ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА КОНВЕРСИИ МЕТАНА НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И КАРБИДА ТИТАНА

RESEARCH OF THE PROCESS OF OBTAINING A METHANE CONVERSION CATALYST ON THE BASIS OF NICKEL AND A CHARGE TITANIUM CARBIDE

Alexander Kamyshov

student, Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials, Samara State Technical University,

Russia, Samara

Anatoliy Samboruk

scientific adviser, Dr. sciences, prof., Department of Metallurgy, Powder Metallurgy, Nanomaterials, Samara State Technical University,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

Исследование процесса получения катализатора конверсии метана на основе никеля и карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. По результатам рентгенофазового анализа определено, что порошок содержанием: Ti (ТПП)+C – 70% и Ni (ПНЭ) – 30% в исходной шихте представляет собой композит состава Ni3Ti-TiC. Интерметаллид Ni3Ti в составе композита проявляет каталитическую активность при конверсии метана.

ABSTRACT

Investigation of the process of obtaining a catalyst for the conversion of methane based on nickel and titanium carbide by the method of Self-propagating high-temperature synthesis. According to the results of X-ray phase analysis, it was determined that the powder with the content: Ti (TPP) + C - 70% and Ni (PNE) - 30% in the initial charge is a composite of the composition Ni3Ti-TiC. The intermetallic compound Ni3Ti in the composition of the composite exhibits catalytic activity in the conversion of methane.

Ключевые слова: катализатор; СВС; конверсия; интерметаллид; никель; карбид; титан.

Keywords: catalyst; SHS; conversion; intermetallic; nickel; carbide; titanium.

Перспективным методом синтеза катализаторов окисления монооксида углерода (СО) является метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

В настоящее время коммерчески используемые катализаторы, разработанные для риформинга метана, состоят из частиц никеля, нанесенных на шпинель из алюмината магния ( ) или оксид алюминия ). Частицы никеля в промышленности используются в качестве катализаторов риформинга метана в основном из-за низкой цены и высокой активности, сопоставимой с благородными металлами [1]. Сухой риформинг метана все еще является незрелым в промышленном отношении процессом из-за быстрой дезактивации катализатора. Но главное препятствие промышленному использованию состоит в том, что в настоящее время почти нет селективных катализаторов, которые могут работать, не подвергаясь дезактивации из-за коксообразования. От большинства этих недостатков оказываются свободными методы высокотемпературного синтеза, основанные на использовании внутренней химической энергии исходных реагентов.

Для получения катализатора на основе никеля и карбида титана использовался метод СВС [2]. Приготовлены шихты стехиометрии Ti (ТПП-7) + C – Ni, с содержанием никеля 15% 30%, 40%, 50%. Сжиганию подвергали отпрессованные заготовки. Формование заготовок осуществлялось односторонним прессованием в цилиндрической матрице при заданном удельном давлении прессовании  3 МПа. Заготовка представляла собой цилиндр диаметром 23 мм и высотой 20 мм. Инициирование реакции горения осуществлялось нихромовой спиралью. Синтез проводился в оболочке из песка на воздухе [3]. Схема установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Установка для проведения СВС в песке. 1 - электрическая спираль; 2 - запальная смесь; 3 - образец; 4 - песчаная засыпка

Результаты синтеза:

1. Образец с содержанием Ti (ТПП) + С – 85% и никеля ПНЭ – 15% сгорел, изменил форму, имеет небольшую прочность. Разрушение образца происходит при внешнем воздействии давлением равному 1 мПа ( 1 мПа).
2. Образец с содержанием Ti (ТПП) + С – 70% и никеля ПНЭ – 30% сгорел, практически сохранил форму, достаточно прочный ( 3,5 мПа). Продукт реакции представлен на рисунке 2.
3. Образец с содержанием Ti (ТПП) + С – 60% и никеля ПНЭ – 40% сгорел, образец практически сохранил форму, достаточно прочный ( 3 мПа).
4. Образец с содержанием Ti (ТПП) + С – 50% и никеля ПНЭ – 50% не загорелся.

Микроструктурный анализ показывает:

1) при содержании никеля (ПНЭ) – 15% в исходной шихте, конечный продукт реакции имеет пористую структуру, но из-за малого содержания металла-связки, прочность образца не значительна;

2) при содержании никеля (ПНЭ) – 30% в исходной шихте, конечный продукт реакции имеет пористую структуру и достаточно прочный;

3) при содержании никеля (ПНЭ) – 40% в исходной шихте, конечный продукт имеет достаточную прочность, но из-за большого содержания металлической фазы уменьшается пористость образца.

Рисунок 2. Микроструктура поверхности продукта реакции Ti+C+Ni при содержании Ni в исходной шихте 30%

Рекомендуемое соотношение компонентов в исходной шихте для получения катализатора конверсии метана:

Ti (ТПП)+C – 70% и Ni (ПНЭ) – 30%.

По результатам рентгенофазового анализа определено, что порошок содержанием: Ti (ТПП)+C – 70% и Ni (ПНЭ) – 30% в исходной шихте представляет собой композит состава Ni3Ti-TiC. Интерметаллид Ni3Ti в составе композита является катализатором конверсии метана.

Список литературы:

1. Rostrup-Nielsen J.R. Hydrogen and synthesis gas by steam and CO2 reforming/ J.R. Rostrup-Nielsen, J.K. Noerskov // Adv Catal. – 2002. Vol.3. №;47. – P.65-139.
2. Яценко И.В. Cамораспространяющийся высокотемпературный синтез керамико-металлических композиционных порошков на основе карбида титана и железа: дис. канд. техн. наук. – С., 2017 – С.54 –77.
3. Патент РФ № 2011103803/02, 02.02.2011. Амосов А.П., Кузнец Е.А, Самборук А.Р., Яценко В.В. Установка для сжигания газопроницаемых гранулированных термитных шихт // Патент России №108730, 2011. Бюл. № 27.