В настоящее время для получения синтез-газа в промышленности используется процесс паровой конверсии метана с дальнейшей его переработкой в метиловый спирт. Однако, в последнее время все больший интерес исследователей привлекают пока еще нереализованные на практике процессы парциального окисления и углекислотной конверсии метана, так как они расширяют возможности эффективного использования природного газа.
В представленной работе исследованы интерметаллиды переходных металлов (системы Ni-Al,Co-Al) в качестве контактных масс углекислотной конверсии метана. Впервые для синтеза катализаторов данного процесса применен метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) , так как он связан с низкими энергозатратами, экспрессностью и высокой производительностью. Катализаторы данного типа отличаются термической стабильностью, механической прочностью и высокой теплопроводностью.
Высокую активность при температурах выше 1010 K проявила система на основе Ni3Al. Интерметаллиды состава NiAl и Ni2Al3 - неактивны. Рентгенофазовый анализ образцов NiAl и Ni2Al3 и СоAl свидетельствовал об однофазности полученных систем и их неизменности в фазовом составе после проведения экспериментов. Ni3Al, CoxAly - многофазные системы, где наряду с фазами Ni3Al и CoAl присутствовали фазы NiAl, металлического Ni и гексагонального и кубического Со. После каталитических исследований кроме указанных фаз обнаружены фазы карбида никеля, кобальта и графитоподобного углерода.
В ходе осуществления процесса углекислотной конверсии метана имеет место незначительное зауглероживание поверхности катализаторов.
Происхождение неактивного углерода может осуществляться либо через разложение метана: CH4 = C + 2 H2, ΔHº298 = 75 кДж/моль, либо через диспропорционирование СО
2CO = С + CO2, ΔHº298 = -172 кДж/моль.
Так как диспропорционирование СО является экзотермической реакцией, константа ее равновесия уменьшается с увеличением температуры, следовательно, в условиях высоких температур, в которых реализуется УКМ, одной из наиболее вероятных реакций образования углерода является крекинг метана (эндотермическая реакция). Углерод, образованный в ходе реакции УКМ наблюдается в нитевидной форме, а лимитирующей стадией для образования филаментарного углерода является диффузия углерода через частицу металла. Движущей силой этого процесса является тепло, генерируемое экзотермическими поверхностными процессами (адсорбция СО и диспропорционирование).
Таким образом, предложен новый способ синтеза катализаторов, проявивших высокую каталитическую активность в процессе углекислотного риформинга метана. Повышенная активность связана с образованием многофазных систем, наличием межфазных границ, а также стабилизацией кластеров никеля необходимого размера.