Ammonia Decomposition Over Cobalt-Based Silica-Supported Fischer-Tropsch Synthesis Catalysts

R. E. Yakovenko; Яковенко Р. Е.; T. V. Krasnyakova; Краснякова Т. В.; A. N. Saliev; Салиев А. Н.; M. A. Shilov; Шилов М. А.; A. V. Volik; Волик А. В.; A. P. Savost’yanov; Савостьянов А. П.; S. A. Mitchenko; Митченко С. А.

doi:10.31857/S0453881123020090

Ammonia Decomposition Over Cobalt-Based Silica-Supported Fischer-Tropsch Synthesis Catalysts

Authors: Yakovenko R.E.¹, Krasnyakova T.V.¹^,2, Saliev A.N.¹, Shilov M.A.¹, Volik A.V.¹, Savost’yanov A.P.¹, Mitchenko S.A.¹^,2
Affiliations:
1. Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)
2. Litvinenko Institute of Physical Organic Chemistry and Coal Chemistry
Issue: Vol 64, No 2 (2023)
Pages: 203-215
Section: ARTICLES
URL: https://modernonco.orscience.ru/0453-8811/article/view/660290
DOI: https://doi.org/10.31857/S0453881123020090
EDN: https://elibrary.ru/GNTPBZ
ID: 660290

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription or Fee Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Decomposition of ammonia over silica-supported cobalt catalysts for Fischer–Tropsch synthesis has been studied at a pressure of 0.1 MPa, a gas hourly space velocity range of 1000–6000 h^–1 and a temperature range of 400–650°C in a tubular fixed bed reactor in a flow-through mode. It was found that silica-supported cobalt catalysts for hydrocarbons synthesis via the Fischer–Tropsch protocol also exhibit high activity in ammonia decomposition. Both activity and hydrogen productivity decrease in the series: Co–Ru/SiO₂ > > Co–Al₂O₃/SiO₂ > Ru/SiO₂ > Co–Al₂O₃/SiO₂(35%)/ZSM-5(30%)/Al₂O₃(35%). The relatively low values of effective activation energies estimated for all catalysts indicate that the reaction can proceed with a high conversion at moderate temperatures.

Keywords

ammonia decomposition, hydrogen production, cobalt-based silica-supported Fischer–Tropsch synthesis catalyst, promoter

References

York R., Bell S.E. // Energy Res. Soc. Sci. 2019. V. 51. P. 40.
Lucentini I., Garcia X., Vendrell X., Llorca J. // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. № 51. P. 18560.
Hameer S., Niekerk J.L. // Int. J. Energy Res. 2015. V. 39. № 9. P. 1179.
Chang F., Gao W., Guo J., Chen P. // Adv. Mater. 2021. V. 33. № 50. P. 2005721.
Mukherjee S., Devaguptapu S.V., Sviripa A., Lund C.R., Wu G. // Appl. Catal. B: Env. 2018. V. 226. P. 162.
Silverstein R., Eliezer D., Glam B. // Energy Procedia. 2017. V. 107. P. 199.
Kobayashi N., Koyama M., Kobayashi K., Hojo T., Akiyama E. // Mater. Transact. 2022. V. 63. № 2. P. 247.
Robertson I.M., Sofronis P., Nagao A., Martin M.L., Wang S., Gross D.W., Nygren K.E. // Metallurg. Mater. Transact. A. 2015. V. 46. № 6. P. 1085.
Hwang H.T., Varma A. // Curr. Opin. Chem. Eng. 2014. V. 5. P. 42.
Фатеев В.Н., Алексеева О.К., Коробцев С.В., Серегина Е.А., Фатеева Т.В., Григорьев А.С., Алиев А.Ш. // Chemical Problems. 2018. № 4. С. 453.
UTL:https://ar2020.phosagro.ru/download/full-reports/ ar_ru_annual-report_pages_phosagro_2020.pdf (дата обращения: 09.09.2022 г.)
Lamb K.E., Dolan M.D., Kennedy D.F. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 7. P. 3580.
Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В., Яртысь В.А. // Российский химический журнал. 2006. Т. 50. № 6. С. 34.
Le T.A., Do Q.C., Kim Y., Kim T.W., Chae H.J. // Korean J. Chem. Eng. 2021. V. 38. № 6. P. 1087.
Lendzion-Bielun Z., Narkiewicz U., Arabczyk W. // Materials. 2013. V. 6. № 6. P. 2400.
Zhang J., Xu H., Ge Q., Li, W. // Catal. Commun. 2006. V. 7. № 3. P. 148.
Li G., Yu X., Yin F., Lei Z., Zhang H., He X. // Catal. Today. 2022. V. 402. P. 45.
Podila S., Driss H., Zaman S.F., Alhamed Y.A., AlZahrani A.A., Daous M.A., Petrov L.A. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2016. V. 414. P. 130.
Choudhary T.V., Sivadinarayana C., Goodman D.W. // Catal. Lett. 2001. V. 72. № 3. P. 197.
Li X.K., Ji W.J., Zhao J., Wang S.J., Au C.T. // J. Catal. 2005. V. 236. № 2. P. 181.
Liu H., Wang H., Shen J., Sun Y., Liu Z. // Appl. Catal. A: Gen. 2008. V. 337. № 2. P. 138.
Ertl G., Knözinger H., Weitkamp J. // Weinheim: VCH. 1997. V. 2. P. 427.
Bell T.E. // Top. Catal. 2016. V. 59. № 15. P. 1438.
Lendzion-Bieluń Z., Pelka R., Arabczyk W. // Catal. Lett. 2009. V. 129. № 1. P. 119.
Gu Y.Q., Jin, Z., Zhang H., Xu R.J., Zheng M.J., Guo Y.M., Song Q.S., Jia C.J. // J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. № 33. P. 17172.
Podila S., Alhamed Y.A., AlZahrani A.A., Petrov L.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. № 45. P. 15411.
Savost’yanov A.P., Yakovenko R.E., Sulima S.I., Bakun V.G., Narochnyi G.B., Chernyshev V.M., Mitchenko S.A. // Catal. Today. 2017. V. 279. P. 107.
Yakovenko R.E., Savost’yanov A.P., Narochniy G.B., Soromotin V.N., Zubkov I.N., Papeta O.P., Svetogorov R.D., Mitchenko S.A. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. P. 7613.
Савостьянов А.П., Яковенко Р.Е., Нарочный Г.Б., Бакун В.Г., Сулима С.И., Якуба Э.С., Митченко С.А. // Кинетика и катализ. 2017. Т. 58. № 1. С. 1.
Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Нарочный Г.Б., Папета О.П., Денисов О.Д., Савостьянов А.П. // Кинетика и катализ. 2020. Т. 61. № 2. С. 278.
Яковенко Р.Е., Зубков И.Н., Савостьянов А.П., Соромотин В.Н., Краснякова Т.В., Папета О.П., Митченко С.А. // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 1. С. 109.
Авербух А.Я., Тумаркина Е.С., Мухленов И.П., Копылев Б.А, Румянцева Е.С. Практикум по общей химической технологии: Учебное пособие для студентов вузов. Под ред. И.П. Мухленова. Москва: Высшая школа, 1979. 421 с.
Young R.A. The Rietveld Method. Oxford University Press, 1995. 298 p.
Schanke D., Vada S., Blekkan E.A., Hilmen A.M., Hoff A., Holmen A. // J. Catal. 1995. V. 156. № 1. P. 85.
PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № (ICDD 42-1467)
PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 000-61-0765
PDF-2. The powder diffraction file TM. International Center for Diffraction Data (ICDD). PDF-2 Release 2012. web site: www.icdd.com. 2014. № 010-75-0921
Липпенс Б.К., Стеггерда И.И. Активная окись алюминия. Строение и свойства адсорбентов и катализаторов. Москва: Мир, 1973. С. 190.
Lin H.Y., Chen Y.W. // Mater. Chem. Phys. 2004. V. 85. № 1. P. 171.
Wong L., Tang L., Scarlett N.V., Chiang K., Patel J., Burke N., Sage V. // Appl. Catal. A: Gen. 2017. V. 537. P. 1.
Wang C., Liu N., Zhang, C., Liu X., Li X., Zhao X.S. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 497. P. 143776.
Li J., Liu Z., Wang R. // J. Colloid Interface Sci. 2018. V. 531. P. 204.
Bruce L.A., Hoang M., Hughes A.E., Turney T.W. // Appl. Catal. A: Gen. 1993. V. 100. № 1. P. 51.
Prieto G., Concepción P., Murciano R., Martínez A. // J. Catal. 2013. V. 302. P. 37.
Pei Y., Ding Y., Zhu H., Zang J., Song X., Dong W., Wang T., Lu Y. // Catal. Lett. 2014. V. 144. № 8. P. 1433.
Steen E., Sewell G.S., Makhothe R.A., Micklethwaite C., Manstein H., Lange M., O’Connor C.T. // J. Catal. 1996. V. 162. № 2. P. 220.
Li L., Zhu Z.H., Yan Z.F., Lu G.Q., Rintoul L. // Appl. Catal. A: Gen. 2007. V. 320. P. 166.
Su Q., Gu L., Yao Y., Zhao J., Ji W., Ding W., Au C.T. // Appl. Catal. B: Env. 2017. V. 201. P. 451.
Li L., Zhu Z.H., Lu G.Q., Yan Z.F., Qiao S.Z. // Carbon. 2007. V. 45. № 1. P. 11.
Zhang H., Alhamed Y.A., Al-Zahrani A., Daous M., Inokawa H., Kojima Y., Petrov L.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 31. P. 17573.
Zhang H., Alhamed Y.A., Chu W., Ye Z., AlZahrani A., Petrov L. // Appl. Catal. A: Gen. 2013. V. 464. P. 156.
Podila S., Driss H., Zaman S.F., Alhamed Y.A., AlZahrani A.A., Daous M.A., Petrov L.A. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2016. V. 414. P. 130.
Podila S., Driss H., Zaman S.F., Ali A.M., Al-Zahrani A.A., Daous M.A., Petrov L.A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2017. V. 42. № 38. P. 24213.
Khan W.U., Alasiri H.S., Ali S.A., Hossain M.M. // Chem. Rec. 2022. V. 22. № 7. P. e202200030.
Zhang Z.S., Fu X.P., Wang W.W., Jin Z., Song Q.S., Jia C.J. // Sci. China Chem. 2018. V. 61. № 11. P. 1389.
Torrente-Murciano L., Hill A.K., Bell T.E. // Catal. Today. 2017. V. 286. P. 131.
Zhang H., Alhamed Y., Kojima Y., Al-Zahrani A.A., Petrov L.A. // Comptes rendus de l’Acad’emie bulgare des Sciences. 2013. V. 66. P. 519.
Zhang J., Müller J.O., Zheng W., Wang D., Su D., Schlögl R. // Nano Lett. 2008. V. 8. № 9. P. 2738.
Hu X.C., Wang W.W., Jin Z., Wang X., Si R., Jia C.J. // J. Energy Chem. 2019. V. 38. P. 41.
Lara-Garcia H.A., Mendoza-Nieto J.A., Pfeiffer H., Torrente-Murciano L. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 57. P. 30062.
Huang C., Li H., Yang J., Wang C., Hu F., Wang X., Lu Z.H., Feng G., Zhang R. // Appl. Surf. Sci. 2019. V. 478. P. 708.
Li G., Zhang H., Yu X., Lei Z., Yin F., He X. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 26. P. 12882.
McCullough K., Chiang P.H., Jimenez J.D., Lauterbach J.A. // Materials. 2020. V. 13. № 8. P. 1869.
Di Carlo A., Vecchione L., Del Prete Z. // Int. J Hydrogen Energy. 2014. V. 39. № 2. P. 808.