зброярів Олександр Іванович (RU); Семенова Ольга Миколаївна (RU); Лихолобов Володимир Олександрович (RU); Аншіц Олександр Георгійович (RU); Борбат Володимир Федорович (RU)
Ім'я патентовласника: Інститут проблем переробки вуглеводнів Сибірського відділення Російської академії наук (ІППУ СО РАН) (RU)
Адреса для листування: 644018, г.Омск, вул. 5-я Кордна, 29, ІППУ СО РАН, патентна служба
Дата початку дії патенту: 2004.12.20
Винахід відноситься до каталітичних процесів отримання водню і вуглецю з углеводородсодержащих газів. Спосіб отримання водню і волокнистого вуглецю включає розкладання углеводородсодержащих газу при підвищеній температурі і тиску 1-40 ат на каталізаторі, в якості якого використовують відновлений феромагнітний термостабілізовані продукт, виділений шляхом магнітної сепарації з золи від спалювання кам'яного вугілля на теплоелектростанціях. Цей продукт являє собою структуру шпінельної типу, що складається на 18-90% з оксидів заліза і інше - оксиди алюмінію, магнію, титану та кремнію. Перед використанням його попередньо піддають гідродинамічної і гранулометричний класифікації. Результат винаходу: зниження собівартості отримання цільових продуктів за рахунок істотного здешевлення каталізатора і можливість його багаторазового використання після регенерації, яка не погіршує властивості початкового продукту.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до каталітичних процесів отримання водню і вуглецю з углеводородсодержащих газів. Водень після його виділення з суміші газів може бути використаний в якості відновника в різних виробництвах хімічної, металургійної та інших галузей промисловості, а й в якості реагенту для паливних елементів транспортних засобів і автономних джерел електричної енергії. Отриманий вуглецевий матеріал в силу своїх феромагнітних властивостей може бути використаний в якості посилюючого наповнювача для отримання графітірованних пігментів, наповнювачів каучукових матеріалів, пластмас, феромагнітних матеріалів. Крім того, що утворюється в результаті піролізу вуглець може знайти широке застосування в будівельній індустрії як добавка до асфальтовим композиціям, бетонів, кераміці, а й як неорганічних добавок при рекультивації грунтів.
Відома велика кількість способів отримання водню і вуглецю пиролизом газоподібних вуглеводнів з використанням різного роду каталізаторів:
1. Розпад метану в присутності нанесених на SiO 2 з'єднань нікелю при температурі 630 ° С.
2. Розкладання метану в присутності каталізаторів з різним вмістом заліза, нанесених на оксиди алюмінію або кремнію (Fe / Al 2 О 3 або Fe / SiO 2), і добавками Зі при температурах 600-675 ° С. (LBAvdeeva et al. Iron-containing catalyst of methane decomposition: accumulation of filamentous carbon. Appl. Catal. A: General. 2002. 228, р.53-63.)
3. Розпад метану на поверхні Fe / SiO 2 каталізатора з різним вмістом SiO 2 при температурах 650-800 ° С. (MAErmakova et. Al. Decomposition of methane over iron catalysts at the range of moderate temperatures. J. Catal. 2001. 201. №2, 183-197.)
Недоліками цих способів отримання вуглецю і водню є дорожнеча використовуваних каталізаторів і неможливість їх повторного використання внаслідок руйнування каталізаторів при спробі їх регенерації.
Найбільш близьким до заявляється винаходу є спосіб отримання вуглецю і водню, що включає розкладання метану при температурі 651-800 ° С на каталізаторі, що представляє собою суміш оксидів нікелю, міді, заліза і гідроксиду алюмінію, відновлену воднем при нагріванні до 651-800 ° С, при наступному співвідношенні компонентів в каталізаторі, мас.%:
(Патент РФ №2116829 по кл. У 01 J 23/755, 23/72, 23/745, опубл. В бюл. №22, 1998 г.).
Очевидним недоліком даного способу отримання вуглецю і водню є дорожнеча використовуваного каталізатора, обумовлена високим вмістом дорогого нікелю. Крім того, застосування процесів каталітичного розкладання вуглеводнів для одержання водню диктує необхідність регенерації каталізатора з метою його багаторазового використання. Всі раніше використані в процесі отримання вуглецю і водню каталізатори проявили низьку хімічну і механічну стійкість в процесі регенерації шляхом газифікації вуглецю. Практично всі відомі для даного процесу каталізатори необоротно дезактивируются або витримують не більше 3-4 циклів регенерації. Причиною цього факту є властивості і характеристики металевих частинок каталізатора і спосіб його приготування. При піролізі вуглеводнів массоперенос атомів вуглецю відбувається внаслідок їх дифузії через масу металевих частинок від місця освіти до центрів кристалізації. Цей процес призводить до порушення цілісності каталізаторів, отриманих методами співосадження або просочення.
Метою даного винаходу є зниження собівартості отримання цільових продуктів за рахунок істотного здешевлення каталізатора і можливості його багаторазового використання після регенерації, яка не погіршує властивості початкового продукту.
Пропонований спосіб отримання водню і волокнистого вуглецю включає розкладання углеводородсодержащих газу при підвищеній температурі і тиску 1-40 ат на каталізаторі. В якості каталізатора використовують відновлений феромагнітний термостабілізовані продукт, виділений шляхом магнітної сепарації з золи від кам'яного вугілля на теплоелектростанціях, який представляє собою структуру шпінельної типу, що складається на 18-90% з оксидів заліза і інше - оксиди алюмінію, магнію, титану та кремнію. Цей продукт може бути попередньо підданий гідродинамічної і гранулометричний класифікації.
Відмінними ознаками пропонованого винаходу є ведення процесу розкладання вуглеводнів під тиском 1-40 ат і використання в якості каталізатора відновленого феромагнітного термостабілізованого продукту, виділеного шляхом магнітної сепарації золи від кам'яного вугілля на теплоелектростанціях. Цей продукт являє собою структуру шпінельної типу, що складається на 18-90% з оксидів заліза і оксидів алюмінію, магнію, титану та кремнію, а й ведення процесу при підвищеній температурі і тиску 1-40 ат.
Іншою відмітною ознакою є попередня гідродинамічна і гранулометрична класифікація феромагнітного термостабілізованого продукту.
Таким чином, пропонована сукупність істотних ознак дозволить знизити собівартість цільових продуктів за рахунок здешевлення каталізатора і отримати можливість його багаторазового використання після регенерації, яка не погіршує властивості початкового продукту.
Слід зауважити, що всі використовувані в процесі розкладання вуглеводневої сировини на водень і вуглець каталізатори є синтетичними. Вони отримані або методом співосадження різних компонентів, або шляхом просочення солями активних компонентів (Fe, Cu, Ni і т.д.) носія каталізатора - силікагель, оксид алюмінію. Пропонований за заявкою матеріал утворюється в результаті високотемпературних термохімічних перетворень мінеральної частини твердого викопного палива при спалюванні на теплових електростанціях. Утворені частки можуть бути виділені і використані в різних галузях промисловості. Різновидом цих частинок, що проявляють феромагнітні властивості, є стеклокристаллические мікросфери на основі Fe - шпінелідов на основі SiO 2 і / або Al 2 О 3. Термообробка таких систем при спалюванні кам'яного вугілля (1200-1600 ° С) сприяє міцному закріпленню активних компонентів в матриці носія і особливо стабільності роботи каталізатора в режимі "синтез водню - регенерація". Технологія виділення магнітних мікросфер заснована на комбінації процесів магнітної сепарації, гідродинамічної і гранулометричний класифікації дисперсних енергетичних зол. В результаті отримують феромагнітну термостабілізованого структуру шпінельної типу, що складається на 18-90% з оксидів заліза і оксидів алюмінію, магнію, титану та кремнію.
СУТНІСТЬ ВИНАХОДИ ілюструє наступний приклад
Приклад 1 (по прототипу)
Каталізатор, що складається з 72 мас.% NiO, 11 мас.% CuO, 11 мас.% Al (ОН) 3 і 6 мас.% Fe 2 О 3, отриманий 30-хвилинної механохимической активацією в планетарної відцентрової млині, в кількості 0, 0033 г завантажують в проточний реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 30-35 хв в потоці водню 20 л / год до температури 651 ° с. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 651 ° С протягом 4 год і витраті метану 3 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становив 5433 мас.% По відношенню до ваги відновленого каталізатора. Регенерація каталізатора шляхом газифікації вуглецю при температурі 800 ° С призводить до його руйнування і неможливості подальшого використання.
Приклад 2 (по прототипу)
Каталізатор, що складається з 72 мас.% NiO, 11,5 мас.% CuO, 11,5 мас.% Al (ОН) 3 і 4 мас.% Fe 2 O 3, отриманий 30-хвилинної механохимической активацією в планетарної відцентрової млині, в кількості 0,0034 г завантажують в проточний реактор з вагами Мак-Бена, нагрівають протягом 30-35 хв в потоці водню 20 л / год до температури 800 ° с. Потім водень замінюють на метан і проводять реакцію розкладання при 800 ° С протягом 3 год і витраті метану 3 л / год. Приріст каталізатора за рахунок вуглецю становив 423 мас.% По відношенню до ваги відновленого каталізатора. Регенерувати каталізатор і не вдалося.
Приклад 3 (по пропонованого винаходу)
Золу від спалювання кам'яного вугілля піддають сепарації в магнітному полі. Отриманий феромагнітний термостабілізовані продукт, який містить 18,3 мас.% Fe 2 O 3, 26,0 мас.% Al 2 О 3, 53,0 мас.% SiO 2, 1,6 мас.% 1,6 MgO і 1 , 1 мас.% TiO 2, піддають механохимической активації в планетарної відцентрової млині. Після цього отриманий матеріал піддають дії вертикального водяного потоку при підвищених швидкостях руху води. За рахунок цього відбувається поділ матеріалу за питомою вагою частинок. Важку фракцію сушать і виділяють на ситі частки розміром 50 мкм. Далі цю фракцію продукту в кількості 0,1 г завантажують в проточний реактор киплячого шару і нагрівають до температури 650 ° С. При температурі 650 ° С і тиску 1,0 ати проводять його відновлення в струмі водню. Потім водень замінюють на углеводородсодержащих газ (природний газ) і проводять реакцію його розкладання при температурі 650 ° С, тиску 1,0 ати протягом 15 годин. Газ подають з розрахунку 45 л на 1,0 г каталізатора. В результаті реакції приріст ваги каталізатора за рахунок утворення вуглецю становить 350 мас.% По відношенню до його ваги, концентрація отриманого водню 2 об.%. Використаний каталізатор з відкласти на ньому волокнистих вуглецем виводять з процесу і використовують за призначенням. Крім того, його можна піддати термообробці при температурі 800 ° С протягом 5 годин з метою газифікації вуглецю та регенерації каталізатора. Регенерований каталізатор повторно завантажують в проточний реактор і ведуть процес в описаному вище порядку.
приклад 4
Аналогічний приклад 3, відрізняється тільки тиском процесу розкладання природного газу 40 ат. Приріст ваги каталізатора за рахунок утворення вуглецю становив 680 мас.%, Середня концентрація отриманого водню 4 об.%.
приклад 5
Аналогічний приклад 3, відрізняється тільки складом каталізатора 69,8 мас.% Fe 2 О 3, 8,2 мас.% Al 2 О 3, 20,8 мас.% SiO 2, 0,6 мас.% MgO і 0,6 мас.% TiO 2. Приріст ваги каталізатора за рахунок утворення вуглецю становив 650 мас.%, Середня концентрація водню 3,8 об.%.
приклад 6
Аналогічний приклад 3, відрізняється тільки температурою процесу розкладання природного газу 800 ° С. Приріст ваги каталізатора за рахунок утворення вуглецю становив 340 мас.%, Середня концентрація отриманого водню 2 об.%.
Таким чином, аналіз наведених вище прикладів показує, що при використанні запропонованого винаходу знижується собівартість отримання цільових продуктів за рахунок істотного здешевлення каталізатора в зв'язку з використанням в якості сировини для його виробництва техногенних відходів. Можливість його багаторазового використання після регенерації, яка не погіршує властивості початкового продукту, і підвищує економічні показники процесу. При цьому вихід цільових продуктів за один цикл до регенерації каталізатора залишається на рівні прототипу або злегка збільшується.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб отримання водню і волокнистого вуглецю шляхом розкладання при підвищеній температурі углеводородсодержащих газу на каталізаторі, що включає відновлені воднем оксиди заліза і з'єднання алюмінію, який відрізняється тим, що процес розкладання ведуть при тиску 1-40 атм, а в якості каталізатора використовують відновлений феромагнітний термостабілізовані продукт , виділений шляхом магнітної сепарації золи від спалювання кам'яного вугілля на теплоелектростанціях і представляє собою структуру шпінельної типу, що складається на 18-90% з оксидів заліза і оксидів алюмінію, магнію і кремнію - інше.
2. Спосіб отримання водню і волокнистого вуглецю по п.1, що відрізняється тим, що феромагнітний термостабілізовані продукт попередньо піддають гідродинамічної і гранулометричний класифікації.
Версія для друку
Дата публікації 04.01.2007гг
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.