14.627.21.0003

Целью настоящее работы является разработка новых, высокоэффективных катализаторов на металлическом носителе для паровой конверсии углеводородов в водородсодержащее топливо, что позволит повысить КПД энергетических установок, и для дожигателей отходящих газов.
Задачами исследования на первом этапе работ были:
- обзор литературы и патентов для выбора состава катализаторов;
- научно обоснованный выбор составов порошков-прекурсоров для напыления на металлический носитель с целью получения катализаторов;
- исследование порошков-прекурсоров и процессов их подготовки методом механохимического синтеза;
- разработка технологии подготовки порошков-прекурсоров.

Анализ работы различных типов энергетических агрегатов показывает, что эффективность использования органического топлива в них не превышает 40-50 %. Объясняется это тем, что в существующих тепловых устройствах преобразование энергии топлива сопровождается большими потерями тепла в окружающую среду через стенки аппаратов, с уходящими газами, а также значительными необратимыми потерями в процессе сжигания самого топлива.
Значительных потерь можно избежать, утилизируя теряемое тепло в специальных каталитических термохимических ректорах-теплообменниках, преобразуя при этом исходное органическое топливо в водородсодержащее топливо. Это, в свою очередь, приводит к повышению КПД энергетических устройств и экономии топлива.
Для эффективной утилизации тепла необходимы эффективные катализаторы паровой конверсии углеводородов в водородсодержащее топливо. Главными технологическими проблемами является создание таких катализаторов на металлическом носителе, что необходимо для утилизации тепловых потоков (например, через корпус силовой установки), и повышение эффективности самого катализатора. При этом для возможности широкого применения таких катализаторов необходимо добиваться высокой эффективности не за счет применения металлов платиновой группы, а за счет управления структурой более дешевых каталитических материалов. Этот же подход применим для катализаторов-дожигателей CO, используемых для решения задач промышленной экологии.

В результате литературного и патентного поиска установлено, что перспективным катализатором является катализатор на основе смеси гамма оксида алюминия и никеля с добавками оксидов церия, лантана, магния, бария, вольфрама и хрома. Для создания пористой структуры катализатора в настоящем исследовании предложен метод газостатического порообразования, в котором на металлический носитель наносится не готовый каталитический материал, а материал-прекурсор, состоящий, главным образом, из терморазлагаемых солей требуемых металлов (гидроксиды и основные карбонаты, ацетаты, оксалаты и др.). Затем проводят термическую обработку при температурах, превышающих температуру разложения солей, за счет чего образуются газообразные продукты, что приводит к образованию большого количества открытых пор и занчительному повышению удельной поверхности.

Для определения условий термообработки проведены исследования порошков исходных веществ (прекурсоров) методом термогравиметрического анализа и найдены закономерности синтеза оксидов при их прокалке. Для подготовки порошков-прекурсоров проведены исследования влияния высокомощного воздействия концентрированных потоков энергии при механохимическом синтезе на фазовый состав порошков, на кинетику термического разложения. В ходе опытов установлено, что необходимо проводить механохимический синтез в несколько операций.

В настоящей работе на первом этапе был проведен обзор литературы и патентов по составу классических катализаторов паровой конверсии и составлена программа исследований. Разработана концепция метода газостатического порообразования для формирования проницаемой пористой структуры катализаторов на металлическом носителе, позволяющей газообразным исходным веществам легко проникать к реакционным центрам и способствующей отводу продуктов реакций. Проведены исследования процессов подготовки многокомпонентных порошков-прекурсоровс помощью высокомощного воздействия концентрированных потоков энергии при механохимическом синтезе. Выбраны составы порошковых смесей для напыления катализаторов и последовательность операций механохимического синтеза при их подготовке.

Проведенные работы позволят получать порошковые смеси для изготовления катализаторов паровой конверсии и дожигателей на металлическом носителе.