Каталитическое восстановление углекислого газа на промышленных катализаторах

Выполнена оценка применимости некоторых промышленных катализаторов для процесса переработки углекислого газа в синтез-газ. Для исследования были выбраны катализаторы на основе переходных металлов (Fe, Ni, Co) и Cu, используемые в крупнотоннажных процессах гидрирования и технологии синтез-газа: НИАП-03-01 (катализатор паровой конверсии углеводородных газов), НИАП-06-06 (катализатор низкотемпературной конверсии СО), AmoМax 10 (катализатор синтеза аммиака), Со-Al₂O₃ /SiO₂ (катализатор синтеза углеводородов). Катализаторы были испытаны в процессе восстановления СО₂ по обратной реакции водяного газа (RGWS). Показано, что Cu-содержаний катализатор (НИАП 06-06) обладает наибольшей активностью и селективностью в процессе восстановления СО₂: при ОСГ 32000 ч^–1, Н₂ /СО₂ = 2 и температурах 500–800 °С степень достижения равновесия реакции RGWS составляет 97 %. Показано, что за счет изменения технологических параметров восстановления СО₂ (температура, отношение Н₂ /СО₂) можно добиться получения синтез-газа требуемого состава для проведения синтезов углеводородов и метанола.

1. Climate change 2014: mitigation of climate change. Edenhofer O. (ed.). Cambridge University Press, 2015. Т. 3. DOI: 10.1017/CBO9781107415416.

2. Friedlingstein P., O'sullivan M., Jones M.W., Andrew R.M. et al. // Earth System Science Data Discussions. 2022. V. 2022. P. 1—159. DOI: 10.5194/essd-14-4811-2022.

3. Solomon S., Plattner G.-K., Knutti R., Friedlingstein P. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009. V. 106. № 6. P. 1704—1709. DOI: 10.1073/pnas.0812721106.

4. Shu D.Y., Deutz S., Winter B.A., Baumgärtner N., Leenders L., Bardow A. // Renewable Sustainable Energy Reviews. 2023. V. 178. P. 113246. DOI: 10.1016/j.rser.2023.113246.

5. Jarvis S.M., Samsatli S. // Renewable Sustainable Energy Reviews. 2018. V. 85. P. 46—68. DOI: 10.1016/j.rser.2018.01.007.

6. Jangam A., Das S., Dewangan N., Hongmanorom P., Hui W.M., Kawi S. // Catalysis Today. 2020. V. 358. P. 3—29. DOI: 10.1016/j.cattod.2019.08.049.

7. Kattel S., Liu P., Chen J.G. // Journal of the American Chemical Society. 2017. V. 139. № 29. P. 9739—9754. DOI: 10.1021/jacs.7b05362.

8. Мордкович В.З., Синева Л.В., Кульчаковская Е.В., Асалиева Е.Ю. // Катализ в промышленности. 2015. № 5. C. 23—45. DOI: 10.18412/1816-0387-2015-5-23-45.

9. Zhang Y., Ding C., Wang J., Jia Y., Xue Y., Gao Z., Yu B., Gao B., Zhang K., Liu P. // Catalysis Science Technology. 2019. V. 9. № 7. P. 1581—1594. DOI: 10.1039/C8CY02593B.

10. Шелдон Р.А. Химические продукты на основе синтез-газа. Под ред. Локтева С.М. М.: Химия, 1987. 247 с.

11. Galadima A., Muraza O. // Journal of Natural Gas Science Engineering. 2015. V. 25. P. 303—316. DOI: 10.1016/j.jngse.2015.05.012.

12. Simakov D.S.A. Renewable synthetic fuels and chemicals from carbon dioxide: fundamentals, catalysis, design considerations and technological challenges. Springer, 2017. 75 p. DOI: 10.1007/978-3-319-61112-9.

13. Yang L., Pastor-Pérez L., Villora-Picó J.J., Gu S., Sepúlveda- Escribano A., Reina T.R. // Applied Catalysis A: General. 2020. V. 593. Art. 117442. DOI: 10.1016/j.apcata.2020.117442.

14. Bobadilla L.F., Santos J.L., Ivanova S., Odriozola J.A., Urakawa A. // ACS Catalysis. 2018. V. 8. № 8. P. 7455—7467. DOI: 10.1021/acscatal.8b02121.

15. Ishito N., Hara K., Nakajima K., Fukuoka A. // Journal of Energy Chemistry. 2016. V. 25. № 2. P. 306—310. DOI: 10.1016/j.jechem.2015.12.005.

16. Tang R., Zhu Z., Li C., Xiao M., Wu Z., Zhang D., Zhang C., Xiao Y., Chu M., Genest A. // ACS Materials Letters. 2021. V. 3. № 12. P. 1652—1659. DOI: 10.1021/acsmaterialslett.1c00523.

17. Yan Y., Wang Q., Jiang C., Yao Y., Lu D., Zheng J., Dai Y., Wang H., Yang Y. // Journal of Catalysis. 2018. V. 367. P. 194—205. DOI: 10.1016/j.jcat.2018.08.026.

18. Chen X., Su X., Liang B., Yang X., Ren X., Duan H., Huang Y., Zhang T. // Journal of Energy Chemistry. 2016. V. 25. № 6. P. 1051—1057. DOI: 10.1016/j.jechem.2016.11.011.

19. Kim S.S., Lee H.H., Hong S.C. // Applied Catalysis B: Environmental. 2012. V. 119. P. 100—108. DOI: 10.1016/j.apcatb.2012.02.023.

20. Wang L., Liu H., Chen Y., Yang S. // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. V. 42. № 6. P. 3682—3689. DOI:10.1016/j.ijhydene.2016.07.048.

21. Wang L., Liu H. // Catalysis Today. 2018. V. 316. P. 155—161. DOI: 10.1016/j.cattod.2018.04.015.

22. Yang L., Pastor-Pérez L., Gu S., Sepúlveda-Escribano A., Reina T. // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 232. P. 464—471. DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.03.091.

23. Lu B., Kawamoto K. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2013. V. 1. № 3. P. 300—309. DOI: 10.1016/j.jece.2013.05.008.

24. Kim D.H., Han S.W., Yoon H.S., Kim Y.D. // Journal of Industrial Engineering Chemistry. 2015. V. 23. P. 67—71. DOI:10.1016/j.jiec.2014.07.043.

25. Chen C.-S., Cheng W.-H., Lin S.-S. // Applied Catalysis A: General. 2004. V. 257. № 1. P. 97—106. DOI: 10.1016/S0926-860X(03)00637-9.

26. Galván C.Á., Schumann J., Behrens M., Fierro J.L.G., Schlögl R., Frei E. // Applied Catalysis B: Environmental. 2016. V. 195. P. 104—111. DOI: 10.1016/j.apcatb.2016.05.007.

27. Ebrahimi P., Kumar A., Khraisheh M. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 97. P. 41259—41267. DOI:10.1016/j.ijhydene.2021.12.142.

28. Xu J., Gong X., Hu R., Liu Z.-W., Liu Z.-T. // Molecular Catalysis. 2021. V. 516. Art. 111954. DOI: 10.1016/j.mcat.2021.111954.

29. Savost’yanov A.P., Yakovenko R.Y., Narochnyi G.B., Bakun V.G., Sulima S.I., Yakuba E.S., Mitchenko S.A. // Kinetics and Catalysis. 2017. V. 58. P. 81—91. DOI: 10.1134/S0023158417010062.

30. Савостьянов А.П., Яковенко Р.Е., Нарочный Г.Б., Бакун В.Г., Меркин А.А. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2018. T. 61. № 9-10. C. 53—58. DOI: 10.6060/ivkkt.20186109-10.5864a.

31. Дульнев А.В., Обысов А.В. Опыт промышленной эксплуатации и пути совершенствования нанесенных Ni-катализаторов риформинга природного газа // Катализ в промышленности. 2011. № 4. C. 71—77.

32. Голосман Е.З., Дульнев А.В., Ефремов В.Н., Круглова М.А., Лунин В.В., Обысов М.А., Поливанов Б.И., Ткаченко И.С., Ткаченко С.Н. // Катализ в промышленности. 2017. № 6. C. 487—509. DOI: 10.18412/1816-0387-2017-6-487-509.

33. Комова З.В., Зрелова И.П., Вейнбендер А.Я., Шкитина В.И., Крендель А.И., Шаркина В.И., Боевская Е.А. // Катализ в промышленности. 2007. № 5. C. 43—50.

34. Liu H.-Z., Li X.-N., Hu Z.-N. // Applied Catalysis A: General. 1996. T. 142, № 2. C. 209—222. DOI: 10.1016/0926-860X(96)00047-6.

35. Ay S., Ozdemir M., Melikoglu M. // Chemical Engineering Research. 2021. V. 175. P. 146—160. DOI: 10.1016/j.cherd.2021.08.039.

36. Jozwiak W., Kaczmarek E., Maniecki T., Ignaczak W., Maniukiewicz W. // Applied Catalysis A: General. 2007. V. 326. № 1. P. 17—27. DOI: 10.1016/j.apcata.2007.03.021.

37. Xiujin Y., Bingyu L., Jianxin L., Rong W., Kemei W. // Journal of Rare Earths. 2008. V. 26. № 5. P. 711—716. DOI: 10.1016/S1002-0721(08)60168-4.

38. Lin H.-Y., Chen Y.-W. // Materials Chemistry Physics. 2004. V. 85. № 1. P. 171—175. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2003.12.028.

39. Wong L., Tang L., Scarlett N.V., Chiang K., Patel J., Burke N., Sage V. // Applied Catalysis A: General. 2017. V. 537. P. 1—11. DOI: 10.1016/j.apcata.2017.02.022.

40. Яковенко Р.Е., Нарочный Г.Б., Зубков И.Н., Непомнящих Е.В., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2019. T. 60. № 2. C. 235—244. DOI: 10.1134/S0453881119020163.

41. Караваев М.М., Леонов В.Е., Попов И.Г., Шепелев Е.Т. Технология синтетического метанола. Под ред. Караваева М.М. М.: Химия, 1984. 240 с.