Многокомпонентные сплавы [CoFeNi]Cux для каталитического пиролиза С2+-углеводородов в смеси с метаном

Представлен подход к кондиционированию попутного нефтяного или природного газа. В основе метода лежит процесс каталитического пиролиза легких углеводородов С1–С4 на многокомпонентных сплавных частицах. В результате такого процесса фракция углеводородов С2–С4 подвергается пиролизу с образованием водорода и углеродных нановолокон (УНВ), накапливающихся на катализаторе. Наибольшую активность в разложении смеси С2–С4 проявляет эквиатомный сплав [CoFeNi], промотированный добавлением 7 ат.% меди ([CoFeNi]Cu7). Максимальный выход УНВ при 650 °С составил 106 г/гкат за 30 мин. Показано, что такой сплав может быть успешно использован для каталитического разложения фракции С2–С4 в смеси с метаном. Определена зависимость выхода УНВ от концентрации фракции С2–С4 в модельной смеси. Установлено, что при пиролизе смеси с объемным соотношением С2–С4 /СH4 = 10/90 в течение 30–180 мин не происходит заметной дезактивации катализатора. Выход УНВ после 180 мин реакции составил 160 г/гкат. Средняя конверсия фракции С2–С4 за один проход достигает 20 %. Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии и низкотемпературной адсорбции азота изучена морфология и структура полученных УНВ.

1. Сигиневич Д. А., Ефимова А. Н. // Вестник евразийской науки. 2018. T. 10. № 5. C. 43.

2. Urlukov A. S., Uskov S. I., Sobyanin V. A., Snytnikov P. V., Potemkin D. I. // Chemical Engineering Journal. 2022. V. 446. P. 136993.

3. Урлуков А., Усков С., Потемкин Д., Бердюгин С., Рогожников В., Снытников П. // Экология и промышленность России. 2023. T. 27. № 6. C. 17 - 23.

4. Muradov N. Z. // Energy & Fuels. 1998. V. 12. № 1. P. 41 - 48.

5. Yadav D., Amini F., Ehrmann A. // European Polymer Journal. 2020. V. 138. P. 109963.

6. Din I. U., Shaharun M. S., Naeem A., Alotaibi M. A., Alharthi A. I., Bakht M. A., Nasir Q. // Ceramics International. 2020. V. 46. № 11. P. 18446 - 18452.

7. Kovač A., Paranos M., Marciuš D. // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 16. P. 10016 - 10035.

8. Мишаков И., Афонникова С., Бауман Ю., Шубин Ю., Тренихин М., Серкова А., Ведягин А. // Кинетика и катализ. 2022. T. 63. № 1. C. 110 - 121.

9. Popov A. A., Afonnikova S. D., Varygin A. D., Bauman Y. I., Mishakov I. V., Plyusnin P. E., Vedyagin A. A., Shubin Y. V. // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2024. V. 137. № 1. P. 323 - 338.

10. Grabke H. J. // Materials and Corrosion. 2003. V. 54. № 10. P. 736 - 746.

11. George E. P., Raabe D., Ritchie R. O. // Nature reviews materials. 2019. V. 4. № 8. P. 515 - 534.

12. Ye Y. F., Wang Q., Lu J., Liu C. T., Yang Y. // Materials Today. 2016. V. 19, № 6. P. 349 - 362.

13. Afonnikova S. D., Popov A. A., Plyusnin P. E., Polyakova E. V., Vedyagin A. A., Shubin Y. V., Mishakov I. V. // Intermetallics. 2024. V. 171. P. 108358.

14. Karimi S., Bibak F., Meshkani F., Rastegarpanah A., Deng J., Liu Y., Dai H. // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 39. P. 20435 - 20480.

15. Powder Diffraction File PDF-2, International Centre for Diffraction Data (ICDD), USA, 2009.

16. Kraus W., Nolze G. // Journal of applied Crystallography. 1996. V. 29. № 3. P. 301 - 303.

17. Krumm S. // Materials Science Forum. 1996. V. 228-231. P. 183 - 190.

18. Thommes M., Kaneko K., Neimark A. V., Olivier J. P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K. S. W. // Pure and applied chemistry. 2015. V. 87. № 9-10. P. 1051 - 1069.

19. Popov A. A., Shubin Y. V., Bauman Y. I., Plyusnin P. E., Mishakov I. V., Sharafutdinov M. R., Maksimovskiy E. A., Korenev S. V., Vedyagin A. A. // Nanotechnology. 2020. V. 31. № 49. P. 495604.

20. Korobova A., Gromov N., Medvedeva T., Lisitsyn A., Kibis L., Stonkus O., Sobolev V., Podyacheva O. // Materials. 2023. V. 16. № 4. P. 1465.