Flameless Catalytic Combustion of Ethanol on Copper, Chromium, and Nickel Oxides

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The possibility of using 3d-metal oxides as catalysts of self-sustaining catalytic flameless combustion of ethanol was examined. Monolithic catalysts CuO and Cr2O3, supported catalysts 25% CuO/SiO2 and 25% CuO/Al2O3, and ultrasonically treated catalyst 25% NiO/SiO2 can operate for a long time without changes in properties, ensuring 100% ethanol conversion. The wide range of the temperatures reached (300–590°C) allows choosing a catalyst meeting the process tasks.

About the authors

S. D. Arsent'ev

Nalbandyan Institute of Chemical Physics, National Academy of Sciences of the Republic of Armenia

Email: arsentiev53@mail.ru
0014, Yerevan, Armenia

R. R. Grigoryan

Nalbandyan Institute of Chemical Physics, National Academy of Sciences of the Republic of Armenia

Email: petrochem@ips.ac.ru
0014, Yerevan, Armenia

G. G. Kocharyan

Nalbandyan Institute of Chemical Physics, National Academy of Sciences of the Republic of Armenia

Email: petrochem@ips.ac.ru
0014, Yerevan, Armenia

S. Kh. Stepanyan

Nalbandyan Institute of Chemical Physics, National Academy of Sciences of the Republic of Armenia

Email: petrochem@ips.ac.ru
0014, Yerevan, Armenia

L. A. Tavadyan

Nalbandyan Institute of Chemical Physics, National Academy of Sciences of the Republic of Armenia

Author for correspondence.
Email: petrochem@ips.ac.ru
0014, Yerevan, Armenia

References

  1. Mueller-Stach T.W., Neubauer T., Punke A.H., Grubert G., Siani A., Freitag C. Diesel oxidation catalyst with layer structure for improved hydrocarbon conversion // Patent US № 20100180582 A1. 2010.
  2. Naotaka O., Kejitiro M., Kazukhiko J., Operason R. Composite oxide, method for production thereof and catalyst for cleaning exhaust gases // Patent RU № 2588126 C2. 2012.
  3. Farrauto R.J., Voss K.E., Heck R.M. Ceria-alumina oxidation catalyst // Patent US № 005627124A. 1997
  4. Galanov S.G., Sidorova O.I., Mutas I.N., Popov V.N., Dunaevskij G.E., Borilo L.P., Kozik V.V. Method of producing thermally stable catalyst of oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide // Patent RU № 2404854 C1. 2010.
  5. Завьялова У.Ф., Третьяков В.Ф., Бурдейная Т.Н., Цырульников П.Г. Блочные катализаторы нейтрализации выхлопных газов, синтезированные методом горения. // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13. С. 751-775.
  6. Raj R., Chaurasia A. Flameless Combustion: A Review. // Intern. J. of Science Technology & Engineering. 2016. V. 3. № 4. P. 70-75.
  7. Лукьянов Б.Н., Кузин Н.А., Кириллов В.А., Куликов В.А., Шигаров В.Б., Данилова М.М. Экологически чистое окисление углеводородных газов в каталитических нагревательных элементах. // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. Т. 9. № 5. С. 667-677.
  8. Проблемы кинетики и катализа. 18: Глубокое каталитическое окисление углеводородов. Под ред. О.В. Крылова и М.Д. Шибанова. М.: Наука, 1981. 199 с.
  9. Welles C.G. Development of an advanced flameless combustion heat source utilizing hevy fuels. Technical report NATICK/TR-10/018. 2006-2008. https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a526157.pdf
  10. Lee I.C., Lan H.T. Heater // Patent US № 10584869B2. 2020.
  11. Lee I.C. Heater and cookware for flameless catalytic comdustion // Patent US № 20200022524 A1. 2020.
  12. https://www.profsharemarketresearch.com/three-way-catalysts-twc-market-report
  13. Лопатин С.А., Цырульников П.Г., Котолевич Ю.С., Микенин П.Е., Писарев Д.А., Загоруйко А.Н. Структурированный стеклотканный катализатор ИК-12-С111 для глубокого окисления органических соединений // Катализ в промышленности. 2015. № 3. С. 67-72. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2015-3-67-72
  14. Maharana D., Soloman P.A. Flameless catalytic LPG combustion and its optimization approach // Procedia Technology. 2016. V. 24. P. 689-695. https://doi.org/10.1016/j.protcy.2016.05.192
  15. Idriss H. Ethanol reactions over the surfaces of noble metal/cerium oxide // Platinum Metals Rev. 2004. V. 48. № 3. P. 105-115. https://doi.org/10.1595/147106704X1603
  16. Исмагилов З.Р., Баранник Г.Б., Суриков В.А., Шаров Н.Г., Гриднев Ю.М., Куликовская Н.А., Шкрабина Р.А., Кириченко О.А., Садовникова М.А. Катализатор для сжигания газовых выбросов в нестационарном режиме // Патент РФ № 1462557A1. 1993.
  17. Симонов А.Д., Языков Н.А., Дубинин Ю.В. Эффективное сжигание метана в псевдоожиженном слое катализатора // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. Т. 21. № 2. С. 173-78.
  18. Зажигалов С.В., Микенин П.Е., Лопатин С.А., Баранов Д.В., Писарев Д.А., Чумакова Н.А., Загоруйко А.Н. Усовершенствованный адсорбционно-каталитический процесс для очистки отходящих газов от примесей летучих органических соединений // Катализ в промышленности. 2016. Т. 16. № 3. С. 38-48. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2016-3-38-48
  19. Zazhigalov S., Elyshev A., Lopatin S., Larina T., Cherepanova S., Mikenin P., Pisarev D., Baranov D., Zagoruiko A. Copper-chromite glass fiber catalyst and its performance in the test reaction of deep oxidation of toluene in air // Reaction. Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2017. V. 120. P. 247-260. https://doi.org/10.1007/s11144-016-1089-3.
  20. Тихов С.Ф., Беспалко Ю.Н., Садыков В.А., Саланов А.Н., Решетников С.И. Каталитическое окисление метана на керамометаллических катализаторах CuO/Al2O3/FeAlO/FeAl // Физика горения и взрыва. 2016. Т. 52. № 5. С. 45-54. https://doi.org/10.15372/FGV20160504
  21. Slavinskaya E.M., Zadesenets A.V., Stonkus O.A., Stadnichenko A.I., Shchukarev A.V., Shubin Yu.V., Korenev S.V., Boronin A.I. Thermal activation of Pd/CeO2-SnO2 catalysts for low-temperature CO oxidation. // Applied Catalysis B: Environmental. 2020. V. 277. P. 119-275. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.119275
  22. Кустов Д.М. Способ приготовления катализатора для полного окисления углеводородов, катализатор, приготовленный по этому способу, и способ очистки воздуха от углеводородов с использованием полученного катализатора // Патент РФ № 2515510 C1. 2014.
  23. Jiratova K., Kovanda F., Balabanova J., Kolousek D., Klegova A., Pacultova K., Obalova L. Cobalt oxide catalysts supported on CeO2-TiO2 for ethanol oxidation and N2O decomposition // Reaction. Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2017. V. 121. № 1. P. 121-139. https://doi.org/10.1007/s11144-017-1142-x
  24. Amrollahi R., Wenderich K., Mul G. Room temperature oxidation of ethanol to acetaldehyde over Pt/WO3. // Adv. Mater. Interfaces. 2016. V. 3. № 18. Аrt. № 1600266. https://doi.org/10.1002/admi.201600266
  25. Zazhigalov S., Elyshev A., Lopatin S., Larina T., Cherepanova S., Mikenin P., Pisarev D., Baranov D., Zagoruiko A. Copper-chromite glass fiber catalyst and its performance in the test reaction of deep oxidation of toluene in air // Reaction. Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2017. V. 120. P. 247-260. https://doi.org/10.1007/s11144-016-1089-3
  26. Chatel G. Sonochemistry in nanocatalysis: The use of ultrasound from the catalyst synthesis to the catalytic reaction // Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. 2019. V. 15. P. 1-6. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2018.07.004
  27. Geun-Ho Han,Myung-gi Seo,Young-Hoon Cho, Sang Soo Han, Kwan-Young Lee. Highly dispersed Pd catalysts prepared by a sonochemical method for the direct synthesis of hydrogen peroxide // Molecular Catalysis. 2017. V. 429. P. 43-50. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2016.12.003
  28. Seok S., Hussain M.A., Park K.J., Kim J.W., Kim D.H. Sonochemical synthesis of PdO/silica as a nanocatalyst for selective aerobic alcohol oxidation // Ultrasonics Sonochemistry. 2016. V. 28. P. 178-184. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2015.07.020
  29. Febles V.G., Melo-Maximo D.V., Perez I.H., Parra R.S., Espinoza-Tapia J.C., Paz R.L., Arceo L.D.B., Olvera J.N.R., Melo-Maximo L., González-Reyes L. Sonochemical synthesis of nanostructured Ni-Fe-C system and its catalytic activity based on decolorization of reactive black 5 dye // Crystals. 2022. V. 12. № 8. P. 1123-1142. https://doi.org/10.3390/cryst12081123
  30. Mahboob S., Haghighi M., Rahmani F. Sonochemically preparation and characterization of bimetallic Ni-Co/Al2O3-ZrO2 nanocatalyst: effects of ultrasound irradiation time and power on catalytic properties and activity in dry reforming of CH4 // Ultrasonics Sonochemistry. 2017. V. 38. P. 38-49. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2017.02.039
  31. Гарибян Т.А., Мурадян А.А., Григорян Р.Р., Манукян Н.С. Ультразвуковое воздействие при активации катализаторов окислительных превращений метана, пропилена и метанола // Кинетика и катализ. 1993. Т. 34. № 4. С. 742-745
  32. Григорян Р.Р., Вартикян Л.А., Гарибян Т.А, Зажигалов В.А. Использование природных цеолитов для создания катализаторов нейтрализации газовых выбросов. 1. Глубокое окисление метанола // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2008. Т. 5. С. 24-30.
  33. Philips T.C., Kudryavtsev S., Glikina I., Korol D. Principles of the progress of reactions involving deep oxidation of isopropyl alcohol under conditions of aerosol nanocatalysis technology // Eastern-European J. of Enterprise Technologies. 2019. V. 3. № 6(99). P. 37-43. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.170488
  34. Li X., Iglesia E. Selective catalytic oxidation of ethanol to acetic acid on dispersed Mo-V-Nb mixed oxides // Chem. Eur. J. 2007. V. 13. P. 9324-9330. https://doi.org/10.1002/chem.200700579
  35. Sapi A., Liu F., Cai X., Thompson C.M., Wang H., An K., Krier J.M., Somorjai G.A. Comparing the catalytic oxidation of ethanol at the solid-gas and solid-liquid interfaces over size-controlled Pt nanoparticles: striking differences in kinetics and mechanism // Nano Lett. 2014. V. 14. № 11. P. 6727-6730. https://doi.org/10.1021/nl5035545
  36. Ismagilov Z.R., Dobrynkin N.M., Popovskii V.V. Oxidation of ethanol on platinum/alumina and copper oxide catalysts // Reaction. Kinetics and catalysis letters. 1979. V. 10. P. 55-59. https://doi.org/10.1007/BF02067512
  37. Lomonosov V.A., Panasyugin A.S., Smorygo O.L., Mikutskii V.A., Romashko A.N., Tikhov S.F., Sadykov V.S. Pd/γ-Al2O3 catalysts on cellular supports for VOC vapor neutralization. // Catalysis in Industry. 2010. V. 2. P. 387-392. https://doi.org/10.1134/S2070050410040148

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences