Nickel-containing catalysts for ethylene conversion to motor fuel components and light alkenes

Polyfunctional Ni-containing catalysts supported on the B₂O₃-Al₂O₃ and MoO₃-Al₂O₃ were prepared by a sequential impregnation. They were evaluated in ethylene conversion to C₅₊ alkenes or propylene. The catalysts were characterized by X-ray diffraction, Fourier transformed infrared spectroscopy, Fourier transformed infrared spectroscopy of adsorbed CO, UV-VIS diffuse reflectance spectroscopy, temperature programmed reduction and temperature-programmed desorption of NH₃. NiO/B₂O₃-Al₂O₃ samples containing Ni²⁺ cations chemically bonded to the acid support are the most effective catalysts for ethylene oligomerization. The NiO/MoO₃-Al₂O₃ catalyst activity in the ethylene conversion to propylene is related with the presence of ethylene dimerization active sites, i.e. Ni²⁺ cations bonded to the support acidic sites, and active sites of metathesis in the form of monomolybdate species.

1. Global Ethylene Market 2022-2026. https://www.researchandmarkets.com/reports/5557920/global-ethylene-market-2022-2026#product--toc

2. Волкова А.В. Рынок базовых продуктов нефтехимии: олефины и ароматические углеводороды. М.: Высшая школа экономики, 2019. 70 с.

3. Ghashghaee M. // Rev. Chem. Eng. 2018. V. 34. P. 595-655. https://doi.org/10.1515/revce-2017-0003

4. Bao J., Yang G., Yoneyama Y., Tsubaki N. // ACS Catal. 2019. V. 9. № 4. P. 3026-3053. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b03924

5. Третьяков В.Ф., Илолов А.М., Будняк А.Д., Французова Н.А., Рагуткин А.В., Латышков А.А., Никоноров С.И. // НефтеГазоХимия. 2017. № 3. С. 35-40.

6. Sanfilippo D., Miracca I., Di Girolamo M., in Sustainable Strategies for the Upgrading of Natural Gas: Fundamentals, Challenges, and Opportunities, Eds Derouane E.G., Parmon V., Lemos F., Ribeiro F.R., Springer, Dordrecht, 2005, P. 217-247. https://doi.org/10.1007/1-4020-3310-9_11

7. Седов И.В., Макарян И.А., Берзигияров П.К., Магомедова М.В., Максимов А.Л. // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. С. 1693-1707.

8. Speight J.G. Handbook of Industrial Hydrocarbon Processes. Gulf Professional Publishing, 2020. p. 55. https://doi.org/10.1016/C2015-0-06314-6

9. Mohsenzadeh A., Zamani A., Taherzadeh M.J. // ChemBioEng Rev. 2017. V. 4. № 2. P. 75-91. https://doi.org/ 10.1002/cben.201600025

10. Bosch C.E., Poulston S., Collier P., Thybaut J.W., Marin G.B. // Johnson Matthey Technol. Rev. 2019. V. 63. № 4. P. 265-276. https://doi.org/10.1595/205651319X15613828987406

11. Gattis S.C., Peterson E.R., Johnson M.M. // Synfuels International Inc. 2004.

12. Geleynse S., Brandt K., Garcia-Perez M., Wolcott M., Zhang X. // ChemSusChem. 2018. V. 11. № 21. P. 3728-3741. https://doi.org/10.1002/cssc.201801690

13. Lallemand M., Finiels A., Fajula F., Hulea V. // Chem. Eng. J. 2011. V. 172. № 2-3. P. 1078-1082. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.06.064

14. Lu K., Jin F., Wu G., Ding Y. // Sustain. Energy Fuels. 2019. V. 3. № 12. P. 3569-3581. https://doi.org/10.1039/c9se00771g

15. Xui T., Wang J., Liu Q. // Microporous Mesoporous Mater. 2011. V. 143. № 2-3. P. 362-367. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.03.014

16. Peil K.P., Galva L.G., Marcelin G. // J. Catal. 1989. V. 115. № 2. P. 441-451. https://doi.org/10.1016/0021-9517(89)90048-1

17. Лавренов А.В., Дуплякин В.К. // Кинетика и катализ. 2009. Т. 50. № 2. С. 249-255.

18. Bautista E.M., Campelo J.M., Garcia A. // Appl. Catal. A Gen. 1998. V. 170. № 1. P. 159-168. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(98)00046-5

19. Curtin T., McMonagle J.B., Ruwet M., Hodnett B.K. // J. Catal. 1993. V. 142. № 1. P. 172-181. https://doi.org/10.1016/0926-860X(92)80295-N

20. Lombardo E.A., Lo Jacono M., Hall W.K. // J. Catal. 1980. V. 64. № 1. P. 150-162. https://doi.org/10.1016/0021-9517(80)90488-1

21. Khodakov Y.S., Anders K., Makarov P.A., Feldhaus R., Novak Z., Minachev K.M. // Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR, Division of chemical science. 1983. V. 32. P. 1132-1135.

22. Карпова Т.Р., Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Леонтьева Н.Н., Тренихин М.В., Гуляева Т.И., Талзи В.П. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. Т. 21. С. 61-68.

23. Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Моисеенко М.А., Дроздов В.А., Арбузов А.Б., Гуляева Т.И., Лихолобов В.А., Дуплякин В.К. // Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 3. С. 423-428.

24. Karpova T., Buluchevskiy E., Lavrenov A., Moiseenko M., Trenikhin M., Arbuzov A., Gulyaeva T., Savelyeva G., Muromtsev I. // Mol. Catal. 2021. V. 499. P. 111316. https://doi.org/ 10.1016/j.mcat.2020.111316

25. Petre A.L., Perdigon-Melon J.A., Gervasini A., Aurouxa A. // Top. Catal. 2002. V.19. № 3-4. Р. 271-281. https://doi.org/10.1023/a:1015384711680

26. Flego C., O’Neil Parker Jr. W. // Appl. Catal. A Gen. 1999. V. 185. № 1. P. 137-152. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(99)00137-4

27. Davydov A.A., Kantcheva M., Chepotko M.L. // Catal. Lett. 2002. Vol. 83. № 1-2. P. 97-108. https://doi.org/10.1023/A:1020669818242

28. Давыдов А.А. ИК-спектроскопия в химии поверхности окислов. Новосибирск: Наука, 1984. 246 с.

29. Воробьев В.Н., Агзамходжаева Д.Р., Микита В.П., Абидова М.Ф. // Кинетика и катализ. 1984. Т. 25. № 1. С. 190-194.

30. Priecel P., Kubička D., Čapek L., Bastl Z., Ryšánek P. // Appl. Catal. A Gen. 2011. V. 397. № 1-2. P. 127–137. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2011.02.022

31. Yoon J.S., Park M.B., Kim Y., Chae H.-J. // Catalysts. 2019. V. 9. № 11. P. 933. https://doi.org/10.3390/catal9110933

32. Tian H., Roberts C.A., Wachs I.E. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. № 33. P. 14110-14120. https://doi.org/10.1021/jp103269w

33. Huang S., Liu H., Zhang L., Liu S., Xin W., Li X., Xie S., Xu L. // Appl. Catal. A Gen. 2011. V. 404. № 1-2. P. 113-119. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2011.07.020

34. Morales-Ortuño J.C., Klimova T.E. // Fuel. 2017. V. 198. P. 99-109. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.01.007

35. Nikolova D., Edreva-Kardjieva R., Giurginca M., Meghea A., Vakros J., Voyiatzis G.A., Kordulis C. // Vib. Spectrosc. 2007. V. 44. № 2. P. 343-350. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2007.03.002

36. Zhang X., Tang W., Zhang Q., Wang T., Ma L. // Energy Procedia. 2017. V. 105. P. 518-523. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.350

37. Jing Z.-y., Zhang T.-q., Shang J.-w., Zhai M.-l., Yang H., Qiao C.-z., Ma X.-q. // J. Fuel Chem. Technol. 2018. V. 46. № 4. P. 427-440. https://doi.org/ 10.1016/S1872-5813(18)30018-5

38. Rajagopal S., Marini H.J., Marzari J.A., Miranda R. // J. Catal. 1994. V. 147. № 2. P. 417-428. https://doi.org/10.1006/jcat.1994.1159.

39. Domínguez-Crespo M.A., Arce-Estrada E.M., Torres-Huerta A.M., Díaz-García L., Cortez de la Paz M.T. // Mater. Charact. 2007. V. 58. № 10. P. 864-873. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2006.08.013.

40. Ferdous D., Dalai A.K., Adjaye J. // Appl. Catal. A Gen. 2004. V. 260. № 2. P 137-151. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2003.10.010