Разработка нанесенных никельсодержащих катализаторов для три-риформинга метана: влияние условий предобработки

С целью улучшения эффективности катализаторов для три-риформинга метана исследовано влияние условий предобработки катализатора Ce0,2Ni0,8O1,2 /Al2O3 на его физико-химические и функциональные свойства. Комплексом методов (термический анализ, низкотемпературная адсорбция азота, рентгенофазовый анализ, электронная микроскопия, температурно-программируемое восстановление водородом) установлено, что варьирование состава газовой среды (окислительная, инертная, восстановительная), используемой в ходе предобработки при 800 °С, позволяет регулировать текстурные, структурные и окислительно-восстановительные характеристики катализатора и, как следствие, его функциональные свойства. Показано, что в ряду составов газовой среды, используемой для предобработки катализатора, окислительная → инертная → восстановительная, наблюдается увеличение удельной поверхности, дисперсности активного компонента, но снижение устойчивости образца к реокислению и зауглероживанию. Установлено, что наиболее высокие и стабильные показатели процесса три-риформинга метана (выход H2 – 86 % при конверсии СH4 – 95 %) обеспечивает катализатор после предобработки в инертной среде благодаря реализации оптимальной степени взаимодействия металл–носитель и повышению концентрации центров, участвующих в активации СО2.

1. https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/syngas-market – дата обращения 05.06.2024.

2. https://www.airproducts.com/ – дата обращения 05.06.2024.

3. https://www.airliquide.com/ – дата обращения 05.06.2024.

4. https://www.linde.com/ – дата обращения 05.06.2024.

5. https://www.groupmaire.com/en/ – дата обращения 05.06.2024.

6. https://www.ten.com/en/markets/low-carbon-ammonia – дата обращения 05.06.2024.

7. Yin J., Su S., Bae J.S., Yu X.X., Cunnington M., Jin Y. // Energy and Fuels. 2020. V. 34. P. 655–664. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b03076

8. Ahmed U., Hussain M.A., Bilal M., Zeb H., Zahid U., Onaizi S.A., Jameel A.G.A. // Sustain. 2021. V. 13. P. 1–15. https://doi.org/10.3390/su131910724

9. Алдошин С.М., Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В., Никитин А.В., Фокин И.Г. // Химическая физика. 2021. T. 40. C. 46–54. https://doi.org/10.31857/s0207401x21050034

10. Недоливко В.В., Засыпалов Г.О., Вутолкина А.В., Гущин П.А., Винокуров В.А., Куликов Л.А., Егазарьянц С.В., Караханов Э.А., Максимов А.Л., Глотов А.П. // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93 С. 763–787. https://doi.org/10.31857/S0044461820060018

11. Baltrusaitis J., Luyben W.L. // ACS Sustain. Chem. Eng. 2015. V. 3. P. 2100–2111. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b00368

12. Gao Y., Wang M., Raheem A., Wang F., Wei J., Xu D., Song X., Bao W., Huang A., Zhang S., Zhang H. // ACS Omega. 2023. V. 8. P. 31620–31620. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c03050

13. Потемкин Д.И., Усков С.И., Горлова А.М., Кириллов В.А., Шигаров А.Б., Брайко А.С., Рогожников В.Н., Снытников П.В., Печенкин А.А., Беляев В.Д., Пименов А.А., Собянин В.А. // Катализ в промышленности. 2020. T. 20. № 3. С. 184–189. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2020-3-184-189

14. Арутюнов В.С., Никитин А.В., Стрекова Л.Н., Савченко В.И., Седов И.В., Озерский А.В., Зимин Я.С. // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. С. 713–720. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.05.50681.265-20

15. Levi P.G., Cullen J.M. // Environ. Sci. Technol. 2018. V. 52. P. 1725–1734. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b04573

16. Пинаева Л.Г., Носков А.С. // Катализ в промышленности. 2021. Т. 21. № 5. С. 308–330. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2021-5-308-330

17. Alli R.D., de Souza P.A.L., Mohamedali M., Virla L.D., Mahinpey N. // Catal Today. 2023. V. 407. P. 107–124. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2022.02.006

18. Amin A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 65. P. 271–291. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.03.372

19. https://www.topsoe.com/products/equipment/syncortm-autothermal-reformer-atr – дата обращения 05.06.2024.

20. Mortensen P.M., Dybkjær I. // Appl. Catal. A Gen. 2015. V. 495. P. 141–151. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.02.022

21. https://www.midrex.com/technology/midrex-process/ – дата обращения 05.06.2024.

22. https://www.engineering.linde.com/dryref – дата обращения 05.06.2024.

23. http://niap-kt.ru/ – дата обращения 05.06.2024.

24. http://azkios.ru/product.files/konver.htm – дата обращения 05.06.2024.

25. Jang J., Han M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 9139–9155. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.12.266

26. https://rapu.ru/upload/guide_its_ndt_2_2019.pdf – дата обращения 08.07.2024.

27. https://makston-engineering.ru/f/metanol_sravnenie_tehnologii.pdf?dl=1 – дата обращения 08.07.2024.

28. Walker D.M., Pettit S.L., Wolan J.T., Kuhn J.N. //Appl. Catal. A Gen. 2012. V. 445–446. P. 61–68. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.08.015

29. Izquierdo U., Barrio V.L., Requies J., Cambra J.F., Güemez M.B., Arias P.L. // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 7623–7631. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.09.107

30. Schmal M., Toniolo F.S., Kozonoe C.E. // Appl. Catal. A Gen. 2018. V. 568. P. 23–42. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2018.09.017

31. Pham X.H., Ashik U.P.M., Hayashi J.I., Pérez Alonso A., Pla D., Gómez M., Minh D.P. // Appl. Catal. A Gen. 2021. V. 623. Art. 118286. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2021.118286

32. García-vargas J.M., Valverde J.L., Lucas-Consuegra A., Gómez-Monedero B., Sánchez P., Dorado F. // Appl. Catal. A Gen. 2012. V. 431–432. P. 49–56. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.04.016

33. Pino L., Vita A., Laganà M., Recupero V. // Appl. Catal. B Environ. 2014. V. 148–149. P. 91–105. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.10.043

34. Lino A.V.P., Rodella C.B., Assaf E.M., Assaf J.M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. V. 45. P. 8418–8432. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.01.002

35. Lucrédio A.F., Assaf J.M., Assaf E.M. // Fuel Process. Technol. 2012. V. 102. P. 124–131. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2012.04.020

36. Matus E., Sukhova O., Kerzhentsev M., Ismagilov I., Yashnik S., Ushakov V., Stonkus O., Gerasimov E., Nikitin A., Bharali P., Ismagilov Z. // Catalysts. 2022. V. 12. Art. 1493. https://doi.org/10.3390/CATAL12121493

37. Sun X., Chen H., Yin Y., Curnan M.T., Han J.W., Chen Y., Ma Z. // Small. 2021. V. 17. P. 1–37. https://doi.org/10.1002/smll.202005383

38. Matus E.V., Ismagilov I.Z., Yashnik S.A., Ushakov V.A., Prosvirin I.P., Kerzhentsev M.A., Ismagilov Z.R. // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. V. 45. P. 33352–33369. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.09.011

39. Керженцев М.А., Матус Е.В., Рундау И.А., Кузнецов В.В., Исмагилов И.З., Ушаков В.А., Яшник С.А., Исмагилов З.Р. // Кинетика и катализ. 2017. V. 614–622. https://doi.org/10.7868/S0453881117050112

40. Juan-Juan J., Román-Martínez M.C., Illán-Gómez M.J. // Appl. Catal. A Gen. 2009. V. 355. P. 27–32. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.10.058

41. Zhao J., Zhou W., Ma J. // Chinese J. Catal. 2013. V. 34. P. 1826–1832. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2014.10.031

42. Gangarajula Y., Hong F., Li Q., Jiang X., Liu W., Akri M., Su Y., Zhang Y., Li L., Qiao В. // Appl. Catal. B Environ. 2024. V. 343. Art. 123503. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123503

43. Al-Fatesh A.S.A., Fakeeha A.H. // J. Saudi Chem. Soc. 2012. V. 16. P. 55–61. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2010.10.020

44. Muñoz M., Moreno S., Molina R. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. P. 10074–10089. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.04.131

45. https://www.topsoe.com/our-resources/knowledge/our-products/catalysts/rk-211?hsLang=en – дата обращения 05.06.2024.

46. Matus E.V., Kerzhentsev M.A., Nikitin A.P., Sozinov S.A., Ismagilov Z.R. // Eurasian Chem.-Technol. J. 2023. V. 25. P. 103–113. https://doi.org/10.18321/ectj1500

47. Matus E., Kerzhentsev M., Ismagilov I., Nikitin A., Sozinov S., Ismagilov Z. // Energies. 2023. V. 16. № 7. Art. 2993. https://doi.org/10.3390/en16072993

48. Matus Е.V., Kerzhentsev M.A., Nikitin A.P., Sozinov S.A., Ismagilov Z.R. // Eurasian Chem.-Technol. J. 2024. V. 26. P. 3–14. https://doi.org/10.18321/ectj1559

49. Матус Е.В., Коваленко Е.Н., Капишников А.В., Леонова А.А., Никитин А.П., Стонкус О.А., Ушаков В.А., Яшник С.А., Сухова О.Б., Керженцев М.А. // Журнал структурной химии. 2024. Т. 65. Art. 131836. https://doi.org/10.26902/JSC_id131836

50. Сальников А.В , Матус Е.В., Керженцев М.А., Хайрулин С.Р. // Химия в интересах устойчивого развития. 2024. Т. 32. С. 397–405. https://doi.org/10.15372/KhUR2024569.

51. Zhu J., Zhang D., King K.D. // Fuel 2001. V. 80. P. 899–905. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(00)00165-4

52. Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 1985. 57. P. 603–619. https://doi.org/doi.org/10.1351/pac198557040603

53. Lamonier C., Ponchel A., D’Huysser A., Jalowiecki-Duhamel L. // Catal. Today. 1999. V. 50. P. 247–259. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(98)00507-0

54. Jalowiecki-Duhamel L., Zarrou H., D’Huysser A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2008. V. 33. P. 5527–5534. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.07.031

55. Deng J., Chu W., Wang B., Yang W., Zhao X.S. // Catal. Sci. Technol. 2016. V. 6. P. 851–862. https://doi.org/10.1039/C5CY00893J.

56. Fang W., Pirez C., Paul S., Capron M., Jobic H., Dumeignil F., Dr. Louise Jalowiecki-Duhamel // ChemCatChem 2013. V. 5. P. 2207–2216. https://doi.org/10.1002/cctc.201300087

57. Shan W., Luo M., Ying P., Shen W., Li C. // Appl. Catal. A Gen. 2003. V. 246. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(02)00659-2

58. Jiménez-González C., Boukha Z., Rivas B., José J., Ángel M., González-Velasco J.R., Gutiérrez-Ortiz J.I., López-Fonseca R. // Appl. Catal. A Gen. 2013. V. 466. P. 9–20. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.06.017

59. Damaskinos C.M., Zavašnik J., Djinović P., Efstathiou A.M. // Appl. Catal. B Environ. 2021. V. 296. Art. 120321. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120321

60. Fonseca R.O., Ponseggi A.R., Rabelo-Neto R.C., Simões R.C.C., Mattos L.V., Noronha F.B. // J. CO2 Util. 2022. V. 57. Art. 101880. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101880