reperformance - smr™催化剂用于蒸汽甲烷重整制合成气

全球化学品市场发生了从石脑油和石油原料到天然气驱动供应链的革命性转变。由于液压压裂技术，巨大的天然气储量已被出土。市场份额通常被能够成功利用这些储备的化学制造商捕获。

天然气通常用于生产工艺热和电力，这是低价值的产品。然而，当使用节能和更活跃的催化剂时，它可以用于生产低成本、高价值的化学品。Nexceris开发的reperformance - smr™催化剂通过控制组成、表面积和催化位点的分散，提高了天然气的工艺效率。这些催化剂使工艺设计人员能够有效地减小反应器的尺寸和/或降低操作温度，扩大了设计低成本重整系统的范围。该技术能够在使用点附近的应用程序和天然气提取点附近的气液系统捕获甲烷值。

在蒸汽甲烷重整反应(SMR)中，甲烷与蒸汽反应生成合成气，即H2O、CO2、H2和CO的混合物，该合成气进一步分解为氨、H2、液体燃料和甲醇。为降低过程中的压降，采用MgO和/或CaO促进的传统SMR催化剂(如Ni/Al2O3)形成了球团状、大环状和带孔圆筒状。由于陶瓷形式的低导热性，在球团或环床的传热变得非常低。由于SMR吸热性强(ΔH°= 206 kJ/mol)，在较高的气体流速下，催化剂床层内会形成冷点。这导致了糟糕的转换。

在填料床反应器中使用这些催化剂大大增加了反应器的尺寸，因为反应器由多层填充床管式反应器阵列组成，包括提供加工热的巨大直射燃烧器。从催化剂的导热率差，所需的高宽高学管式反应器设计和巨大的能量输入。由此产生的高温操作需求驱动了昂贵的高镍合金材料的使用。亚博网站下载为了使这些工艺负担得起，规模经济导致大规模的集中植物。

新的结构催化剂将甲烷转化为合成气的甲烷已经由Nexceris开发，以提高SMR效率。采用一种独特的方法来合成催化剂，它们在具有出色的导热率的金属基材上进行洗涤。与传统的合成方法不同，Nexceris的方法使得能够合成独特和高性能的催化剂。选择金属底物以确保高机械强度，低压下降和增加的热传递。这显着提高了合成气的生产率，显着缩小了反应器并降低了材料要求。亚博网站下载

这些特性能够形成新颖的系统设计，例如分散的合成气生产在搁浅的气体或便携式电力系统附近的分散的合成气生产。

改装-SMR™性能

为了比较催化剂的性能，将reperformance - smr™和传统催化剂颗粒(网目尺寸为35 - 60)和α-Al混合在一起₂O_3.以1:20的重量比装载在管式反应器中。催化剂性能测试条件为GHSV = 20万~ 120万h^－１，压力= 1 atm, H₂O / CH₄= 3/1。使用气相色谱仪分析气体组合物。

为了进行SMR测试，使用reperformance -SMR™催化剂冲洗两种不同类型的金属泡沫，它们的孔径为1.2 mm，几何表面积为4.3 m2/L，孔隙率为90%。由Nexceris开发的AlumiLok™铝化工艺用于铝化泡沫。将催化剂粉体球磨后，通过浸渍涂覆的方法将催化剂粉体涂覆在泡沫上。浸涂泡沫在高温下干燥和煅烧。SMR测试条件为GHSV = 30000 h^－１，压力= 1 atm, H₂O / CH₄= 3/1。

测试结果表明，在类似的测试条件下，reperformance -SMR™催化剂的SMR反应活性非常高。在GHSV 400,000 h-1下，在650-750°C下reperformance - smrt获得了88- 98%的甲烷转化率。在商用催化剂中，CO的选择性仅为10 ~ 33%(图1)。此外，reperformance - smr™催化剂的CO选择性比商用催化剂更高。

图1所示。在GHSV = 400000 h的相似测试条件下，Nexceris颗粒催化剂和工业镍催化剂的SMR性能^－１，压力= 1atm, H₂O / CH₄= 3/1，温度= 750°C。

随着重整 - SMR™催化剂的甲烷转化率较近40万小时的GHSV的热平衡^－１时，气体流量增加至GHSV = 1,200,000 h^－１．因此，reperformance - smr™催化剂的甲烷转化率为69%(图2)。最初，在6小时内甲烷转化率略有下降，至68%，但随后转化率趋于稳定。最初的甲烷转化观察商业催化剂为15%,下降到9%的14个小时(图2)。这些结果暗示Reformance-SMR™催化剂是七倍的活性,也高度稳定相比,传统的类似的测试条件下镍催化剂。

图2。Nexceris粒状催化剂的SMR性能和商业Ni催化剂在GHSV的类似测试条件下= 1,200,000h^－１，压力= 1atm, H₂O / CH₄= 3/1，温度= 750°C。

初步的寿命测试显示，在500小时的生产中没有失活。除了高稳定性和极高的SMR活性外，reperformance -SMR™催化剂在激烈的测试条件下也能抵抗结焦，蒸汽与碳的比例非常低，为H₂O / CH₄= 1.2/1。

当重整 - SMR™催化剂在两个金属泡沫上进行洗涤涂层以分析质量和传热效应，金属基板提供低压降，高导热率，高机械稳健性和高几何表面积。alumilok™铝化过程用于形成多孔Al₂O_3.外表面上的层改善了高负载下的催化剂粘附。图3描绘了代表性泡沫结构的摄影图和施用催化剂之前的载体的显微照片。

图3。照片(上)和SEM显微照片(下)的AlumiLok™涂层合金泡沫。

所得的结构催化剂样品也表现出了优异的SMR性能。在GHSV = 30,000 h时，观察了催化剂包覆泡沫的平衡甲烷转化^－１(图4)，是GHSV = 3000 h商业运行条件的10倍^－１．这表明通过利用重整-SMR™催化剂，对相同的合成气产生的反应器体积减少10倍的可能性。

图4。在GHSV = 30000 h的测试条件下，对涂有Nexceris催化剂的铝化金属泡沫材料SMR性能进行了研究^－１，压力= 1atm, H₂O / CH₄= 3/1。

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商业影响

重新改造-SMR™催化剂可用于需要合成来自甲烷的氢和合成气的应用。增加现有反应器的产量，常规AL₂O_3.Ni环/颗粒可以用reperformance - SMR™结构的催化剂代替。另一种可能是修改系统，以减少活动管的数量，并减少所需的热输入，以实现首选的生产水平。在改造情况下，基板可以定制，以适应现有的反应器。这提高了填料的均匀性，降低了压降，而压降是影响SMR系统性能和寿命的关键因素。

这些因素使新建的反应堆能够开发紧凑的重整器以纠正流速，这对于传统的SMR催化剂可能是昂贵的。更紧凑的尺寸和更高效率的重整-SMR™催化剂的效率显着降低了从偏远地区的滞留天然气产生的合成气的投资和运营成本，或者在使用点的氢气发生器处提供重整。

结论

高固有催化剂活性，与衬底的异常导热率组合提供先进的SMR催化剂，其显着增强了合成气的生产率。与传统的Ni环/颗粒相比，Nexceris催化剂技术提供的增强的合成气生产率降低了反应器系统尺寸，具有类似的合成气输出或增加了相同的反应器尺寸的合成气输出。两种特征都显着降低了相同数量的合成气生产的投资和能源投入。使用Nexceris Catalyst技术可以通过合成气将天然气转化为有价值的化学品的成本，提高电流系统的成本效益，并允许使用先进的分布式改造技术。

该信息已从Nexceris, LLC提供的材料中获取、审查和改编。亚博网站下载

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