Катализаторы. 
Органическая химия: окислительные превращения метана

Активными катализаторами паровой конверсии метана является металлы VIII группы. Ряд их активностей: Rh, Ru > Ni > Ir > Pd, Pt Co, Fc [9]. Наиболее активен Rh, число оборотов (каталитическая активность) на котором в 13 раз больше, чем на Ni, затем идет Ru. Железо и кобальт в условиях паровой конверсии окисляются и дезактивируются, а благородные металлы дороги, поэтому единственным промышленным катализатором паровой конверсии метана является никель, нанесенный на различные носители.

Типичным носителем для никелевых катализаторов паровой конверсии является оксидная керамика: Са-А1₂0₃, MgO, MgAl₂0₄, Zr0₂. Для повышения прочности применяют цементные связки, не содержащие Si0₂, чаще всего — СаА1₂0₄. Катализатор фирмы «Топсе» содержит около 25% Ni, нанесенного на MgO с добавкой 6% А1₂0₃. Оксид магния менее подвержен закоксовыванию, чем такой носитель, как А1₂0₃. Для этой же цели в катализатор добавляют щелочные добавки, например калий, .однако добавление калия снижает активность. Катализатор должен работать при высокой температуре нспрерывно в течение от одного года до трех лет, его удельная поверхность равна 2−3 м²/г, удельная поверхность Ni 0,5 м²/г. Обычно катализатор требует первоначального нагрева, после чего реакция протекает автотермически. Для лучшего массопереноса катализатор применяют в виде небольших гранул или колец. Таким же образом применяют и российский катализатор ГИАП-16. Процесс протекает во внутренне диффузионной области, в основном на внешней поверхности катализатора.

Из числа изучавшихся для процесса паровой конверсии СН4 катализаторов Со, Си, Fe, Ni, Pd и Pt на Zr0₂-Al₂03 при 500−800°С активными были Pt и Pd, относительно активным оказался Со [10]. Остальные катализаторы быстро покрывались углеродом и дезактивировались.

Углерод, получающийся в условиях паровой конверсии по реакциям (2.5) и (2.6), образуется в виде угольных нитей с частичкой Ni на конце нити. При этом снижается механическая прочность носителя, вплоть до его разрушения. Из-за низкой механической прочности было прекращено использование СаА1₂0₄. К тому же катализатор на его основе терял активность в процессе эксплуатации, образуя NiAl₂0₄. Высокой и стабильной механической прочностью обладает а-А1₂0₃, однако он имеет низкую удельную поверхность.

Высокостабильным оказался катализатор, полученный из твердого раствора Nio.03Mgo.97O [11]. Восстановленный катализатор содержал только 0,17 мкмолей Ni/r. Уменьшение коксообразования связано с очень малыми размерами частиц Ni.

Никелевые катализаторы легко отправляются серой с образованием Ni₃S₂. Содержание серы в газе не должно превышать 0,2−0,5 ppm. Отравление серой обратимо: ее удаление из исходного сырья регенерирует металлический Ni.