Синтетические каталитические материалы и катализаторы природного происхождения на основе силикатных волокнистых матриц в реакции конверсии природного газа (метана)

В работе представле ны сравнительные результаты исследований эффективности двух типов каталитических материалов в реакции паровой конверсии метана. Первыш тип таких материалов относится к разработанным авторами катализаторам широкого назначе ния на сте кловолокнистой тканой основе (к стекловолокнистым тканым катализаторам - СВТК). СВТК-элемент представляет собой изделие, сотканное из силикатных аморфных стекловолокон (содержание кремнеземной составляющей носителя SiO₂ 55-98% масс.) в форме полотнищ или сеток с различными способами тканья, активированных каталитическими металлическими компонентами (Pt, Pd, Ag, Cr, Ni, Mn, Co и др.), набор и соотношение которык определяется требованиями каждого конкретного каталитического процесса. В экспериментах использованы образцы СВТК сеточного плетения, активированные платиной (содержание Pt 0,10-0,15 масс.%). При температуре 800⁰С и подаче метана 20 см³/мин его конверсия достигает максимума в 85% с выходом водорода 75 %. Проведенные ресурсные испытания стабильности процесса паровой конверсии метана на разработанных нами стеклотканых катализаторах при температурах 700-800⁰С в жестких условиях режимов периодического «пуск/остановка» в те -че ние не скольких месяцев подтвердили стабильность конверсии с выходом водорода на уровне 50%. Кроме того, было проведено прямое экспериментальное исследование каталитической активности серпентинита (широко распростране нной породы земной коры) в отношении реакции паровой конверсии метана -реакции образования «синтез-газа». Флюиды, содержащие CH₄+H₂O, являются одним из наиболее распространенных типов флюидов в земной литосфере. Серпентинит, как по своему составу (MgO-SiO₂ - основа, легированная каталитически активными компонентами Fe, Ni, Cr), так и по структуре (тонковолокнистая, тонкопористая матрица), является весьма близким аналогом традиционно используемых в промышленном катализе искусстве нных каталитических материалов. Основные результаты экспериментов: конверсия метана в водород возрастает с температурой и при 825^ОС составляет 14 %; конверсия метана в СО и СО₂ при той же температуре составляет 3 % по каждому компоненту; неожиданным результатом экспериментов было качественное обнаружение в продуктах превращения CH₃OH и C₂H₅OH. В технологическом процессе паровой конверсии метана на стандартных катализаторах кислородсодержащие углеводороды не образуются. Результаты проведенных экспериментов говорят о необходимости развертывания систематических исследований каталитич ских свойств широкого сп ктра пород з мной коры по отнош нию к разнообразным маршрутам химич ских пр вращ ний компон нтов флюидов и, т м самым, к дальн йш му развитию малоизуч нного направле ния в геохимии - «каталитиче ской геохимии».

синтетические катализаторы, природные катализаторы, серпентинит, стекловолокнистые тканые катализаторы (СВТК) с различными наполнителями, каталитический реактор, конверсия природного газа, synthetic catalysts, natural catalysts, serpentinite, fiberglass woven catalysts with various fillings, a catalytic reactor, the conversion of natural gas

1. Бризицкий О.Ф., Барелко В.В., Терентьев В.Я., Бурцев В.А., Быков Л.А., Кузнецов М.В., Гришкевич A.A., Павлушенко М.А. К вопросу о выборе стратегических направлений в освоении водородного топливного комплекса на транспорте, в автономной энергетике и системах специального назначения // Бюллетень научно-методических материалов Военной Академии Генерального Штаба (ВАГШ). 2013. №69. С. 49-56.

2. Барелко В.В., Хрущ А.П., Черашев А.Ф. Неленгмюровские механизмы в реакциях каталитического горения на платине // Химическая физика. 2000. Т. 19, №5. С. 29-35.

3. Барелко В.В. Унифицированные катализаторы на основе кремнеземных стекловолокнистых материалов // Машиностроитель. 1997. №4. С. 19-22.

4. Барелко В.В. От разветвленно-цепной теории гетерогенного катализа к новым каталитическим технологиям // Машиностроитель. 2006. № 5. С. 32-42.

5. Барелко В.В., Сафонов О.Г., Быкова Н.В., Дорохов В.Г., Быков Л.А., Япаскурт В.О., Шаповалов Ю.Б. Паровая конверсия метана на серпентините как пример гетерогенно-каталитического механизма превращений флюидов в земной коре // Доклады РАН. 2013. Т. 453, № 4, С. 424-428.