Структурированные катализаторы паровой и паровоздушной конверсий этанола в синтез-газ. II. Физико-химические свойства

Этанол является одним из перспективных источников водорода (синтез-газа), в том числе в различных приложениях энергетики. Получение синтез-газа из этанола возможно различными путями, например, такими, как паровая и паровоздушная конверсия, которые являются эндотермической и термонейтальными реакциями соответственно. Контроль и управление тепло- и массопереноса при протекании указанных реакций является важной задачей, что может быть решено за счет использования катализаторов на теплопроводящих металлических подложках. В данной работе представлены результаты изучения физико-химических свойств Pt-, Rh-, Pd-, Ru-, Ni-, Co-содержащих структурированных катализаторов, нанесенных на FeCrAl сетчатый носитель, исследованных в процессах паровой и паровоздушной конверсий этанола. Среди испытанных образцов наибольшую эффективность в процессах паровой и паровоздушной конверсий этанола проявил рутениевый катализатор, обеспечивая равновесный состав продуктов без видимых признаков зауглероживания.

1. К. И. Шефер, Э. М. Мороз, В. Н. Рогожников, 3, А. В. Порсин. Состав оксидных соединений, нанесенных на металлическую сетку при синтезе катализаторов окисления углеводородов // Известия ран. серия физическая. 2016. Т. 80, № 11. С. 1525-1528. DOI: 10.7868/S0367676516110284

2. Porsin A.V. , Kulikov A.V. , Rogozhnikov V.N. , Serkova A.N. , Salanov A.N. , Shefer K.I. Structured Reactors on a Metal Mesh Catalyst for Various Applications // Catalysis Today. 2016. V.273. P.213-220. DOI: 10.1016/j.cattod.2016.03.033

3. Porsin A.V., Rogozhnikov V.N., Kulikov A.V., Salanov A.N., Serkova A.N. Crystallization of Aluminum Hydroxide in a Sodium Aluminate Solution on a Heterogeneous Surface // Crystal Growth and Design. 2017. V.17. N9. P.4730-4738. DOI: 10.1021/acs.cgd.7b00660

4. Рогожников В.Н., Потемкин Д.И., Стонкус О.М., Шефер К.И., Саланов А.Н., Пахарукова В.П., Снытников П.В. Структурированные катализаторы паровой и паровоздушной конверсии этанола в синтез-газ: I. Приготовление и каталитические свойства // Катализ в промышленности. 2024. Т.24, № 6, С.

5. Pakharukova V.P. et al. Investigation of the Structure and Interface Features of Ni/Ce 1– x Zr x O 2 Catalysts for CO and CO 2 Methanation // J. Phys. Chem. C. 2021. Vol. 125, № 37. P. 20538–20550

6. Ruocco C. et al. Experimental study of the oxidative steam reforming of fuel grade bioethanol over Pt–Ni metallic foam structured catalysts // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. Vol. 48. № 32. P. 11943-11955. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.05.276

7. Palma V. et al. Ethanol steam reforming over bimetallic coated ceramic foams: Effect of reactor configuration and catalytic support // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40, № 37. P. 12650-12662. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.07.138

8. El Doukkali M. et al. Bioethanol/glycerol mixture steam reforming over Pt and PtNi supported on lanthana or ceria doped alumina catalysts // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. Vol. 37, № 10. P. 8298-8309. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.02.154

9. Divins N.J. et al. Bio-ethanol steam reforming and autothermal reforming in 3-μm channels coated with RhPd/CeO2 for hydrogen generation // Chem. Eng. Process. Process Intensif. 2013. Vol. 64. P. 31-37. https://doi.org/10.1016/j.cep.2012.10.018

10. Cai W. et al. Autothermal reforming of ethanol for hydrogen production over an Rh/CeO2 catalyst // Catal. Today. 2008. Vol. 138, № 3–4. P. 152-156. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2008.05.019

11. Cifuentes B. et al. Bioethanol steam reforming over monoliths washcoated with RhPt/CeO2–SiO2: The use of residual biomass to stably produce syngas // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46, № 5. P. 4007-4018. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.10.271

12. Chen H. et al. Hydrogen production via autothermal reforming of ethanol over noble metal catalysts supported on oxides // J. Nat. Gas Chem. 2009. Vol. 18, № 2. P. 191-198. https://doi.org/10.1016/S1003-9953(08)60106-1

13. Rass-Hansen J. et al. Steam reforming of technical bioethanol for hydrogen production // Int. J. Hydrogen Energy. 2008. Vol. 33, № 17. P. 4547-4554. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.06.020

14. Wang S. et al. Hydrogen production from the steam reforming of bioethanol over novel supported Ca/Ni-hierarchical Beta zeolite catalysts // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46, № 73. P. 36245-36256. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.08.170

15. Ruocco C. et al. Stability of bimetallic Ni/CeO2–SiO2 catalysts during fuel grade bioethanol reforming in a fluidized bed reactor // Renew. Energy. 2022. Vol. 182. P. 913-922. https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.10.064

16. Benito M. et al. Zirconia supported catalysts for bioethanol steam reforming: Effect of active phase and zirconia structure // J. Power Sources. 2007. Vol. 169, № 1. P. 167-176. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.01.047

17. Xue Z. et al. Promoting effects of lanthanum oxide on the NiO/CeO2 catalyst for hydrogen production by autothermal reforming of ethanol // Catal. Commun. 2018. Vol. 108. P. 12-16. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.01.024

18. Lou S. et al. A-site deficient titanate perovskite surface with exsolved nickel nanoparticles for ethanol steam reforming // Chem. Eng. Sci. Elsevier LTD, 2023. Vol. 274. P. 118690. https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118690

19. Llorca J. et al. Co-free hydrogen from steam-reforming of bioethanol over ZnO-supported cobalt catalysts: Effect of the metallic precursor // Appl. Catal. B Environ. 2003. Vol. 43, № 4. P. 355-369. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(02)00326-0

20. Aker V., Ayas N. Boosting hydrogen production by ethanol steam reforming on cobalt-modified Ni–Al2O3 catalyst // Int. J. Hydrogen Energy. Hydrogen Energy Publications LLC, 2023. Vol. 48, № 60. P. 22875-22888. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.12.310

21. Xue Z. et al. Promoting effects of lanthanum oxide on the NiO/CeO2 catalyst for hydrogen production by autothermal reforming of ethanol // Catal. Commun. 2018. Vol. 108. P. 12-16. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.01.024

22. Nieto-Márquez A. et al. Autothermal reforming and water-gas shift double bed reactor for H2 production from ethanol // Chem. Eng. Process. - Process Intensif. 2013. Vol. 74. P. 14-18. https://doi.org/10.1016/j.cep.2013.10.006

23. Da Costa-Serra J.F. et al. Ni and Co-based catalysts supported on ITQ-6 zeolite for hydrogen production by steam reforming of ethanol // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. Vol. 48, № 68. P. 26518-26525. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.128