ul. Wspólna 1/3 00-529 Warszawa 53

Spalanie metanu, który jest jednym z najtrudniej spalających się węglowodorów prowadzono na metalicznych katalizatorach monolitycznych typu “plaster miodu”. Jako nośnik zastosowano folię żaroodporną pokrytą warstwą Al₂O₃ z dodatkami rozwijającymi powierzchnię nośnika. Jako warstwy aktywne stosowano Pd lub perowskity (LaCoO₃ i La_1-xM_xCoO₃ , gdzie M to Pd, Ag, Pt).
Najwyższą aktywność w spalaniu metanu mają katalizatory palladowe, zawierające 2% wag. Pd, są one jednak mało odporne termicznie i nie mogą pracować w wysokich temperaturach. W celu poprawy właściwości tych katalizatorów przeprowadzono modyfikację składu powszechnie stosowanej warstwy pośredniej z Al₂O₃, dodając do niej różne ilości tlenków SiO₂, La₂O₃, TiO₂, ZrO₂, ZrSiO₄, MnO, pojedynczo lub zmieszanych. Uzyskano stopień przereagowania metanu w temperaturze 550^oC w zakresie 94,5-97,9%, zaś ubytki masy po 4000 cyklach ogrzewania do temperatury 1000^oC i chłodzenia do temperatury pokojowej wynosiły 0,46-0,72%.
Wysoką aktywność w spalaniu metanu miał katalizator monolityczny, zawierający 11,7% perowskitu LaCoO₃. Częściowe zastąpienie lantanu w perowskicie LaCoO₃ palladem lub srebrem powoduje podwyższenie aktywności tego katalizatora. Katalizatory te wykazały ponadto dobrą stabilność w czasie 500h spalania mieszaniny 1% obj. metanu w powietrzu w temperaturze 700-750^oC.
Katalizatory Pd/Al₂O₃-ZrSiO₄, La_0,9Ag_0,1CoO₃, La_0,92Pd_0,08CoO₃ zachowały wysoką aktywność podczas prób w reaktorze ćwierć technicznym. Na wszystkich badanych katalizatorach przy spalaniu 1% obj. metanu w powietrzu w temperaturze 560^oC osiągnięto stopień przereagowania metanu wyższy od 98%.
Badania spalania metanu wykazały, że zastąpienie części lantanu srebrem podwyższa stopień przereagowania metanu na katalizatorze. Spalanie metanu na tego typu katalizatorach jest całkowite i w gazach odlotowych nie stwierdzono obecności CO ani NO_X. Najwyższą aktywność wykazywał katalizator z warstwą aktywną La_0,9Ag_0,1CoO₃ . Chociaż mikroanaliza rentgenowska wykazała zbyt małą ilość kobaltu w warstwie powierzchniowej w stosunku do ilości stechiometrycznej, uzyskano tu jednak najwyższe stopnie przereagowania metanu w temperaturach powyżej 620^oC.
W procesie katalitycznego spalania metanu w wysokich temperaturach ważna jest odporność termiczna katalizatorów. Przyśpieszone starzenie katalizatorów było symulowane przez ogrzewanie ich do temperatury 1000^oC i chłodzenie do temperatury pokojowej. Najwyższą odporność wykazywał katalizator z warstwą aktywną La_0,8Pt_0,2CoO₃, na którym względny ubytek masy wnosił 0,4% po 4000 cykli.
Z kolei badania aktywności katalizatorów w skali ćwierć technicznej pokazały, że najwyższą aktywność w temperaturach niższych od 430^oC wykazuje katalizator Pd/Al₂O₃-ZrSiO₄. Katalizator monolityczny zawierający 14% wag. warstwy aktywnej La_0.9Ag_0.1CoO₃ jest bardziej aktywny w wyższych temperaturach. Na wszystkich badanych katalizatorach tego typu stopień przereagowania metanu był wyższy niż 98%, a spalanie metanu całkowite, gdyż nie stwierdzono w gazach za katalizatorem obecności tlenku węgla.
Generalnie, najwyższą aktywność w reakcji spalania metanu wykazują katalizatory oparte na metalach szlachetnych zwłaszcza palladzie. Jednak ich wysoka cena, mała odporność termiczna oraz możliwość tworzenia w wysokich temperaturach i atmosferze utleniającej lotnych tlenków metali szlachetnych powodują, iż nadal poszukuje się innych katalizatorów.
Alternatywnymi katalizatorami mogą być zatem tlenki takich metali jak Co, Cr, Fe, Mn, Cu, Ni lub ich mieszaniny. Dobre własności katalityczne i odporność termiczną wykazują tlenki o strukturze perowskitu o ogólnym wzorze ABO₃.