Способ получения углеродного материала и водорода

 

Использование: получение чернил, красок, пигментов для копирования, синтетических материалов. Сущность изобретения: никельсодержащий катализатор после двухчасовой механохимической активации в планетарной мельнице загружают в проточный реактор, нагревают 1 ч в потоке H₂ до 500 - 620^oC. Н₂ заменяют на CH₄, проводят разложение. Зауглероженный катализатор обрабатывают бутадиеном-1,3, разбавленным аргоном и/или водородом в мольном соотношении 1 - 2 : 20 - 40 : 0 - 75 при 600 - 700^oC, выход водорода 166,6 - 1880,2 л/г катализатора, углерода - 136 - 1360 г/г катализатора. 1 табл.

Изобретение относится к производству углеродных материалов в процессе разложения углеводородов, предназначенных преимущественно для приготовления ферромагнитных чернил, графитовых пигментов для копирования синтетических и природных каучуков и пластиков. Наряду с этим углеродный материал может быть использован как при выплавке сталей, так и в качестве восстановителя в порошковой металлургии и др.

Следует также отметить, что изобретение можно использовать для получения водорода.

Известен способ получения углерода и водорода из углеводородов (1) разложением метана в присутствии массивного металлического катализатора (Fe, Co, Ni) при температурах 650 720^oC.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ (2), включающий разложение метана на никельсодержащем катализаторе при повышенной температуре. Недостатком известного способа является невысокий выход углеродного материала.

Задачей данного изобретения является повышение выхода углеродного материала с единицы катализатора.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения углеродного материала и водорода разложением метана на никельсодержащем катализаторе при повышенной температуре, согласно изобретению разложение метана ведут при 500 620^oC, после чего полученный зауглероженный катализатор обрабатывают бутадиеном 1,3, разбавленным аргоном и/или водородом в мольном соотношении 1 2 20 40 0 75 при 600 700^oC.

Пример 1.

Катализатор, состоящий из 75 мас. NiO, 12,5 мас. CuO и 12,5 мас. гидроксида магния и полученный двухчасовой механо-химической активацией в планетарной центробежной мельнице, в количестве 1 г загружают в проточный металлический реактор, нагревают в течение 1,5 часа в потоке водорода 60 л/ч до температуры 620^oC. Затем водород заменяют на метан и проводят реакцию разложения при температуре 620^oC в течение 5 часов и расходе метана 50 л/ч. Привес катализатора за счет углерода составил 1700 мас. по отношению к весу восстановленного катализатора. Зауглероженный катализатор охлаждают в потоке аргона (расход 75 л/ч) до комнатной температуры и выгружают. Затем навеску 0,0019 г зауглероженного катализатора загружают в проточный кварцевый реактор с весами Мак-Бена и нагревают в потоке водорода 20 л/ч до температуры 700^oC в течение 30 минут.

При температуре 700^oC включают аргон (75 л/ч) и бутадиен (2 л/ч). После зауглероживания катализатора в течение 4 часов вес образца увеличился в 80 раз и составил 0,152 г.

В итоге зауглероживания катализатора метаном и бутадиеном съем углерода составил 1360 г с 1 г восстановленного катализатора.

Пример 2.

Катализатор, состоящий из 75 мас. NiО, 12,5 мас. CuO и 12,5 мас. Mo(OH)₂ и полученный двухчасовой механо-химической активацией в планетарной центробежной мельнице, в количестве 1 г загружают в проточной металлический реактор, нагревают в течение 1,5 часа в токе водорода (60 л/ч) до температуры 600^oC. Затем водород заменяют на метан и проводят реакцию разложения при температуре 600^oC в течение 5 часов и расходе метанола 30 л/час. Привес катализатора за счет углерода составил 3100 мас. по отношению к весу восстановленного катализатора. Зауглероженный катализатор охлаждают в токе аргона (расход 75 л/ч) до комнатной температуры и выгружают. Затем навеску 0,00135 г зауглероженного катализатора загружают в проточный кварцевый реактор с весами Мак-Бена и нагревают в токе водорода 20 л/ч до температуры 700^oC в течение 30 минут. При температуре 700^oC включают аргон (75 л/ч) и бутадиен (2 л/ч). После зауглероживания катализатора в течение 3 часов вес образца увеличился в 32 раза и составил 0,0432 г.

В итоге зауглероживания катализатора метаном и бутадиеном съем углерода составил 992 г с 1 г восстановленного катализатора.

Пример 3.

Аналогичен примеру 1, отличается только тем, что зауглероживание на второй стадии ведут бутадиеном (2 л/ч), разбавленным водородом (30 л/ч).

В итоге зауглероживания катализатора метаном и бутадиеном съем углерода составил 170 г с 1 г восстановленного катализатора.

Пример 4.

Аналогичен примеру 1, отличается только тем, что зауглероживание на второй стадии ведут бутадиеном (1 л/ч), разбавленным водородом (40 л/ч) и аргоном (75 л/ч) при температуре 600^oC.

В итоге зауглероживания катализатора метаном и бутадиеном съем углерода составил 426 г с 1 г восстановленного катализатора.

Пример 5.

Аналогичен примеру 1, отличается только тем, что зауглероживание на второй стадии ведут бутадиеном (1 л/ч), разбавленным водородом (40 л/ч) и аргоном (75 л/ч), при температуре 800^oC.

В итоге зауглероживания катализатора метаном и бутадиеном съем углерода составил 28 г с 1 г восстановленного катализатора.

Пример 6.

Аналогичен примеру 1, отличается только тем, что зауглероживание на второй стадии ведут бутадиеном (2 л/ч), разбавленным водородом (20 л/ч) и аргоном (75 л/ч) при температуре 500^o C.

В итоге зауглероживания катализатора метаном и бутадиеном съем углерода составил 136 г с 1 г восстановленного катализатора.

Пример 7.

Катализатор, состоящий из 75 мас. NiO, 12,5 мас. CuO и 12,5 мас. гидроксида магния и полученный дввухчасовой механо-химической активацией в планетарной центробежной мельнице, в количестве 0,0022 г загружают в проточный кварцевый реактор с весами Мак-Бена и нагревают в течение 0,5 ч в токе водорода (20 л/ч) до температуры 600^oC. При температуре 600^oC дополнительно включают аргон (75 л/ч) и бутадиен (2 л/ч). После зауглероживания катализатора в течение 5 часов вес образца увеличился в 110 раз и составил 0,242 г. В пересчете на вес восстановленного катализатора съем углерода составил 148 г с 1 г катализатора.

Пример 8.

Аналогичен примеру 7, отличается только тем, что зауглероживание катализатора в среде бутадиена (2 л/ч), разбавленного водородом (20 л/ч) и аргоном (75 л/ч), ведут при температуре 700^oC. Съем углерода составил 32 г с 1 г восстановленного катализатора.

В таблице представлены данные по зауглероживанию катализатора и результаты сравнительных примеров. Из представленных в таблице данных следует, что изобретение позволяет получить выход водорода до 166,6 1880,2 л/г восстановленного катализатора, углерода до 136 1360 г/г восстановленного катализатора.

Формула изобретения

Способ получения углеродного материала и водорода, включающий разложение метана на никельсодержащем катализаторе при повышенной температуре, отличающийся тем, что разложение метана ведут при 500 620^oС, после чего полученный зауглероженный катализатор обрабатывают бутадиеном-1,3, разбавленным аргоном и/или водородом в мольном соотношении 1 -2 20 40: 0 - 75 при 600 700^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1