Аннотация
Вопрос о локальных перегревах частиц активного компонента при проведении экзотермических реакций на нанесенных катализаторах дискутируется давно. Результаты исследований экзотермических реакций окисления СО и органических субстратов на катализаторах, нанесенных на теплопроводные металлические носители, по мнению авторов, подтверждают концепцию о перегревах частиц нанесенных катализаторов. В то же время необходимо точно знать, в какой области протекает реакция. Если речь идет о диффузионной области, то перегрев поверхности нанесенного катализатора относительно средней температуры в слое может быть связан именно с условиями проведения процесса, как это было показано в классической работе [1]. В представленной нами работе использован новый подход, согласно которому экзотермическая реакция глубокого окисления до СО2 и воды исследована для окисления метана (С0 = 0,5 % об.) и н-бутана (С0 = 0,3 % об.) на катализаторе АП-56 в воздухе и в газовых смесях, в которых азот заменили на гелий или аргон, получив, таким образом, газовые смеси, резко отличающиеся по теплопроводности и отводу тепла реакции от активных нанесенных частиц платины. В противоположность ожиданиям было найдено, что в кинетической области наибольшая скорость реакции глубокого окисления алканов наблюдается для наиболее теплопроводной гелий-кислородной смеси. Это свидетельствует об отсутствии локальных перегревов на платиновых частицах при проведении реакции в кинетической области. Следовательно, различие в скоростях реакций глубокого окисления алканов в исследованных газовых смесях связано с влиянием природы инертных составляющих газовой смеси на адсорбционно-десорбционное равновесие метана или н-бутана и кислорода на поверхности платины.
Ключевые слова: катализ, экзотермические реакции, глубокое окисление органических примесей, алканы, нанесенные катализаторы, алюмоплатиновые катализаторы, локальные перегревы, кинетическая область, диффузионная область
Авторы:
В.С. САЛЬНИКОВ
644040, РФ, г. Омск, ул. Нефтезаводская, 54, Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук, кандидат технических наук. Е-mail: mail@chromosib.ru
А.А. СЛЕПТЕРЕВ
644040, РФ, г. Омск, ул. Нефтезаводская, 54, Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук. Е-mail: artem_s@ inbox.ru
С.С. СИГАЕВА
644040, РФ, г. Омск, ул. Нефтезаводская, 54, Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук, кандидат химических наук. Е-mail:s_in_cube@mail.ru
П.Г. ЦЫРУЛЬНИКОВ
644040, РФ, г. Омск, ул. Нефтезаводская, 54, Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук, доктор химических наук, профессор. Е-mail: tsyr@ihcp.ru
Список литературы
1. Боресков Г.К., Слинько М.Г. Каталитическая очистка газов от примеси кислорода // Химическая промышленность. – 1956. – № 2. – С. 5–13.
2. Платиновые катализаторы на теплопроводящей металлической подложке в реакции окисления СО / А.Н. Субботин, Б.С. Гудков, М.П. Воробьева, Е.З. Голосман, В.И. Якерсон, Л.М. Кустов // Катализ в промышленности. – 2005. – № 3. – С. 52–56.
3. Субботин А.Н., Гудков Б.С., Якерсон В.И. Явление температурного гистерезиса в гетерогенном катализе // Известия Академии наук. Серия химическая. – 2000. – № 8. – С. 1379–1385.
4. Температурно-гистерезисные явления при окислении СО на медь-оксидном катализаторе, нанесенном на стальную сетку / А.Н. Субботин, М.П. Воробьева, Б.С. Гудков, В.И. Якерсон, Л.Н. Кустов // Журнал прикладной химии. – 2002. – Т. 75, вып. 4. – С. 596–598.
5. Температурно-гистерезисные эффекты при окислении CO на цементных катализаторах с разным содержанием CuO / А.Н. Субботин, Б.С. Гудков, В.И. Якерсон, С.В. Черткова, Е.З. Голосман, Г.В. Козырева // Журнал прикладной химии. – 2001. – Т. 74, вып. 9. – С. 1463–1465.
6. Chakrabarty T., Hudgins R.R., Silveston P.L. Influence of diluent gases on CO oxidation over a platinum-alumina catalysts // Journal of Catalysis. – 1982. – Vol. 77, iss. 2. – P. 527–538. – doi: 10.1016/0021-9517(82)90193-2.
7. Дроздов В.А.Влияние модифицирующих добавок на термостабилизацию алюмоплатиновых катализаторов глубокого окисления:дис. … канд. хим. наук: 02.00.15 / Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. – Новосибирск, 1987. – 204 с.
8. Промышленные катализаторы газоочистки: рекламный проспект: вып. 2 / сост.: В.А. Сазонов, О.Н. Кимхай; под ред. В.В. Поповского. – Новосибирск: Институт катализа СО АН СССР, 1990. – 112 с.
9. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. Основные характеристики горения. – М.: Химия, 1977. – 320 с.
10. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. –
3-е изд., испр. и доп. – М.: Наука, 1987. – 502 с.
11. Малиновская О.А., Бесков В.С., Слинько М.Г. Моделирование каталитических процессов на пористых зернах. – Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1975. – 268 с.
12. Старостина Т.Г. Приготовление и исследование нанесенных оксидных и металлических катализаторов глубокого окисления с регулируемым распределением активного компонента по зерну: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.15. – Новосибирск, 1987. – 178 с.
13. Синев И.М. СВЧ активация реакций каталитического окисления субстратов С1-С2: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.15. – М., 2008. – 123 с.
