Katalizator parowej konwersji tlenku węgla nowej generacji - wysoka efektywność dzięki specyficznej formule

• Strona główna
• Artykuły
• Katalizator parowej konwersji tlenku węgla nowej generacji - wysoka efektywność dzięki specyficznej formule

2024-11-25  / Autor: Katarzyna Antoniak, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Nowych Syntez Chemicznych   /   Artykuł sponsorowany

Ważnym etapem otrzymywania wodoru jest egzotermiczna, katalityczna parowa konwersja tlenku węgla (HTS: high-temperature water-gas shift): CO + H₂O ⇄ H₂ + CO₂. Proces HTS w obecnej praktyce przemysłowej prowadzony jest na katalizatorach opartych na formule redukowalnych tlenków Fe–Cr–Cu. Istotnym ich mankamentem jest konieczność prowadzenia procesu przy stosunkowo relatywnie wysokim stosunku H₂O/C. Korzystne technologicznie obniżenie tej wartości wiąże się z ryzykiem tworzenia się w strukturze materiału katalitycznego węglika żelaza, katalizującego reakcje uboczne, w wyniku których konsumowany jest wodór. Wywołuje to szereg niekorzystnych konsekwencji procesowych i prowadzi do zmniejszenia efektywności procesu wytwarzania wodoru.

Eliminacja wad konwencjonalnych katalizatorów HTS opartych na formule Fe-Cu-Cr, tj. wyeliminowanie Cr oraz obniżonej selektywności przy zmniejszonym nasyceniu gazu procesowego parą wodną jest obiektem stałego zainteresowania przemysłu jak i środowiska naukowego. Poszukiwania formuły bezchromowych katalizatorów HTS dostosowanych do eksploatacji przy zróżnicowanym stosunku H₂O/C skupiają się na układach na bazie metali szlachetnych, domieszkowaniu glinem układów hematytowych czy układach opartych o zdyspergowane metale osadzone na nośnikach CeO₂ lub Al₂O₃. Obecnie, w ramach projektu Eco_CatWGS (projekt Lider NCBR) realizowanego przez zespół dr Katarzyny Antoniak-Jurak (Łukasiewicz – INS) fazę finalnych testów przechodzi nowy katalizator oparty na specyficznym układzie mieszanych tlenków promowanych potasem. Konsekwencją zastosowania  nieredukowalnych tlenków jako zasadniczego komponentu katalizatora jest wysoka aktywność w temperaturze nawet 330 °C a jednocześnie wysoka selektywność w kierunku reakcji parowej konwersji CO. Wielowariantowe podejście na etapie projektowania do użytkowej postaci katalizatora skutkuje możliwością formowania materiału katalitycznego w kształtki o zróżnicowanej geometrii (walec, trillobe, pierścień) dla uzyskania wysokiego rozwinięcia powierzchni geometrycznej na jednostkę objętości złoża oraz minimalizację strat ciśnienia strumienia gazu procesowego płynącego przez wsad katalizatora. Nie mniej istotnym atutem nowego katalizatora jest zastosowanie bezchromowej formuły materiału katalitycznego. Eliminuje to zarówno problemy związane z aktywacją katalizatora, lecz przede wszystkim z narażeniem obsługi podczas jego instalacji w reaktorze przemysłowym.

Rezultaty testów nowego katalizatora w laboratorium, lecz w warunkach zbliżonych do warunków przemysłowego procesu HTS skłaniają do optymistycznych wniosków. Obserwuje się wysoki a jednocześnie trwały poziom aktywności i selektywności katalizatora oraz wysoką odporność mechaniczną kształtek na warunki procesowe. Nowy typ katalizatora HTS opracowanego w ramach projektu Lider XII będzie mógł znaleźć zastosowanie zarówno w małych, jak i wielkoskalowych wytwórniach wodoru na potrzeby syntez chemikaliów i paliw w sposób pozbawiony mankamentów konwencjonalnych katalizatorów stosowanych w tym procesie.

Projekt: LIDER/10/0062/L-12/20/NCBR/2021 pt.: „Nowy przyjazny dla środowiska katalizator procesu parowej konwersji CO”

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Nowych Syntez Chemicznych (Łukasiewicz – INS) jest jednostką o ugruntowanej pozycji w obszarze katalizy stosowanej i procesów katalitycznych. Łukasiewicz – INS jest także producentem heterogenicznych katalizatorów, sorbentów i nośników. Efektem działalności Instytutu jest kompleksowa oferta dla podmiotów gospodarczych sektora chemicznego - od technologii wytwarzania, przez modelowanie i optymalizację reaktorów z wsadami katalitycznymi, po wsparcie w ich stosowaniu.

Osoba do kontaktu:  katarzyna.antoniak@ins.lukasiewicz.gov.pl

katalizator parowej konwersji tlenku węglakatalizatorySieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Nowych Syntez Chemicznych