Қазақстан Республикасының білім жəне ғылым министрлігі

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

242

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Микроструктура продуктов СВС и элементный анализ (SЕM) 

системы TiО

2 

– B

2

О

3

(руда)  – Mg ( а-без МА , б- 5 мин МА) 

 

Заключение 

 

Таким  образом,  показано,  что  комплексное  использование  МА  и  СВС  дает 

возможность получить субмикронный порошок диборидов металлов в инертной среде при 

использовании  в  качестве  восстановителя  магния,  боратовой  руды  и  оксидов 

соответствующих 

металлов. 

Установлено, 

что 

применение 

предварительной 

механической  активации  способствует  образованию  наноразмерных  частиц  тугоплавких 

порошков  боридов титана и хрома. 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

243

 

 

 

Список литературы 

 

1.

 

Серебрякова 

Т.И., 

Неронов 

В.А., 

Пешев 

П.Д., 

Трефилов 

В.И. 

Высокотемпературные бориды. – М.: Металлургия, 1991. –367 с. 

2.

 

.Mishra  S.K,  Das  S.K.,  Sherbacov  V.  Fabrication  of  Al

2

O

3

-ZrB

2

  in  situ  composite  by 

SHS dynamic compaction: a novel approach, Composit.Sci.Eng.A426(2006) 229-234 

3.

 

Raimkhanova  D.  S.,  Abdulkarimova  R.  G.,  Mansurov  Z.A.  Reseach  of  Nanostructure 

Formation  During  SHS  of  Boride  Containing  Composite  Materials  //  Journal  of  Materials 

Science and Chemical Engineering.- 2014. Vol.2. - P.66-69. 

4.

 

Дияров М.Д., Каличева Д.А., Мещеряков С.В. Природные богатства Индера и их 

использование. - Алма-Ата: Наука, 1981.-102 с. 

5.

 

Аввакумов  Е.Г.  Механические  методы  активации  химических  процессов.  - 

Новосибирск: Наука, 1986. – 304 c. 

6.

 

Ляxoв Н.З., Тaлaкo Т.Л., Гpигoльeвa Т.Ф.  Влияниe мexaнoaктивaции нa пpoцeccы 

фaзo-  и  cтpуктуpooбpaзoвaния  пpи  caмopacпpocтpaняющeмcя  выcoкoтeмпepaтуpнoм 

cинтeзe.- Нoвocибиpcк; Пapaллeль, 2008. – 168c. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

244

 

 

УДК 54 

 

1

Амантайұлы Қ., 

1

Жумабек М., 

2

Тунгатарова С.А.  

 

1

Д.В.Сокольский атындағы жанармай, катализ және электрохимия институты, 

Алматы қ., Қазақстан 

2

Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан 

 

Cинтездеу арқылы дайындалған жаңа композитті материалдарда метанды 

синтез газға дейін талғамды тотықтыру 

 

МақаладаNi-Co-Mg-(Ce-Zr)/Oкатализаторларның    реакцияға  түсушарттары  мен 

катализатордың 

өнімділігінің 

арту 

нәтижелерін 

түсіндіріліп, 

катализатордың 

құрамындағы  металдарының  (Ni-Co-Mg-(Ce-Zr))  әртүрлі  қатынасындағы  реакцияға  әсері 

қаралған.Бақыланатын  реакция  астында  тестілеу  шарттары  мен  катализатордың 

сипаттамаларын  анықтау  үшін  бірнеше  әдістер  пайдаланылған.Процесс  жүргізу 

барысында  оңтайлы  жағдай  (Т=900°С,  W=2500  саг

-1

  және  қатынасы  СН

4 

:  H

2

O  =  2  :  1) 

анықталып,  берілген  жагдай  бойынша  метанньң  конверсиясы  98%.Катализаторыдың 

тұрақгылығы және жогары эффективттілігі зерттелген. 

Түйін сөздер: метан, синтез-газ, катализатор. 

 

1

Amantayuly K., 

1

Zhumabek M., 

2

Tungatarova S.A. 

 

1

D.V. Sokolsky Institute of Fuel, Catalysis and Electrochemistry, Almaty, Kazakhstan 

2

Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan 

 

 

The  article  researches  the  conditions  in  which    the  catalyst  Ni-Co-Mg-(Ce-Zr)/O  reacts, 

interprets the results of the catalyst productivity growth and studies the effects of metals, (Ni-Co-

Mg-  (Ce-Zr)),  on  the  reaction  when  applied  in  different  proportions.  To  determine  the 

characteristics of the catalyst, multiple methods were applied during the experiment. During the 

process,  optimal  conditions  (T  =  900°C,  and  W  =  2500  h

-1

  ratio  of  CH

4

:  H

2

O  =  2  :  1)  are 

identified on the condition of methane’s conversion of 98%. The stability and high effectivityof 

the catalyst was investigated. 

Keywords: methane, synthesis gas, the catalyst. 

 

1

Амантайулы К., 

1

Жумабек М., 

2

Тунгатарова С.А.  

 

1

Институт топлива, катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского, г. Алматы, Казахстан 

2

Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан 

 

В  статье  исследуются  условия,  в  которых  катализатор  Ni-Co-Mg-  (Ce-Zr)/O 

реагирует, интерпретирует результаты роста производительности катализатора и изучает 

влияние  металлов  (Ni-Co-Mg-(Ce-Zr)),  по  реакции  при  применении  в  различных 

пропорциях.  Для  определения  характеристик  катализатора,  в  ходе  эксперимента  были 

применены несколько методов. Во время процесса, оптимальные условия (Т = 900°С, и W 

= 2500 ч-1 соотношение СН

4 

: Н

2

О = 2 : 1) определены при условии конверсии метана в 

98%. Стабильность и высокую эффективность катализатора был исследован. 

Ключевые слова: метан, синтез-газ, катализатор. 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

245

 

 

Кіріспе 

 

Табиғи  газ  –  мұнаймен  бәсекеге  түсе  алатын,  маңызды  альтернативті  шикізат  көзі. 

Қазақстан  табиғи  газдың  белгілі  қорына  ие,  өкінішке  орай  қазіргі  кезде  олардың  көбі 

факельдерде  жануда  және  отын  ретінде  қолданылуда.  Сонымен  бірге,  Қазақстандағы 

Қаражанбас  (97%  СН

4

),  Құмкөл,  Жаңажол  (80%  СН

4

)  сияқты  барланған  қорлары  бар 

табиғи газ кендері бар, өндіріс орындарына үлкен мүмкіндіктер ашылуда. Карағанды (30-

40%  СН

4

)  кен  орнынан  көмір  өндіру  барысында  ауаға  СН

4 

–ның  көп  мөлшері  бөлінуде. 

Жүйелі  түрде  мұндай  байлықты  қолданбау  және  өңдеудің  өндірістік  тәсілінің  болмауы 

себебінен,  алкандардың  тотықтыру  конверсиясы  катализаторларын  дайындауды  терең 

зерттеу теориялық және практикалық жағынан да қызықты. Соңғы 50 жыл ішінде катализ 

процесіндегі  негізгі  бағыттардың  бірі  метанды  тиімді  айналдыру  жолдарын  іздеу  болып 

табылады,  дегенмен,  әлі  күнге  дейін  өнеркәсіпте  метанды  бағалы  химиялық  өнімдерге 

тікелей конверсиялау жүзеге асырылған жоқ. Табиғи газды өңдеу кезінде, түгелдей дерлік 

жағдайда  бірінші  кезең  синтез  -  газын  алудан  көрінеді,  одан  кейіннен  әртүрлі  пайдалы 

химиялық  өнімдер  алады  [1].Тотықтыру  процестері  заманауи  химиялық  технологияда 

басты рөл атқарады, себебі, олардың көмегімен әлемде өндірілетін химиялық өнімдердің 

50  %-дан  астамы  алынады  [2].  Соңғы  онжылдықта  төменгі  жанасу  уақыттарында 

жеткіліксіз  оттегімен  араласқан  катализдік  МПТ  арқылы  синтез  -  газынын  алудың  жаңа 

әдістері  қарқынды  дамуда,  бұл  метанды  белсендіру  жолдарын  табудың  және  оны  жаңа 

химиялық  реакцияларға  түсірудің  жаңа  тәсілі  болып  табылады.  Өте  төменгі  жанасу 

уақыттарында  катализдік  парциалдық  тотықтыру  тәсілі  алкандарды  химиялық  синтездеу 

кезінде әдеттегі технологиямен салыстырғанда барынша қарапайым және өлшемі жағынан 

барынша  кіші  реакторларды  қолдану  арқылы  көміртегі  түзбестен  салмағы  тең  емес 

өнімдер  өндіруге  қабілетті  жаңа  бағыттар  үшін  келешегінен  үміт  күттіретін  тәсіл  [3]. 

Қазіргі  уақытта  көмірсутегілердің  синтез  -  газға  СКТ  немесе  оларға  автотермиялық 

риформинг жүргізу булы конверсия процестеріне келешегі зор баламалы процесс ретінде 

қарастырылуда.  

 

Экспримент 

 

Зерттеу  үшін  ӨЖС  (өздігінен  таралатын  жоғары  температуралық  синтез)әдісмен  /0 

тасымалдағышына  қондырылған  жалпы  салмақ  5г  болып  келетін  төмен  пайызды 

Ni,Co,Mg,Ce/O 

және  Ni,Co,Mg,Zr/O  катализаторлары  жасалды.  Катализаторлар 

тасымалдағышқа элементтердің белгілі мөлшерін өлшеп алып, арластырып ,сосын оларды 

суда толық ертіп, кейін 500

о

С температурада кептіріп сосын оны және 120°С қыздырып, 

күлін  формаға  келтіріу  арқылы  дайындалдалды.Катализаторлар  жүйелі  металдар 

тұздарының құрғақ (кристал) түрінен әзірленген. Реакцияға дейінгі және реакция соңынан 

шығатын  газ  қоспасының  құрамы  хроматографиялық  әдіспен  «ХРОМОС-1000» 

хроматографында  талданды.  Хроматографиялық  шыңдарды  анықтау  калибрлеуші 

қисықтар  көмегімен  жүргізілді.  Ол  калибрлеуші  қисықты  таза  заттардың  көмегімен 

программалық 

қамтамасыз 

етілген 

«ХРОМОС 

- 

1000» 

хроматографында 

жүргізілген.Табиғи  газ  құрамындағы  метаннан  селективті  каталитикалық  тотықтыру 

арқылы  сутекқұрамды  заттаралу  үшін  қолданылатын  катализаторды  зерттейтін 

универсалды  қондырғының  қысқаша  сипатамасы.  Араластырғышқа  баллоннан 

реакциялық газдар : СН

4 

+ Ar , О

2 

+ Ar және Н

2 

+ Ar жіберілді. Газдардың жылдамдықтары 

нәзік  реттегіш  редуктор,  кран  көмегімен  реттеліп,  реометрлермен  қабылданып 

араластырғышқа  түседі.  Араластырғыштан  газдар  катализаторы  бар  реакторға  түседі. 

Реактор екі пештің көмегімен қыздырылады: бірінші пеш газды алдын -ала 573К дейін, ал 

екінші пеш реакция температурасына дейін қыздырып, ЛАТР көмегімен реттеп отырады. 

Газды  алдын  -  ала  қыздырып  отыратын  пеш  термопара  көмегімен  милливольтметрге 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

246

 

 

қосылған,ал  реакция  жүретін  пештің  температурасы  катализатор  қабатында  орналасқан 

және милливольтметрге жалғанған екі термопара көмегімен реттелді. 

 

Тәжірбие нәтижелері және оларды талдау 

 

Сонымен,  метанның  мақсатты  өнімге  айналуы  процесінің  бағытталуына  көлемдік 

жылдамдықтың  әсері  анықтайық.  Шындыққа  жақын  көмірсутектер  қоспасын  зерттеуде 

көлемдік  жылдамдықты  1000  сағ

-1 

-дан  8500  сағ

-1 

-ға  дейін  түрлендіру  тәжірибелері 

өткізілді.(сурет  1)  Көлемдік  жылдамдық  1000  сағ

-1 

болғанда  Н

2

  шығымы  52,9%  -ды 

құрады,  ал  2500  сағ

-1 

болғанда  56,9%,  сосын  көлемдік  жылдамдықты  8500  сағ

-1

 

арттырғанда  қайтадан  49,5%  -ға  дейін  төмендеді.  Осындай  тәуелділік  СО  де  байқалады, 

1000 сағ

-1 

болғанда 14,1% сәйкесінше 2500 сағ

-1 

СО мөлшері 14,8% -дан 8500 сағ

-1

 13,1% -

ға  дейін  төмендейді.  Сондай-ақ  осы  аталған  көлемдік  жылдамдықтар  аралығында 

селективтілік  Н

2

  -де  1000  сағ

-1 

-та  83,7  -ден  2500  сағ

-1

-та  93,6-ға,  көтеріліп  8500  сағ

-1 

-та 

87,4 -ке қайта төмендейді,СО-да 1000 сағ

-1 

-та 46,9 -ден 2500 сағ

-1 

-та 48 -ға, көтеріліп 8500 

сағ

-1 

46,2  -ге  дейін  төмендейді.  Бастапқы  қоспаның  мақсатты  өнімге  айналу 

көрсеткіштеріне көлемдік жылдамдық 1000 сағ

-1 

-тан 2500 сағ

-1 

-ға дейін арттыру оң әсер 

ететіні  анықталды.  Көлемдік  жылдамдықты  ары  қарай  арттырғанда  Н

2

,  СО  шығымы 

ақырындап төмендейді. Сонымен, шындыққа жақын көмірсутектер қоспасының тотығып 

айналуы  реакциясының  технологиялық  параметрлерін  мақсатты  өнімді  селективті  алуда 

реакция  температурасы  мен  көлемдік  жылдамдығын  түрлендіру  жолымен  оңтайландыру 

жүргізілді.  Тәжірбйеден  алынған  мәліметтерден,  сутекті  композиция  алу  реакциясының 

оңтайлы  технологиялық  параметрлері  900°С  температура  интервалы  және  көлемдік 

жылдамдық 2500 сағ

-1

 болып табылады деген қорытынды шығаруға болады. 

 

Сурет 1 – Ni-Co-Mg-Ce/Oкатализатор қатысында метанның синтез газға дейінгі талғамды 

тотығу  реакциясының көлемдік жылдамдыққа байланысты Н

2 

мен СО бойынша шығымы 

мен селективтілігі 

 

Төмендегі  (кесте  1)  -ден  көріп  тұрғандай,  700°С  -дан  900°С  -ге  дейін  Н

2

,  мен  СО, 

шығымымен селектливтілігінің өзгеріуі байқалады. Түзілетін Н

2

 шығымы700°С - та 35% -

дан 900°С - та 56,9%-ға дейін жоғарылап,. СО мөлшері 700°С -та 5,5%-дан 900°С - 14,6% -

ға  дейін  өсетінін  көре  аламыз.  Сондайақ  осы  температура  аралығында  селективтілік  Н

2

 

83,7%-  ден  93,65ға,  СО  28%-ден  48%ға  дейін  көтеріледі.Сонымен  жоғарда  айтылған 

шамаларды ескере отырып ең оптималды температура 900°С деп есептеуге болады.  

Қазіргі кезде көмірсутектердің селективті тотығуы мен автотермиялық риформингісі 

дәстүрлі процестерге баламалы процестер болып келеді [4]. Ауа мен табиғи газ қоспасына 

суды  қосу  Н

2

/СО  арақатынасын  керек  аралықта  реттеп  отыруға  мүмкіндік  береді. 

Реакциялық қоспадағы CH

4

:H

2

Oқатынасын  0  :  0  ден  4  :  1  дейін  түрлендірулері  зерттелді 

(Кесте 2). СН

4

: H

2

Оқатынасын 0 : 0 ден  2 : 1 дейін өзгерту мақсатты өнімдердің шығымын 

жоғарылатады және селективтілік әртүрлі өзгеріске түседі. 

 

 

 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

247

 

 

Кесте 1 – Ni-Co-Mg-Ce/Oкатализатор қатысында метанның синтез газға дейінгі талғамды 

тотығу  реакциясының  температураға  байланысты  Н

2 

мен  СО  бойынша  шығымы  мен 

селективтілігі 

Температ

ура

0

С 

Жанасу 

уақыты, 

с 

H

2 

 

шығымы 

СО 

шығымы 

H

2

селектив

тілік 

СО 

селективтілік 

700°С 

1,44 

35,0 

5,7 

88,0 

28,9 

750°С 

1,44 

45,0 

9,1 

88,4 

37,2 

800°С 

1,44 

54,9 

13,1 

90,0 

44,8 

850°С 

1,44 

56,0 

14,2 

93,3 

47,3 

900°С 

1,44 

56,9 

14,6 

93,6 

48,0 

 

Сонымен, 

метанның 

сутекті 

өнімдерге 

тотыға 

айналу 

реакциясының 

стехиометриясына сәйкес, СН

4 

: H

2

О қатынасын 0 : 0 деп алғанда Н

2 

шығымы 56,9%, СО 

шығымы 14,6% және 1 : 1 деп алғанда Н

2

, шығымы 61% СО, шығымы13,3%, СН

4 

: H

2

О 2 : 

1қатынасында Н

2

 шығымы 64% СО шығымы 15,8% болып өссе, керісінше СН

4 

: H

2

О 3 : 1 

қатынасында Н

2

  шығымы  57,4%  СО  шығымы  17,5%  болып,  СН

4 

:  H

2

О 4 : 1қатынасында 

Н

2

  шығымы  57%,СО  шығымы  14,9%  болып  төмендейді.Енді  тура  осы  қатынастардағы 

бөлінген  газдардың  селективтігіне  назар  аударсақ  0  :  0-ге  қатынасында  Н

2 

селективтігі 

93,6%,  СО  селективтігі  48%  және  1  :  1-ге  қатынасында  Н

2 

селективтігі  97%,  СО 

селективтігі  42,5%,  СН

4 

:  H

2

О    2  :  1қатынасында  Н

2 

селективтігі  97,5%  СО  селективтігі 

48,1%  болып  өссе,  СН

4 

:  H

2

О  3  :  1  қатынасында  Н

2 

селективтігі  91,6%,  болып 

төмендесекерісінше СО селективтігі 55,9% болып көтеріледі, СН

4 

: H

2

О 4 : 1қатынасында 

Н

2

  селективтігі  97,6%  болып  қайта  көтерілсе,  СО  селективтігі  50,6%  болып  керісінше 

қайта  төмендейді.Берілген  мәндерді  қортындылай  келе  оңтайлы  жағдай  СН

4 

:  H

2

О  2  :  1 

қатынасы деп айтуға болады. 

 

Кесте 2 – Ni-Co-Mg-Ce/Oкатализатор қатысында метанның синтез газға дейінгі талғамды 

тотығу    реакциясының  СН

4

:H

2

O  қатынасына  байланысты  Н

2 

мен  СО  бойынша  шығымы 

мен селективтілігі 

СН

4 

: H

2

O

 

қатынасы 

H

2 

шығымы 

900°С де 

СО 

шығымы 

900°С де 

H

2 

селективтілік 

900°С де 

СО 

селективтілік 

900°С де 

0 : 0 

56,9 

14,6 

93,6 

48,0 

1 : 1 

61,0 

13,3 

97,0 

42,5 

2 : 1 

64,0 

15,8 

97,5 

48,1 

3 : 1 

57,4 

17,5 

91,6 

55,9 

4 : 1 

57,0 

14,9 

97,6 

50,6 

 

Жеңіл  алкандардың  сутекті  композицияға  тотығып  айналу  реакциясында  жасалған  

катализатордың  активтілігі  мен  селективтілігіне  реакциялық  компоненттердің 

қатынасының әсері зерттелді. Негізгі реакциялық газардың оңтайлы қатынасын анықтауда 

катализатордың  әсері  зерттелді  (Сурет  2).  Бастапқы  реакциялық  қоспада  метан  34  -дан 

67%  -ға,  ауа  17  -дан  33%  -ға  және  аргон  49  -дан  0  -ға  дейін  түрлендіру  бойынша 

тәжірибелер жүргізілді. СН

4 

: О

2 

:  Ar  (34  :  17  :  49%)  қатынасында  сутек  шығымы  56,9%, 

СН

4 

: О

2 

:Ar (56,7 : 28,3 : 15%) қатынасында 66,0% -ға дейін артты. Осындай тәуелділік СО 

түзілгенде де байқалады, сәйкесінше СН

4

, О

2,  

Ar  (34:17:49%) болғанда СО шығымы 14% 

ке дейін және СН

4 

: О

2 

: Ar арақатынасын ары қарай арттырғанда жоғарыда аталған өнім 

шығымы 20% -ға дейін артады.Бастапқы реакциялық қоспадағы СН

4 

: О

2 

қатынасын 1 : 1 

ден  4  :  1  дейін  түрлендіру  эерттелді.  СН

4 

:  О

2 

қатынасын  1  :  1  ден    2  :  1  дейін  өзгерту 

мақсатты  өнімдердің  шығымын  жоғарылатады,  Сонымен,  метанның  сутекті  өнімдерге 

жүктеу/скачать 31,15 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: