Применение кинетического сопряжения углекислотной конверсии метана и автоколебательной реакции окисления метана на Ni с целью увеличения выхода водорода и синтез-газа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы углекислотная конверсия метана (УКМ) в стационарном режиме, окисление метана (ОМ) кислородом в автоколебательном режиме, а также совместное протекание УКМ и ОМ на образце никелевой фольги размером 12 × 12 мм. Установлено, что при совместном протекании реакций УКМ и ОМ имеет место кинетическое сопряжение этих реакций, которое проявляется в существенном ускорении реакции УКМ и увеличении концентрации Н2 и СО в определенных фазах автоколебательного цикла по сравнению аналогичными параметрами на данном образце Ni в стационарном режиме. Эффект ускорения углекислотной конверсии метана и увеличения средних за период концентраций Н2 и СО наблюдали в интервале температур 575—700°C. Концентрация Н2, средняя за период колебаний, максимально возрастала в 13.8 раза при температуре 625°C при использовании исходной газовой смеси 48.25% СН4—48.25% СО2—3.5% О2. Максимальный рост концентрации СО, средней за период колебаний, составлял 4.6 раза при температуре 625°C.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Ю. Бычков

ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: bychkov@chph.ras.ru
Россия, ул. Косыгина, 4, Москва, 119991

Ю. П. Тюленин

ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: bychkov@chph.ras.ru
Россия, ул. Косыгина, 4, Москва, 119991

Ю. А. Гордиенко

ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: bychkov@chph.ras.ru
Россия, ул. Косыгина, 4, Москва, 119991

О. Н. Сильченкова

ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: bychkov@chph.ras.ru
Россия, ул. Косыгина, 4, Москва, 119991

М. М. Слинько

ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: bychkov@chph.ras.ru
Россия, ул. Косыгина, 4, Москва, 119991

В. Н. Корчак

ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Email: bychkov@chph.ras.ru
Россия, ул. Косыгина, 4, Москва, 119991

Список литературы

  1. Bradford M.C.J., Vannice M.A. // Catal. Rev. Sci. Eng. 1999. V. 41. P. 1.
  2. Крылов О.В. // Российский химический журнал. 2000. Т. 44. № 1. С. 19. (Krylov O.V. // Ross. Khim. Zh. 2000. V. 44. P. 19.)
  3. Shah Y.T., Gardner T.H. // Catal. Rev. Sci. Eng. 2014. V. 56. P. 476.
  4. Jang W.-J., Shim J.-O., Kim H.-M., Yoo S.-Y., Roh H.-S. // Catal. Today. 2019. V. 324. P. 15.
  5. Крючкова Т.А., Шешко Т.Ф., Кость В.В., Числова И.В., Яфарова Л.В., Зверева И.А., Лядов А.С. // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 5. С. 663.
  6. Грабченко М.В., Дорофеева Н.В., Лапин И.Н., La Parola V., Liotta L.F., Водянкина О.В. // Кинетика и катализ. 2021. T. 62. № 6. C. 718.
  7. Дорофеева Н.В., Харламова Т.С., Парола В. Ла., Лиотта Л.Ф., Водянкина О.В. // Докл. РАН. Химия, науки о материалах. 2022. Т. 505. № 1. С. 83.
  8. Дедов А.Г., Шляхтин О.А., Локтев А.С., Мазо Г.Н., Малышев С.А., Тюменова С.И., Баранчиков А.Е., Моисеев И.И. // Докл. АН. 2017. Т. 477. № 4. С. 425.
  9. Цодиков М.В., Тепляков В.В., Федотов А.С., Козицына Н.Ю., Бычков В.Ю., Корчак В.Н., Моисеев И.И. // Изв. АН. Сер. хим. 2011. № 1. С. 54.
  10. Бухаркина Т.В., Гаврилова Н.Н., Крыжановский А.С., Скудин В.В., Шульмин Д.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 139.
  11. Касацкий Н.Г., Найбороденко Ю.С., Китлер В.Д., Аркатова Л.А., Курина Л.Н., Галактионова Л.В., Голобоков Н.Н. Патент RU2351392 C1, 2009.
  12. Дедов А.Г., Локтев А.С., Мухин И.Е., Караваев А.А., Тюменова С.И., Баранчиков А.Е., Иванов В.К., Маслаков К.И., Быков М.А., Моисеев И.И. // Нефтехимия. 2018. Т. 58. № 2. С. 156.
  13. Галактионова Л.В., Аркатова Л.А., Курина Л.Н., Горбунова Е.И., Белоусова В.Н., Найбороденко Ю.С., Касацкий Н.Г., Голобоков Н.Н. // Журн. физ. химии. 2008. Т. 82. № 2. С. 271‒275.
  14. Платонов Е.А., Братчикова И.Г., Ягодовский В.Д., Мурга З.В. // Журн. физ. химии. 2017. Т. 91. № 8. С. 1302.
  15. Тарасов А.Л., Ткаченко О.П., Кириченко О.А., Кустов Л.М. // Изв. АН. Сер. хим. 2016. № 12. С. 2820.
  16. Rahimi A.R., AleEbrahimH., SohrabiM., Nouri S.M.M. // Kinet. Catal. 2023. V. 64. № 5. Р. 578.
  17. AhnS., LittlewoodP., LiuY., Marks T.J., Stair P.C. // ACS Catal. 2022. V. 12. P. 10522.
  18. Zhang M., Zhang J., Zhang Q., Han Y. // Appl. Catal. A: Gen. 2022. V. 639. Art. 118639.
  19. Yang E., Nam E., Jo Y., An K. // Appl. Catal. B: Environ. 2023. V. 339. Art. 123152.
  20. Wen F., Xu C., Huang N., Wang T., Sun X., Li H., Zhang R., Xia G. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 69. P. 1481.
  21. Marinho A.L.A., Rabelo-Neto R.C., Bion N., Toniolo F.S., Noronha F.B. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 1. P. 1151.
  22. Ghany M.A.A., Alsaffar M.A., Mageed A.K., Suk-kar K.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 76. P. 386.
  23. Zhang J., Fan H., Wang Y., Li R., Ma Q., Zhao T.-S. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 51. P. 399.
  24. Hu J., Galvita V.V., Poelman H., Detavernier C., Marin G.B. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 231. P. 123.
  25. Stroud T., Smith T.J., Saché E.L., Santos J.L., Centeno M.A., Arellano-Garcia H., Odriozola J.A., Reina T.R. // Appl. Catal. B: Environ. 2018. V. 224. P. 125.
  26. Löfberg A., Guerrero-Caballero J., Kane T., Rubbens A., Jalowiecki-Duhamel L. // Appl. Catal. B: Environ. 2017. V. 212. P. 159.
  27. Tian M., Wang C., Han Y., Wang X. // ChemCatChem. 2021. V. 13. P. 1615.
  28. Huang J., Liu W., Yang Y., Liu B. // ACS Catal. 2018. V. 8. P. 1748.
  29. Deng G., Zhang G., Zhu X., Guo Q., Liao X., Chen X., Li K. // Appl. Catal. B: Environ. 2021. V. 289. Art. 120033.
  30. LiM., van Veen A.C. // Appl. Catal. A: Gen. 2018. V. 550. P. 176.
  31. Bychkov V.Yu., Tyulenin Yu.P., Korchak V.N. Method to accelerate catalytic reaction of methane dry reforming over nickel. Patent RU2806145, 2023.
  32. Bychkov V.Yu., Tulenin Yu.P., Gordienko Yu.A., Sil’chenkova O.N., Korchak V.N. // Kinet. Catal. 2024. V. 65. № 4. P. 405.
  33. Zhang X.L., Hayward D.O., Mingos D.M.P. // Catal. Lett. 2002. V. 83. P. 149.
  34. Zhang X.L., Hayward D.O., Mingos D.M.P. // Catal. Lett. 2003. V. 86. P. 235.
  35. Tulenin Yu.P., Sinev M. Yu., Savkin V.V., Korchak V.N. // Catal. Today. 2004. V. 91—92. P. 155.
  36. Bychkov V. Yu., Tulenin Yu.P., Korchak V.N., Apte-kar E.L. //Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 3042. P. 21.
  37. Сараев А.А., Косолобов С.С., Каичев В.В., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ, 2015. Т. 56. № 5. С. 606.
  38. Saraev A.A., Vinokurov Z.S., Kaichev V.V., Shmakov A.N., Bukhtiyarov V.I. // Catal. Sci. Technol. 2017. V. 7. Art. 16461649.
  39. Bychkov V. Yu., Tyulenin Yu. P., Firsova A.A., Shafranovsky E.A., Gorenberg A. Ya., Korchak V.N. // Appl. Catal. A: Gen. 2013. V. 453. P. 71.
  40. Bychkov V. Yu., Tulenin Yu. P., Slinko M.M., Gorenberg A. Ya., Korchak V.N. // Catal. Lett. 2017. V. 147. P. 2664.
  41. Slinko M.M., Korchak V.N., Peskov N.V. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 303. P. 258.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимости конверсии СО2 (а) и концентрации Н2 (б) от температуры при взаимодействии Ni-фольги с потоком смеси СН4 : СО2 = 1 : 1.

Скачать (201KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Временные изменения сигналов масс-спектрометра при значениях m/z, равных 2 (Н2), 15 (СН4), 18 (Н2О), 28 (СО), 32 (О2), 44 (СО2), при взаимодействии смеси 77% СН4—19% О2—4% Ar с Ni-фольгой при 700°С (40 мл/мин).

Скачать (139KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временные изменения сигналов масс-спектрометра при значениях m/z, равных 2 (Н2), 15 (СН4), 18 (Н2О), 28 (СО), 32 (О2), 44 (СО2), при взаимодействии смеси 48.25% СН4—48.25% Ar-3.5% О2 с Ni-фольгой при 650°C (30 мл/мин).

Скачать (247KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость периода колебаний от температуры при взаимодействии Ni-фольги с потоком смеси 48.25% СН4—48.25% СО2—3.5% О2 (20 мл/мин).

Скачать (78KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Временные изменения сигналов концентраций СН4, СО2, Н2, СО и О2 при взаимодействии смеси 48.2. 5% СН4—48.25% СО2—3.5% О2 (20 мл/мин) с Ni-фольгой при 700 (а), 650 (б) и 600°C (в).

Скачать (628KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Колебания концентрации Н2 при взаимодействии смеси 48.25% СН4—48.25% СО2—3.5% О2 (20 мл/мин) с Ni-фольгой при 700 (1), 650 (2) и 600°C (3) и стационарные величины концентрации Н2 в потоке смеси 48% СН4—48% СО2—4% Ar при тех же температурах.

Скачать (194KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Температурные зависимости стационарной концентрации Н2 в потоке смеси СН4 : СО2 = 1 : 1 (1) и средней за период концентрации Н2 в потоке смеси 48.25% СН4—48.25% СО2—3.5% О2 (2).

Скачать (95KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Температурные зависимости стационарной концентрации СО в потоке смеси СН4 : СО2 = 1 : 1 (1) и средней за период концентрации СО в потоке смеси 48.25% СН4—48.25% СО2—3.5% О2 (2).

Скачать (98KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Температурные зависимости стационарной конверсии СО2 в потоке смеси СН4 : СО2 = 1 : 1 (1) и средней за период конверсии СО2 в потоке смеси 48.25% СН4—48.25% СО2—3.5% О2 (2).

Скачать (98KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Температурные зависимости стационарной конверсии СН4 в потоке смеси СН4 : СО2 = 1 : 1 (1) и средней за период конверсии СН4 в потоке смеси 48.25% СН4—48.25% СО2—3.5% О2 (2).

Скачать (98KB)
Метаданные