Кинетика и катализ

Паровая конверсия СО является промышленно важной реакцией, включенной в технологическую цепочку получения чистого водорода из метана или другого углеводородного сырья. Актуальность процесса возросла с появлением топливных элементов, для питания которых нужен водород высокой чистоты. Необходимость развития водородной инфраструктуры и, вместе с тем, сложности с транспортировкой этого газа стимулировали поиски катализаторов, удобных и эффективных в процессах получения и очистки водорода в компактных мобильных установках. В случае паровой конверсии СО в качестве возможных вариантов рассматривают катализаторы на основе благородных металлов. В статье представлен обзор работ, посвященных платиновым катализаторам, нанесенным на диоксид церия и его допированные формы, для реакции паровой конверсии СО. Рассмотрено влияние состава оксидного носителя на каталитические свойства таких систем, приведены варианты механизма реакции и структуры активных центров, обобщены результаты исследований биметаллических Pt-содержащих и структурированных катализаторов.

Изучен процесс дезактивации магнийсодержащего цеолита в трех межрегенерационных циклах работы при превращении пропана в олефиновые углеводороды. Выявлены основные факторы, приводящие к снижению активности и селективности катализатора. Исследовано распределение и состояние активных компонентов в каталитической системе до и после проведения реакции, а также после окислительной регенерации катализатора. Установлена природа и определено количество углеродных отложений, образующихся на исследуемом катализаторе в ходе реакции, и доказано их отсутствие после его регенерации.

Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследовано влияние условий синтеза на стабильность образцов азотсодержащих многостенных углеродных нанотрубок (N-МУНТ), приготовленных в бескислородных условиях методом каталитического газофазного разложения этилена при 680°С на катализаторе Fe₂Co/Al₂O₃ в присутствии NH₃, по отношению к кислороду воздуха. Анализ состояний и количеств кислорода и азота в составе N-МУНТ, а также формы линии углерода C1s после выноса образцов, полученных при разных объемных долях аммиака в реакционной смеси, из реактора на воздух, а также после обработки в азотной кислоте указывает на то, что при малых концентрациях NH₃ (2–4 об. %) встраивание азота в структуру нанотрубок приводит к росту упорядоченности структуры/падению дефектности, в итоге в данных образцах содержание кислорода минимально. Сравнение нанесенных катализаторов Ag/МУНТ-0n и Ag/N-МУНТ-4n свидетельствует о том, что введение азота на стадии синтеза позволяет не только уменьшить количество кислорода в углеродных нанотрубках, но и повысить устойчивость к окислению как собственно носителя, так и серебряного катализатора на его основе.

Волокнистый углерод, образующийся в каталитическом разложении метана и содержащий незначительное количество Ni, опробован в качестве носителя для молибденсульфидных катализаторов восстановительной конверсии CO в спирты. Впервые методами рентгеновской дифракции, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии установлено, что в процессе сульфидирования предшественника катализатора инкапсулированный в углероде никель из углеродного волокна носителя внедряется в слоистую структуру сульфида молибдена, входя в состав каталитически активной фазы Ni−(Co)−Mo−S.

Выполнена оценка эффективности никельсодержащих структурированных стекловолокнистых катализаторов (СВК), приготовленных двумя различными методами, для процесса гидрогенолиза предельных углеводородов, включая пропан, бутан и пентан. Установлена зависимость размера кристаллитов и дисперсности активного компонента (АК) катализатора от метода получения и температурных условий восстановления. Импульсный поверхностный термосинтез (ИПТ) способствует наиболее равномерному распределению АК по поверхности носителя и его более высокой дисперсности. Размер кристаллитов в первую очередь определяется температурой восстановления АК. Наивысшую каталитическую активность показал СВК, содержащий ~10 вес. % никеля, приготовленный методом ИПТ и восстановленный при минимальной температуре 300°С. В сравнении с промышленным никелевым катализатором образцы Ni/СВК показали в десятки раз более высокую удельную каталитическую активность на единицу массы никеля. Применение никельсодержащих СВК, синтезированных методом ИПТ, весьма перспективно в развивающихся каталитических технологиях гидрогенолиза парафинов, таких как переработка фракций газового конденсата в метан.