CC BY
17
УДК 66.097, 544.47
https://doi.org/10.24412/2310-8266-2023-2-53-58
Разложение метана на биметаллических Ni-Cu-катализаторах, полученных методом горения растворов
Чудакова М.В.1, Коровченко П.А.1, Попов М.В.1, Козлов М.А.2, Никулин М.В.1, Клейменов А.В.3, Ведерников О.С.3
1 ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации», 197350, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9211-9970, E-mail: Chudakova.MV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3765-5209, E-mail: Korovchenko.PA@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0648-4160, E-mail: Popov.MV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0009-0004-6152-8391, E-mail: Nikulin.MV@gazprom-neft.ru
2 Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, 119991, Москва, Россия ORCID: https://orcid.org/0009-0007-6355-6275, E-mail: m.kozlov.99@yandex.ru
3 ПАО «Газпром нефть», 190000, Санкт-Петербург, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4071-6874, E-mail: Kleymenov.AV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5100-6793, E-mail: Vedernikov.OS@gazprom-neft.ru
Резюме: Данная работа направлена на исследование влияния состава никель-медных каталитических систем, приготовленных методом горения растворов, на выход водорода в процессе каталитического разложения метана. Установлено, что использование ацетата меди в качестве прекурсора промотирующей добавки позволяет сформировать Ni-Cu-катализатор, проявляющий активность в разложении метана. Показано, что содержание активного металла значительно влияет на основные показатели разложения метана: увеличение содержания никеля с 60 до 75% масс. способствует повышению конверсии метана в два раза, а удельный объем водорода увеличивается с 5 до 15 л/гкат. Определен оптимальный состав катализатора, обеспечивающий его продолжительную работу без значительной потери активности.
Ключевые слова: разложение метана, каталитическое разложение метана, метод горения растворов, биметаллический катализатор, промотирование, медь, ацетат.
Для цитирования: Чудакова М.В., Коровченко П.А., Попов М.В., Козлов М.А., Никулин М.В., Клейменов А.В., Ведерников О.С. Разложение метана на биметаллических Ni-Cu-катализаторах, полученных методом горения растворов // НефтеГазоХимия. 2023. № 2. С. 53-58.
DOI:10.24412/2310-8266-2023-2-53-58
METHANE DECOMPOSITION ON BIMETALLIC Ni-Cu CATALYSTS OBTAINED BY SOLUTION COMBUSTION METHOD Chudakova M.V.1, Korovchenko P.A.1, Popov M.V.1, Kozlov M.A.2, Nikulin M.V.1, Kleymenov A.V.3, Vedernikov O.S. 3
1 LLC Gazpromneft-Industrial Innovations, St. Petersburg, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9211-9970, E-mail: Chudakova.MV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3765-5209, E-mail: Korovchenko.PA@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0648-4160, E-mail: Popov.MV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0009-0004-6152-8391, E-mail: Nikulin.MV@gazprom-neft.ru
2 N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia ORCID: https://orcid.org/0009-0007-6355-6275, E-mail: m.kozlov.99@yandex.ru
3 PJSC Gazprom Neft, 190000, St. Petersburg, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4071-6874, E-mail: Kleymenov.AV@gazprom-neft.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5100-6793, E-mail: Vedernikov.OS@gazprom-neft.ru
Abstract: This work was aimed at investigating the effect of the composition of nickel-copper catalytic systems prepared by solution combustion method on the yield of hydrogen in the process of catalytic methane decomposition. It has been established that the use of copper acetate as a precursor of a promotional additive allows the formation of a Ni-Cu catalyst that is active in the decomposition of methane. It is shown that the content of the active metal significantly affects the main indicators of methane decomposition: an increase in the nickel content from 60 to 75 wt.% contributes to an increase in the conversion of methane by 2 times, and the specific volume of hydrogen increases from 5 to 15 l/gcat. The optimal composition of the catalyst has been determined, which ensures long-term operation of the catalyst without significant loss of activity. Keywords: methane decomposition, catalytic methane decomposition, solution combustion method, bimetallic catalyst, promotion, copper, acetate.
For citation: Chudakova M.V., Korovchenko P.A., Popov M.V., Kozlov M.A., Nikulin M.V., Kleymenov A.V., Vedernikov O.S. METHANE DECOMPOSITION ON BIMETALLIC Ni-Cu CATALYSTS OBTAINED BY SOLUTION COMBUSTION METHOD. Oil & Gas Chemistry. 2023, no. 2, pp. 53-58.
DOI:10.24412/2310-8266-2023-2-53-58
Введение
В настоящее время одним из основных направлений по снижению углеродного следа является переход к водородной энергетике в различных областях и секторах экономики [1]. Для реализации данного подхода весьма перспективным способом получения водорода является процесс каталитического разложения метана (КРМ) [2, 3]. Традиционно для КРМ используют никельсодержащие катализаторы, при этом способ формирования каталитических систем и природа активного металла существенно влияет на основные параметры процесса.
В ходе синтеза никельсодержащих катализаторов используют различные соли, такие как нитраты, хлориды, ацетаты, ацетилацетонаты и основные карбонаты [4-8]. Также для приготовления катализаторов применяют различные носители, природа которых напрямую влияет на поверхностные характеристики получаемых катализаторов (удельная площадь поверхности, пористость и т.д.). Среди широкого спектра носителей каталитических систем наибольшее распространение получили оксиды алюминия, кремния, цеолиты, а также углеродные материалы различной структуры.
Зачастую именно способ формирования катализатора диктует требования к используемым прекурсорам активных металлов, таким как водорастворимость соли, возможность ее сплавить с солями других металлов, разла-гаемость при температурах в областях <500°С и т.д. При использовании методов пропитки и сплавления солей наиболее часто используют нитраты никеля [4-6, 9-10]. Для катализаторов, полученных золь-гель-методом, чаще всего используют карбонаты активных металлов [11-12].
Метод горения растворов [13-17] позволяет получать никелевые катализаторы с широкими возможностями по выбору прекурсоров активных металлов и промотрирующих добавок и варьированию содержания никеля (до 90-95% масс.) в составе катализатора. Авторами [18] продемонстрировано, что катализаторы, полученные таким методом, проявляют высокую активность в КРМ.
Недостатком монометаллических никелевых катализаторов является их достаточно быстрая дезактивация в ходе разложения метана из-за агломерации частиц никеля на поверхности носителя и закоксовывания катализатора.
Одним из решений данных проблем является создание биметаллических катализаторов, в которых активная фаза состоит из двух металлов. Чаще всего исследуются такие системы, как №-М, где М — это медь, кобальт или железо [6, 19-20].
Добавление второго металла в качестве промотора, такого как медь, позволяет работать при более высоких температурах без быстрой дезактивации катализатора [21]. Поскольку разложение метана является эндотермической реакцией, возможность работы при более высоких температурах приводит к более высоким показателям процесса [22]. Использование в качестве катализатора КРМ никель-медных систем позволяет достичь высоких показателей процесса (конверсия метана, выход водорода) с увеличением времени работы катализатора. Такой эффект объясняют тем, что медь начинает работать как каркас частиц никеля, блокируя их активное движение по поверхности носителя, что предотвращает агломерацию частиц
металла на поверхности носителя и позволяет сбалансировать скорости накопления углерода на поверхности никеля и роста углеродных волокон, что снижает закоксовы-вание активных центров [22-23].
Целью данной работы является определение влияния природы прекурсора и соотношения активных металлов в катализаторах КРМ на основные показатели процесса.
Экспериментальная часть
Синтез катализаторов
Для синтеза катализаторов использовали метод горения растворов [24]. Расчетное количество кристаллогидратов М^03)2^6Н20, Си(СН3СООН)2 и А1^03)39Н20 растворяли в дистиллированной воде. Далее к раствору добавляли уротропин С6Н12^. Полученный концентрат упаривался до гелеобразной пасты. Процесс горения был инициирован через контакт пасты с раскаленной металлической проволокой.
Химизм может быть представлен в виде следующих уравнений:
2Ni(NO3 )2 4Al (NO3)
6H2O -
300°c
->2NiO+O2+4NO2 + 12H2O;
3* 9H2O -
200°c
■>2Al2O3 + 12NO2+3O2+36H2O;
Cu(CH3COO)2 + 4O2 ^ 4CO2 + 3H2O + CuO;
C6H12N4+9O2
6CO2+6H2O+2N2.
Состав катализаторов по данным энергодисперсионной спектроскопии представлен в табл.1.
Каталитическое разложение метана
Невосстановленный катализатор (12 мг) помещали в стальной вертикальный трубчатый реактор с восходящим потоком со скоростью потока аргона на входе 1,2 л/ч. Реактор термостабилизировали при Т = 675 °С. В этот момент аргон заменяли метаном (чистота 99,99%). Эксперименты по разложению метана проводили при давлении 0,5 МПа с удельным расходом метана на входе 100 л/(чткат). Концентрацию газообразных продуктов измеряли на газовом хроматографе «Хроматэк-Кристалл 5000», оснащенномдетекторомпотеплопроводности,пламенно-ио-низационнымдетекторомикапиллярнойколонкойНР-AL/KCL 50 м х 0,32 мм х 8 мкм (P/N 19091P-K15).
Конверсию метана рассчитывали по формуле
Таблица 1
Состав катализаторов по данным энергодисперсионной спектроскопии
Катализатор Обозначение Элемент Массовая доля, %
Ni 73± 0,1
75Ni-15Cu-10Al203 75Ni-15Cu Cu 14± 0,1
AI 13± 0,1
Ni 67± 0,1
70Ni-20Cu-10Al203 70Ni-20Cu Cu 18± 0,1
AI 15± 0,1
Ni 57± 0,1
60Ni-30Cu-10Al203 60Ni-30Cu Cu 31± 0,1
AI 12± 0,1
iS Ъ-
Хц = 100 •
100 - хЦ 100 + х0Ц
%
(1)
где ХС Н4 — конверсия метана в заданной точке; ХОЩ3' — количество метана на выходе из реактора. Удельный объем водорода рассчитывали по формуле
Yh2 =
or-
2Sn
pon,x ch4
(г/г
m
cat
m
кат или моль/гкат
) (2)
cat
где mcat — масса катализатора; nCH — мольная концентрация метана; Мц■ — молекулярная масса водорода.
Физико-химические исследования катализаторов
Текстурные характеристики (удельная поверхность, объем пор) катализаторов и углеродных нановолокон определяли методом низкотемпературной адсорбции азота при 77 К на газосорбционном анализаторе AutosorbiQ (Quantachromeinst, США). Математическая обработка изотерм проводилась в рамках адсорбционной модели Бруна-уэра-Эммета-Теллера. Распределение пор по размерам, средний объем и диаметр пор рассчитывали с использованием метода Барретта-Джойнера-Халенда (BJH).
Элементный состав полученных невосстановленных катализаторов исследовали методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) ^^^ Oxford Instruments X-max. [ЩП
присутствии катализатора 60Ыь30Си: объем водорода не превысил 5 л/гкат. Увеличение содержания никеля до 70% масс. позволило увеличить выход водорода до 6 л/Гкат. А использование катализатора 75ЫИ5Си позволило значительно увеличить этот показатель и получить 15 л/Гкат.
Такое изменение активности катализатора связано в первую очередь с уменьшением содержания никеля, который является основным металлом, обеспечивающим
Результаты и их обсуждение
Ранее авторами [14, 17] было доказано, что повышение давления при проведении каталитического разложения метана на никелевых катализаторах приводит к увеличению времени жизни катализатора. Полученные в данной работе ЫьСи-содержащие системы были исследованы в условиях каталитического разложения метана при давлении 0,5 МПа.
Из данных рис. 1 видно, что состав катализатора значительно влияет на конверсию исходного сырья. Наибольшую конверсию метана демонстрирует катализатор, содержащий большее количество никеля в своем составе (75ЫМ5Си). При этом стоит отметить стабильность его работы в течение 3 ч эксперимента. Уменьшение содержания никеля в составе катализатора с 75 до 70% (70Ыь20Си) приводит к снижению конверсии метана до 4% в течение всего эксперимента. Дальнейшее снижение никеля до 60% масс. (60Ыь 30Си) приводит к формированию катализатора, который демонстрирует конверсию метана на уровне 6%, однако достаточно быстро теряет активность и конверсия достигает нуля менее, чем за 3 ч эксперимента.
Удельный объем водорода, полученного за время эксперимента, также сильно зависит от состава ЫьСи катализаторов (рис. 2). Так, наименьшее количество водорода образовалось в
Зависимость конверсии метана от состава катализатора в течение времени эксперимента (Т = 675°С, Р = 0,5 МПа)
-•-75№-15Си 70№-20Си 60№-30Си
12
10
0,5 1 1,5 2 2,5
Время эксперимента, ч
Зависимость удельного объёма водорода, полученного за всё время эксперимента, от состава катализатора (Т=675°С, Р=0,5 МПа)
3,5
12
10
75Ni-15Cu
70Ni-20Cu
60Ni-30Cu
В
§ 6
4
2
0
0
3
Рис. 2
8
6
4
2
0
Таблица 2
протекание процесса разложения метана [25], но стоит учитывать и влияние промотора. Медь является одной из наиболее распространенных про-мотирующих добавок для никелевых катализаторов. Медь не проявляет активности в разложении метана, но существенно влияет на электронные свойства никеля и его дисперсность, увеличивая его активность [2].
Введение недостаточного количества меди приводит к укрупнению частиц никеля в ходе проведения каталитического разложения метана, из-за чего конверсия метана снижается критически. Однако многие исследователи отметили, что большое количество меди в составе катализатора также снижает его активность в процессе разложения метана. В частности, авторы [26] оценивали эффект добавления 5-20% масс. меди к никелевому катализатору и показали, что введение 5-15% масс. положительно сказывается на протекании процесса разложения метана и наблюдается рост основных показателей, тогда как введение свыше 20% масс. меди снижает конверсию, выход водорода и уменьшает продолжительность работы катализатора. Авторы [27] отметили, что превышение критического значения меди приводит к уменьшению конверсии с 52 до 34% и полной потере активности через час эксперимента.
Данные каталитического разложения метана хорошо коррелируют с текстурными характеристиками катализаторов (табл. 2). Видно, что при последовательном увеличении содержания никеля в составе катализаторов с 60 до 75% масс. происходит увеличение удельной поверхности с 6 до 11 м2/г с одновременным уменьшением диаметра пор с 10 до 6 нм. Данные изменения текстурных характеристик по-
Текстурные характеристики катализаторов
Катализатор sw M2/r Vnop. см3/г D, нм
75Ni-15Cu 11 0,03 6
70Ni-20Cu 8 0,03 9
60Ni-30Cu 6 0,02 10
зволяют не только повысить степень превращения метана, но и увеличить время работы катализатора без значительной потери его активности.
Заключение
В данной работе проведено исследование влияния состава никель-медных каталитических систем, приготовленных методом горения растворов, с использованием ацетата в качестве предшественника меди, на основные показатели разложения метана, такие как конверсия метана и удельный выход водорода. Показано, что конверсия метана увеличивается в ряду 60№-30Си < 70№-20Си < 75М-15Си, что хорошо коррелирует с текстурными характеристиками катализаторов. Установлено, что оптимальным составом обладает катализатор 75М-15Си, в присутствии которого удельный выход водорода в два раза превышает аналогичный показатель для 70М-20Си и 60М-30Си. Сравнение полученных данных с литературными позволило заключить, что для никель-медных систем, независимо от прекурсора промотирующей добавки, существует предельная концентрация меди, превышение которой приводит к значительному снижению активности и продолжительности жизни катализатора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Арутюнов В.С., Стрекова Л.Н. Потенциал водородной энергетики и возможные следствия ее реализации // НефтеГазоХимия. 2021. № 1-2. С. 8-11.
2. Nuria Sánchez-Bastardo, Robert Schlögl, Holger Ruland. Methane Pyrolysis for Zero-Emission Hydrogen Production: A Potential Bridge Technology from Fossil Fuels to a Renewable and Sustainable Hydrogen Economy // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V.60.I.32.P. 11855-11881.DOI: 10.1021/acs.iecr.1c01679.
3. Wang, I-Wen &AyillathKutteri, Deepa& Gao, Bingying& Tian, Hanjing& Hu, Jianli. Methane Pyrolysis for Carbon Nanotubes and COx-Free H2 over Transition-Metal Catalysts // Energy & Fuels. 2018. V. 33. P. 858-869. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.8b03502.
4. Schreiter, Norman & Kirchner, Johann &Kureti, S. A DRIFTS and TPD study on the methanation of CO2 on Ni/Al2O3 catalyst // Catalysis Communications. 2020. V.140. P. 105988. DOI: 10.1016/j.catcom.2020.105988.
5. Gao, Bingying& Wang, I-Wen & Ren, Lili & Haines, Thomas & Hu, Jianli. On the Catalytic Performance and Reproducibility of Ni/Al2O3 and Co/Al2O3 Mesoporous Aerogel Catalysts for Methane Decomposition. // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2018. V.58. P. 3629-3631 DOI: 10.1021/acs. iecr.8b04223.
6. Sophie L. Pirard, Julien G. Mahy, Jean-Paul Pirard, BenoÎtHeinrichs, Laurent Raskinet, Stéphanie D. Lambert. Development by the sol-gel process of highly dispersed Ni-Cu/SiO2 xerogel catalysts for selective 1,2-dichloroethane hydrodechlorination into ethylene // Microporous and Mesoporous Materials. 2015. V.209. P. 197-207. DOI:10.1016/j.micromeso.2014.08.015.
7. Evgeniy O. Pentsak, Evgeniy G. Gordeev, and Valentine P. AnanikovNoninnocent Nature of Carbon Support in Metal/Carbon Catalysts:Etching/Pitting vs Nanotube Growth under Microwave Irradiation // ACS Catalysis. 2014, V.4, p. 3806-3814DOI:10.1021/cs500934g.
8. Sivaiah, M.V. & Petit, Sabine & Beaufort, Marie &Eyidi, Dominique &Barrault, Joel &Dupeyrat, Catherine &Valange, Sabine. Nickel based catalysts derived from hydrothermally synthesized 1:1 and 2:1 phyllosilicates as precursors for carbon dioxide reforming of methane // Microporous and Mesoporous Materials - MICROPOROUS MESOPOROUS MAT. 2011. V.140. P.69-80. DOI: 10.1016/j.micromeso.2010.09.015.
9. Reshetenko, Tatyana &Avdeeva, L.B. &Ismagilov, Zinfer&Chuvilin, Andrey &Ushakov, V.A. Carbon capacious Ni-Cu-Al2O3 catalysts for high-temperature methane decomposition // Applied Catalysis A: General. 2003. V.247. P. 51-63. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(03)00080-2.
10.Ma, Y., Liu, J., Chu, M. et al. Cooperation Between Active Metal and Basic Support in Ni-Based Catalyst for Low-Temperature CO2 Methanation // Catal Lett. 2020. V.150, P.1418-1426 D0l:https://doi.org/10.1007/s10562-019-03033-w.
11.Gulyaeva Y, Alekseeva (Bykova) M, Bulavchenko O, Kremneva A, Saraev A, Gerasimov E, Selishcheva S, Kaichev V, Yakovlev V. Ni-Cu High-Loaded SolGel Catalysts for Dehydrogenation of Liquid Organic Hydrides: Insights into Structural Features and Relationship with Catalytic Activity // Nanomaterials. 2021. V.11. I.8. P. 2017. DOI: 10.3390/nano11082017.
12.Pudukudy, M.; Yaakob, Z. Methane decomposition over Ni, Co and Fe based monometallic catalysts supported on sol gel derived SiO2 microflakes // Chem. Eng. J. 2015.V.262, P.1009-1021D0I:10.1016/j.cej.2014.10.077.
13.Kuvshinov, Dmitiry&Kurmashov, Pavel &Bannov, Alexander & Popov, Maxim &Kuvshinov, Gennady. Synthesis of Ni-based catalysts by hexamethylenetetramine-nitrates solution combustion method for coproduction of hydrogen and nanofibrous carbon from methane // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V.44. P.16271-16286 DOI: 10.1016/j. ijhydene.2019.04.179.
14.M.V. Popov, A.G. Bannov, A.E. Brester, P.B. Kurmashov Effect of temperature and pressure on conversion of methane and lifetime of the catalyst in the catalytic decomposition of methane // Russian Journal of Applied Chemistry. 2020. Vol.93, I.7. P. 954-959. DOI: 10.1134/S1070427220070022.
15.D.G. Kuvshinov, P.B. Kurmashov, A.G. Bannov, M.V. Popov, G.G. Kuvshinov Synthesis of Ni-based catalysts by hexamethylenetetramine-nitrates solution combustion method for co-production of hydrogen and nanofibrous carbon from methane // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V.44, I.31. P.16271-16286. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.04.179.
16.P.B. Kurmashov, A.G. Bannov, M.V. Popov, A.P. Siswanto, A.G. Cherkov [et al.] Effect of the Ni/Al2O3 catalyst synthesis conditions at application of the solution combustion preparation method on the catalyst's properties and
efficiency in the process of nanofibrous carbons synthesis from methane // Advanced Science Letters. 2018. Vol.24, №12. P.9602-9604. DOI: 10.1166/ asl.2018.13087.
17.G.G. Kuvshinov, M.V. Popov, S.E. Tonkodubov, D.G. Kuvshinov Effect of pressure on the efficiency of nickel and nickel-copper catalysts in decomposition of methane // Russian Journal of Applied Chemistry. 2016. V.89, I.11. P.1777-1785. DOI: 10.1134/S1070427216110070.
18.P.B. Kurmashov, A.G. Bannov, M.V. Popov, E. Brester, L.I. Tolstobrova [et al.]. COx-free catalytic decomposition of methane over solution combustion synthesis derived catalyst: Synthesis of hydrogen and carbon nanofibers// International Journal of Energy Research. 2022. V. 46, I.9. P.11957-11971.
19.Zhou, Lu & Linga Reddy, Dr&Harb, Moussab&Saih, Youssef & Aguilar Tapia, Antonio &Ould-Chikh, Samy&Hazemann, Jean-Louis & Li, Jun & Wei, Nini& Gary, Daniel & Del-Gallo, Pascal & Basset, Jean. Fe catalysts for methane decomposition to produce hydrogen and carbon nano materials // Applied Catalysis B Environmental. 2017. V.208. P.44-59. DOI: 10.1016/j. apcatb.2017.02.052.
20.Wang, Yajie& Zhang, Yun & Zhao, Shun & Zhu, Jialong&Jin, Lijun& Hu, Haoquan. Preparation of bimetallic catalysts Ni-Co and Ni-Fe supported on activated carbon for methane decomposition // Carbon Resources Conversion. 2020. V.3. P.190-197. DOI:10.1016/j.crcon.2020.12.002.
21.Heyi WANG, Wenhua WANG, Yong YANG and Shuming PENG Effects of La2O3, Cu and Fe addition on the catalytic performance of Ni-SiO2 catalysts for methane decomposition // J. Plasma Fusion Res. SERIES. 2013. V. 10 P. 42-48
22.Torres, Daniel & Pinilla, Jose Luis &Suelves, Isabel. Co-, Cu- and Fe-Doped Ni/Al2O3 Catalysts for the Catalytic Decomposition of Methane into Hydrogen and Carbon Nanofibers // Catalysts. 2018. V.8. P.1-15. https://doi.org/10.3390/ catal8080300.
23.Srilatha, Konda &Bhagawan, Dr&Vurimindi, Himabindu. Thermo catalytic decomposition of methane over Cu - Al2O3 and 5 - 20wt% Ni - Cu - Al2O3 catalysts to produce hydrogen and carbon nanofibers // Advanced Materials Proceedings. 2016. V. 2. P. 35-40. D0l:10.5185/amp.2017/109.
24. Курмашов П.Б., Баннов А.Г., Дюкова К.Д. и др. Приготовление катализаторов синтеза нановолокнистого углерода методом горения растворов // Химическая промышленность сегодня. 2014. № 8. С. 6-17.
25.Reshetenko T.V., Avdeeva L.B., Ismagilov Z.R., Chuvilin A.L., Ushakov V.A. Carbon Capacious Ni-Cu-Al2O3 Catalysts for High-Temperature Methane Decomposition // Applied Catalysis A: General. 2003. V.247. I.1. P.51-63. DOI: 10.1016/S0926-860X(03)00080-2.
26.Serrano, David &Botas, J.A. & Fierro, J.L.G. &Guil-Lopez, R. & Pizarro, P. & Gómez-Pozuelo, Gema. Hydrogen production by methane decomposition: Origin of the catalytic activity of carbon materials // Fuel. 2010. V.89. P.1241-1248. D0I:10.1016/j.fuel.2009.11.030.
27.Izadi, Nosrat&Rashidi, Alimorad&Borghei, Maryam &Karimzadeh,
Ramin&Tofigh, Atefe. Synthesis of carbon nanofibres over nanoporous Ni-MgO catalyst: Influence of the bimetallic Ni-(Cu, Co, Mo) MgO catalysts // Journal of Experimental Nanoscience. 2012. V.7. P.160-173. DOI:10.1080/17458080.2010 .513019.
REFERENCES
1. Arutyunov V.S., Strekova L.N. The potential of hydrogen energy and possible consequences of its implementation. NefteGazoKhimiya, 2021, no. 1-2, pp. 8-11 (In Russian).
2. Nuria Sánchez-Bastardo, Robert Schlögl, Holger Ruland. Methane pyrolysis for zero-emission hydrogen production: a potential bridge technology from fossil fuels to a renewable and sustainable hydrogen economy. Ind. Eng. Chem. Res, 2021, vol. 60, no. 32, pp. 11855-11881.
3. Wang I-Wen, Deepa Ayillath Kutteri, Bingying Gao, Hanjing Tian. Methane pyrolysis for carbon nanotubes and cox-free h2 over transition-metal catalysts. Energy & Fuels, 2018, vol. 33, pp. 858-869.
4. Schreiter N., Kirchner J., Kureti S. A DRIFTS and TPD study on the methanation of CO2 on Ni/Al2O3 catalyst. Catalysis Communications, 2020, vol. 140, pp. 105988.
5. Bingying Gao, I-Wen Wang, Lili Ren, Thomas Haines, Jianli Hu. On the catalytic performance and reproducibility of Ni/Al2O3 and Co/Al2O3 mesoporous aerogel catalysts for methane decomposition. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2018, vol. 58, pp. 3629-3631.
6. Sophie L. Pirard, Julien G. Mahy, Jean-Paul Pirard, Benoît Heinrichs, Laurent Raskinet, Stéphanie D. Lambert. Development by the sol-gel process of highly dispersed Ni-Cu/SiO2 xerogel catalysts for selective 1,2-dichloroethane hydrodechlorination into ethylene. Microporous and Mesoporous Materials, 2015, vol. 209, pp. 197-207.
7. Evgeniy O. Pentsak, Evgeniy G. Gordeev, Valentine P. Ananikov. Noninnocent nature of carbon support in metal/carbon catalysts: etching/pitting vs nanotube growth under microwave irradiation. ACS Catalysis, 2014, vol. 4, p. 3806-3814.
8. Sivaiah M.V., Sabine Petit, Marie Beaufort, Dominique Eyidi, Joel Barrault, Catherine Dupeyrat, Sabine Valange. Nickel based catalysts derived from hydrothermally synthesized 1:1 and 2:1 phyllosilicates as precursors for carbon dioxide reforming of methane. Microporous and Mesoporous Materials -MICROPOROUS MESOPOROUS MAT, 2011, vol. 140, pp. 69-80.
9. Reshetenko T.V., Avdeeva L.B. Ismagilov Z., Chuvilin A., Ushakov V.A. Carbon capacious Ni-Cu-Al2O3 catalysts for high-temperature methane decomposition. Applied Catalysis A: General, 2003, vol. 247, pp. 51-63.
10.Ma Y., Liu J., Chu M. Cooperation between active metal and basic support in ni-based catalyst for low-temperature CO2 methanation. Catal Lett, 2020, vol. 150, pp. 1418-1426
11. Gulyaeva Y., Alekseeva (Bykova) M., Bulavchenko O., Kremneva A., Saraev A., Gerasimov E., Selishcheva S., Kaichev V., Yakovlev V. Ni-Cu high-loaded sol-gel catalysts for dehydrogenation of liquid organic hydrides: insights into structural features and relationship with catalytic activity. Nanomaterials, 2021, vol. 11, no. 8, p. 2017.
12. Pudukudy M., Yaakob Z. Methane decomposition over Ni, Co and Fe based monometallic catalysts supported on sol gel derived SiO2 microflakes. Chem. Eng. J., 2015, vol. 262, pp. 1009-1021.
13. Kuvshinov D., Kurmashov P., Bannov A. Popov M., Kuvshinov G. Synthesis of Ni-based catalysts by hexamethylenetetramine-nitrates solution combustion method for co-production of hydrogen and nanofibrous carbon from methane. International Journal of Hydrogen Energy, 2019, vol. 44, pp. 16271-16286.
14.Popov M.V., Bannov A.G., Brester A.E., Kurmashov P.B. Effect of temperature and pressure on conversion of methane and lifetime of the catalyst in the catalytic decomposition of methane. Russian Journal of Applied Chemistry, 2020, vol. 93, no. 7, pp. 954-959.
15. Kuvshinov D.G., Kurmashov P.B., Bannov A.G., Popov M.V., Kuvshinov G.G. Synthesis of Ni-based catalysts by hexamethylenetetramine-nitrates solution combustion method for co-production of hydrogen and nanofibrous carbon from methane. International Journal of Hydrogen Energy, 2019, vol. 44, no. 31, pp.16271-16286.
16. Kurmashov P.B., Bannov A.G., Popov M.V., Siswanto A.P.,. Cherkov A.G Effect of the Ni/Al2O3 catalyst synthesis conditions at application of the solution combustion preparation method on the catalyst's properties and efficiency
in the process of nanofibrous carbons synthesis from methane. Advanced Science Letters, 2018, vol. 24, no. 12, pp. 9602-9604.
17. Kuvshinov G.G., Popov M.V., Tonkodubov S.E., Kuvshinov D.G. Effect of pressure on the efficiency of nickel and nickel-copper catalysts in decomposition of methane. Russian Journal of Applied Chemistry, 2016, vol. 89, no. 11, pp. 1777-1785.
18. Kurmashov P.B., Bannov A.G., Popov M.V., Brester E., Tolstobrova L.I. COx-free catalytic decomposition of methane over solution combustion synthesis derived catalyst: Synthesis of hydrogen and carbon nanofibers. International Journal of Energy Research, 2022, vol. 46, no. 9, pp. 11957-11971.
19. Lu Zhou, Dr. Linga Reddy, Moussab Harb, Youssef Saih, Antonio Aguilar Tapia, Samy Ould-Chikh, Jean-Louis Hazemann, Jun Li, Nini Wei, Daniel Gary, Pascal Del-Gallo, Jean Basset. Fe catalysts for methane decomposition to produce hydrogen and carbon nano materials. Applied Catalysis B Environmental, 2017, vol. 208, pp. 44-59.
20. Yajie Wang, Yun Zhang, Shun Zhao, Jialong Zhu, Lijun Jin, Haoquan Hu. Preparation of bimetallic catalysts Ni-Co and Ni-Fe supported on activated carbon for methane decomposition. Carbon Resources Conversion, 2020, vol. 3, pp.190-197.
21. Heyi Wang, Wenhua Wang, Yong Yang, Shuming Peng. Effects of La2O3, Cu and Fe addition on the catalytic performance of Ni-SiO2 catalysts for methane decomposition. J. Plasma Fusion Res. SERIES, 2013, vol. 10, pp. 42-48.
22. Dian Torres, Jose Luis Pinilla, Isabel Suelves. Co-, Cu- and Fe-doped Ni/Al2O3 catalysts for the catalytic decomposition of methane into hydrogen and carbon nanofibers. Catalysts, 2018, vol. 8, pp. 1-15.
23. Konda Srilatha, Dr D Bhagawan, Himabindu Vurimindi. Thermo catalytic decomposition of methane over Cu - Al2O3 and 5 - 20wt% Ni - Cu - Al2O3 catalysts to produce hydrogen and carbon nanofibers. Advanced Materials Proceedings, 2016, vol. 2, pp. 35-40.
24. Kurmashov P.B., Bannov A.G., Dyukova K.D. Preparation of catalysts for the synthesis of nanofiber carbon by the method of combustion of solutions. Khimicheskaya promyshlennost segodnya, 2014, no. 8, pp. 6-17 (In Russian).
25. Reshetenko T.V., Avdeeva L.B., Ismagilov Z.R., Chuvilin A.L., Ushakov V.A. Carbon capacious Ni-Cu-Al2O3 catalysts for high-temperature methane decomposition. Applied Catalysis A: General, 2003, vol. 247, no. 1, pp. 51-63.
26. David Serrano, J.A. Botas, J.L.G. Fierro, R. Guil-Lopez, P. Pizarro, Gema Gómez-Pozuelo. Hydrogen production by methane decomposition: Origin of the catalytic activity of carbon materials. Fuel, 2010, vol. 89, pp. 1241-1248.
27. Nosrat Izadi, Alimorad Rashidi, Maryam Borghei, Ramin Karimzadeh, Atefe Tofigh. Synthesis of carbon nanofibres over nanoporous Ni-MgO catalyst: Influence of the bimetallic Ni-(Cu, Co, Mo) MgO catalysts. Journal of Experimental Nanoscience, 2012, vol. 7, pp. 160-173.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Чудакова Мария Владимировна, к.х.н., н.с., ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации».
Коровченко Павел Александрович, к.х.н., руководитель центра НИОКР «Нефтепереработка», ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации». Попов Максим Викторович, к.т.н., руководитель проектов, ООО «Газпромнефть - Промышленные инновации».
Козлов Михаил Андреевич, инженер, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН.
Никулин Михаил Владимирович, к.х.н., генеральный директор ООО «Газпром-нефть - Промышленные инновации».
Клейменов Андрей Владимирович, д.т.н., начальник Управления инновационного развития и интеллектуальной собственности, ПАО «Газпром нефть». Ведерников Олег Сергеевич, директор Дирекции переработки нефти и газа, ПАО «Газпром нефть».
Maria V. Chudakova, Cand. Sci. (Chem.), Research Fellow, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
Pavel A. Korovchenko, Cand. Sci. (Chem.), Head of the R&D Center "Oil Refining", LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
Maksim V. Popov, Cand. Sci. (Tech.), Project manager, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
Mikhail A. Kozlov, Engineer, Zelinsky Institute of Organic Chemistry Russian Academy of Sciences.
Mikhail V. Nikulin,Cand. Sci. (Chem.), General Director, LLC Gazpromneft-Industrial Innovations.
Andrey V. Kleymenov, Dr. Sci. (Tech.), Head of the Department of Innovative Development and Intellectual Property, PJSC Gazprom Neft. Oleg S. Vedernikov, Director of the Directorate of Oil and Gas Refining, PJSC Gazprom Neft.
