Новый катализатор для переработки синтез-газа создали ученые Томска
Проведенные эксперименты показали, что катализаторы на основе нанопорошков кобальта, полученных методом электрического взрыва проводника, проявляют высокую активность в процессах синтеза с низким содержанием водорода в исходном газе. Это значит, что они могут быть перспективны для создания компонентов экологичного топлива путем переработки синтез-газа, получаемого при пиролизе биомассы или из других нетрадиционных источников.
Поиск альтернатив жидкому топливу на основе нефти – одна из главных задач в области химической инженерии. Перспективным ее решением ученые видят переработку различных органических отходов и продуктов газификации в компоненты моторного топлива и другие ценные химические продукты.
Особое значение для производства синтетических жидких топлив из природного газа, угля и биомассы приобрела реакция Фишера-Тропша. Однако в настоящее время отсутствуют технологические решения и каталитические системы, позволяющие получать высокий выход жидких продуктов по методу Фишера-Тропша, пригодных для использования в качестве компонентов автомобильных бензинов, дизельных топлив, авиационных керосинов и смазочных материалов. Ключевые препятствия для использования большинства получаемых продуктов – высокое содержание в них непредельных углеводородов (ароматических и олефиновых), снижающих эксплуатационные характеристики топлив и низкие степени превращения монооксида углерода в углеводороды. Кроме того, в настоящее время отсутствует метод получения катализаторов, позволяющих получать высокий выход жидких продуктов из синтез-газа с низким содержанием водорода.
Для синтеза жидких углеводородов методом Фишера-Тропша используются различные каталитические системы. Особый интерес представляют катализаторы на основе ультрадисперсных металлических порошков, а среди них – катализаторов на основе ультрадисперсных частиц кобальта. Каталитическая активность кобальта в процессах синтеза методом Фишера-Тропша известна и достаточно подробно изучена, однако более перспективным, по словам ученых, представляется изучение каталитической активности нанопорошка кобальта, полученного методом электрического взрыва проводника.
«Отличительной особенностью электровзрывных порошков металлов является их высокая поверхностная энергия и множество дефектов кристаллической решетки на поверхности, что обеспечивает высокую каталитическую активность в различных процессах. Кроме того, нанопорошки кобальта, полученные методом электрического взрыва проводника, просты в производстве, отличаются низкой стоимостью и хорошей устойчивостью к спеканию, что делает их перспективными для использования в переработке синтез-газов с высоким содержанием различных примесей», — говорит один из авторов статьи, доцент отделения химической инженерии ТПУ Евгений Попок.
Высокодисперсный порошок кобальта был получен методом электрического взрыва проводника в инертной среде. Суть метода состоит в пропускании импульсного тока высокой плотности и мощности через проводник, в данном случае, кобальтовую проволоку диаметром 1 мм. Полученный нанопорошок был спрессован в таблетки, которые затем измельчали во фракции размером 0,5 – 1 мм и загружали в лабораторную каталитическую установку, работающую при повышенном давлении.
Затем были определены основные характеристики полученных катализаторов – химический и фазовый состав, морфология поверхности. Также определялись каталитическая активность разработанных катализаторов (степень конверсии монооксида углерода, выход жидких и газообразных продуктов, метана и диоксида углерода) и оптимальные технологические параметры процесса (температура, давление, объемная скорость подачи сырья, соотношение водорода и монооксида углерода в исходном газе).
«Установлено, что высокодисперсный порошок кобальта, полученный методом электрического взрыва, является достаточно активным катализатором для синтеза жидких углеводородов методом Фишера-Тропша. Так, общая степень конверсии оксида углерода в диапазоне температур от 230 до 330 °C составляет от 25 до 90 %. Также выявлен оптимальный температурный диапазон – от 230 до 260 °C, при котором выход побочных продуктов синтеза и газообразных углеводородов достаточно низок. Кроме того, эксперименты показали, что нанопорошок кобальта проявляет высокую каталитическую активность в реакциях образования жидких углеводородов с низким содержанием водорода в исходном синтез-газе. Это позволяет нам сделать вывод о его потенциальном применении, например, в переработке газов, получаемых при пиролизе биомассы или других нетрадиционных источников синтез-газа. Полученные нами катализаторы также показали устойчивость к быстрой дезактивации в условиях синтеза при рабочих температурах в ходе длительных испытаний», — добавляет ученый.
В исследовании принимали участие сотрудники отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов ТПУ.
Источник фото: пресс-служба Томского политехнического университета