catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2022-4-22-27catal-825Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYЭкспериментальные исследования и кинетика окисления водорода кислородом в среде углекислого газа при повышенном давлении на Pt/Pd стекловолокнистых катализаторахExperimental investigations and kinetics of hydrogen oxidation by oxygen in the media of carbon dioxide under elevated pressure at fiber-glass Pt/Pd catalystsЗагоруйкоА. Н.ZagoruikoA. N.ctls@kalvis.ruЛопатинС. А.LopatinS. A.ctls@kalvis.ruМикенинП. Е.MikeninP. E.ctls@kalvis.ruЕлышевА. В.ElyshevA. V.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Тюменский государственный университет (ТюмГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Tyumen State UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian FederationТюменский государственный университет (ТюмГУ)РоссияTyumen State UniversityRussian Federation2022190720222242227Copyright © LLC "KALVIS", 20222022LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/825

Статья посвящена изучению эффективности стекловолокнистых катализаторов (СВК) в практически важной реакции окисления водорода кислородом в среде углекислого газа при повышенных давлениях. Образцы катализаторов были синтезированы с использованием платины и палладия (в качестве активных металлов), а также термостойких высококремнистых стеклотканей – как немодифицированных, так и модифицированных Zr. Способы приготовления катализаторов включали поверхностный термический синтез и методы выщелачивания/пропитки. Все три протестированных образца проявили примерно одинаковую активность, но предпочтение было отдано СВК на основе Pt, полученному методом поверхностного термического синтеза, так как в нем используется гораздо более дешевая и широко доступная стеклоткань вместо редких и дорогих материалов, модифицированных Zr. Ресурсные испытания этого катализатора в течение более 200 ч показали его высокую стабильность. Скорость реакции окисления водорода на данном катализаторе можно описать кинетическим уравнением, соответствующим закону действующих масс с линейной зависимостью от давления в реакционной системе. Исследуемый СВК может быть выполнен в виде структурированных картриджей с низким перепадом давления и высокой интенсивностью тепломассопереноса в условиях промышленного технологического процесса, поэтому его дальнейшее практическое применение представляется перспективным.

The study is dedicated to the performance of glass-fiber catalysts (GFCs) in the practically important reaction of hydrogen oxidation by oxygen in the media of carbon dioxide at elevated pressures. The samples of the catalysts were synthesized using Pt and Pd as active metals and thermostable high-silica glass-fiber textiles both unpromoted and promoted by Zr. The used catalyst preparation methods include surface thermal synthesis and leaching/impregnation approaches. All three tested samples showed approximately equal activity, but the preference was given to Pt-based GFC synthesized by means of surface thermal synthesis method because it uses the much cheaper and widely available glass-fiber textile instead of rare and expensive Zr-promoted materials. Resource testing of this catalyst for more than 200 hours demonstrated its high stability. The reaction rate may be described by kinetic equation corresponding to mass-action law with linear dependence upon the reaction pressure. The studied GFC may be arranged into structured cartridges with low pressure drop and highly intensive heat and mass transfer under the commercial process conditions, so its further practical application looks promising.

водородокислениестекловолоконный катализаторплатинапалладийhydrogenoxidationglass-fiber catalystplatinumpalladiumReferencesŁomot D., Karpiński Z. // Res. Chem. Intermed. 2015. Vol. 41. P. 9171–9179. https://doi.org/10.1007/s11164-015-1935-3.Łomot D., Karpiński Z. // Res. Chem. Intermed. 2015. Vol. 41. P. 9171–9179. https://doi.org/10.1007/s11164-015-1935-3.Russell A.E., Ball S.C., Maniguet S., Thompsett D. // J. Power Sources. 2007. Vol. 171. P. 72–78. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.02.050.Russell A.E., Ball S.C., Maniguet S., Thompsett D. // J. Power Sources. 2007. Vol. 171. P. 72–78. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.02.050.Balzhinimaev B.S., Paukshtis E.A., Vanag S.V., Suknev A.P., Zagoruiko A.N. // Catal. Today. 2010. Vol. 151. P. 195–199. http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2010.01.011Balzhinimaev B.S., Paukshtis E.A., Vanag S.V., Suknev A.P., Zagoruiko A.N. // Catal. Today. 2010. Vol. 151. P. 195–199. http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2010.01.011Барелко В.В., Юранов И.А., Черашев А.Ф., Хрущ А.П., Матышак В.А., Хоменко Т.И., Сильченкова О.Н., Крылов О.В. // Доклады Академии наук. 1998. Т. 361. С. 485−488.Барелко В.В., Юранов И.А., Черашев А.Ф., Хрущ А.П., Матышак В.А., Хоменко Т.И., Сильченкова О.Н., Крылов О.В. // Доклады Академии наук. 1998. Т. 361. С. 485−488.Kiwi-Minsker L., Yuranov I., Siebenhaar B., Renken A. // Catal. Today. 1999. Vol. 54. P. 39–46. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(99)00165-0Kiwi-Minsker L., Yuranov I., Siebenhaar B., Renken A. // Catal. Today. 1999. Vol. 54. P. 39–46. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(99)00165-0Matatov-Meytal Y., Sheintuch M. // Appl. Catal. A: Gen. 2002. Vol. 231. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(01)00963-2.Matatov-Meytal Y., Sheintuch M. // Appl. Catal. A: Gen. 2002. Vol. 231. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(01)00963-2.Reichelt E., Heddrich M.P., Jahn M., Michaelis A. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. Vol. 476. P. 78–90. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.02.021.Reichelt E., Heddrich M.P., Jahn M., Michaelis A. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. Vol. 476. P. 78–90. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.02.021.Загоруйко А.Н., Лопатин С.А. Структурированные каталитические системы на основе стекловолокнистых катализаторов. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2018. 204 с.Загоруйко А.Н., Лопатин С.А. Структурированные каталитические системы на основе стекловолокнистых катализаторов. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2018. 204 с.Лопатин С.А., Цырульников П.Г., Котолевич Ю.С., Микенин П.Е., Писарев Д.А., Загоруйко А.Н. // Катализ в промышленности. 2015. № 3. С. 67−72. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-3-67-72.Лопатин С.А., Цырульников П.Г., Котолевич Ю.С., Микенин П.Е., Писарев Д.А., Загоруйко А.Н. // Катализ в промышленности. 2015. № 3. С. 67−72. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-3-67-72.Lopatin S., Elyshev A., Zagoruiko A. // Catal. Today. 2022. Vol. 383. P. 259–265. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.02.010.Lopatin S., Elyshev A., Zagoruiko A. // Catal. Today. 2022. Vol. 383. P. 259–265. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.02.010.Zagoruiko A.N., Lopatin S.A., Mikenin P.E., Pisarev D.A.,. Zazhigalov S.V., Baranov D.V. // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2017. Vol. 122. P. 460–472. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.05.018.Zagoruiko A.N., Lopatin S.A., Mikenin P.E., Pisarev D.A.,. Zazhigalov S.V., Baranov D.V. // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2017. Vol. 122. P. 460–472. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.05.018.Xanthopoulou G., Vekinis G. // Appl. Catal. B: Environ. 1998. Vol. 19, No. 1. P. 37–44. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(98)00056-3Xanthopoulou G., Vekinis G. // Appl. Catal. B: Environ. 1998. Vol. 19, No. 1. P. 37–44. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(98)00056-3Specchia S., Civera A., Saracco G. // Chem. Eng. Sci. 2004, Vol. 59, No. 22/23. P. 5091–5098. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.08.028Specchia S., Civera A., Saracco G. // Chem. Eng. Sci. 2004, Vol. 59, No. 22/23. P. 5091–5098. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.08.028Завьялова У.Ф., Третьяков В.Ф., Бурдейная Т.Н., Лунин В.В., Шитова Н.Б., Рыжова Н.Д., Шмаков А.Н., Низовский А.И., Цырульников П.Г. // Кинетика и катализ. 2005. Т. 46, № 5. С. 795−800. https://doi.org/10.1007/s10975-005-0132-6Завьялова У.Ф., Третьяков В.Ф., Бурдейная Т.Н., Лунин В.В., Шитова Н.Б., Рыжова Н.Д., Шмаков А.Н., Низовский А.И., Цырульников П.Г. // Кинетика и катализ. 2005. Т. 46, № 5. С. 795−800. https://doi.org/10.1007/s10975-005-0132-6Fino D., Russo N., Saracco G., Specchia V. // J. Catal. 2006. Vol. 242, No. 1. P. 38–47. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2006.05.023Fino D., Russo N., Saracco G., Specchia V. // J. Catal. 2006. Vol. 242, No. 1. P. 38–47. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2006.05.023K. Morsi // J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47, No. 1. P. 68–92. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-011-5926-5K. Morsi // J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47, No. 1. P. 68–92. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-011-5926-5Yadav G.D., Ajgaonkar N.P., Varma A. // J. Catal. 2012. Vol. 292. P. 99–110. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.05.004Yadav G.D., Ajgaonkar N.P., Varma A. // J. Catal. 2012. Vol. 292. P. 99–110. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.05.004Postole G., Nguyen T.-S., Aouine M., Gélin P., Cardenas L., Piccolo L. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. Vol. 166/167. P. 580–591. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.024Postole G., Nguyen T.-S., Aouine M., Gélin P., Cardenas L., Piccolo L. // Appl. Catal. B: Environ. 2015. Vol. 166/167. P. 580–591. https://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.024Desyatikh I.V., Vedyagin A.A., Kotolevich Yu.S., Tsyrul’nikov P.G. // Combust. Explos. Shock Waves. 2011. Vol. 47, P. 677–682. https://doi.org/10.7868/S0453881112060019Desyatikh I.V., Vedyagin A.A., Kotolevich Yu.S., Tsyrul’nikov P.G. // Combust. Explos. Shock Waves. 2011. Vol. 47, P. 677–682. https://doi.org/10.7868/S0453881112060019Котолевич Ю.С., Супрун Е.А., Шарафутдинов М.Р., Цырульников П.Г., Саланов А.Н., Гончаров В.Б. // Изв. высш. учеб. заведений. Физика. 2011. Т. 54, № 12/2. С. 48–53.Котолевич Ю.С., Супрун Е.А., Шарафутдинов М.Р., Цырульников П.Г., Саланов А.Н., Гончаров В.Б. // Изв. высш. учеб. заведений. Физика. 2011. Т. 54, № 12/2. С. 48–53.Афонасенко Т.Н., Цырульников П.Г., Гуляева Т.И., Леонтьева Н.Н., Смирнова Н.С., Кочубей Д.И., Мироненко О.О., Свинцицкий Д.А., Боронин А.И., Котолевич Ю.С., Супрун Е.А., Саланов А.Н. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54, № 1. С. 61−70. https://doi.org/10.7868/S0453881112060019Афонасенко Т.Н., Цырульников П.Г., Гуляева Т.И., Леонтьева Н.Н., Смирнова Н.С., Кочубей Д.И., Мироненко О.О., Свинцицкий Д.А., Боронин А.И., Котолевич Ю.С., Супрун Е.А., Саланов А.Н. // Кинетика и катализ. 2013. Т. 54, № 1. С. 61−70. https://doi.org/10.7868/S0453881112060019Kotolevich Y.S., Khramov E.V., Mironenko O.O., Zubavichus Ya.V., Murzin V.Yu., Frey D.I., Metelev S.E., Shitova N.B., Tsyrulnikov P.G. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2014. Vol. 23, No. 1. P. 9–17. https://doi.org/10.3103/S1061386214010075Kotolevich Y.S., Khramov E.V., Mironenko O.O., Zubavichus Ya.V., Murzin V.Yu., Frey D.I., Metelev S.E., Shitova N.B., Tsyrulnikov P.G. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2014. Vol. 23, No. 1. P. 9–17. https://doi.org/10.3103/S1061386214010075Kotolevich Y.S., Mamontov G.V., Vodyankina O.V., Petrova N.I., Smirnova N.S., Tsyryul’nikov P.G., Trenikhin M.V., Nizovskii A.I., Kalinkin A.V., Smirnov M.Y., Goncharov V.B. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. Vol. 26, No. 4. P. 234–239. https://doi.org/10.3103/S1061386217040045Kotolevich Y.S., Mamontov G.V., Vodyankina O.V., Petrova N.I., Smirnova N.S., Tsyryul’nikov P.G., Trenikhin M.V., Nizovskii A.I., Kalinkin A.V., Smirnov M.Y., Goncharov V.B. // Int. J. Self-Propag. High-Temp. Synth. 2017. Vol. 26, No. 4. P. 234–239. https://doi.org/10.3103/S1061386217040045

The authors declare that there are no conflicts of interest present.