Превращение этилена в пропилен на катализаторе NiO-MoO3 /Al2O3. Влияние условий и кинетические закономерности процесса

Изучено влияние условий процесса превращения этилена в пропилен на выход продуктов, активность и стабильность катализатора NiO-MoO3 /Al2O3. Испытания проводили в проточном реакторе c неподвижным слоем катализатора при температурах 100–250 °C, давлении близком к атмосферному и массовой скорости подачи этилена 0,25–2 ч–1. Установлено, что максимальный выход пропилена 57 мас.% обеспечивается при 150 °С и 0,25 ч–1. При этом степень превращения этилена достигает 89 %. Предложена кинетическая модель процесса, описывающая образование основных продуктов реакции. Показано, что в процессе превращения этилена на поверхности катализаторов происходит формирование углеродистых отложений, количество которых увеличивается с ростом температуры и времени контакта, а также происходит изменение степени окисления атомов молибдена с +6 на +4/+5.

1. Vogt E.T.C., Whiting G.T., Chowdhury A.D., Weckhuysen B.M. // Advances in Catalysis. 2015. V. 58. P. 143–314. https://doi.org/10.1016/bs.acat.2015.10.001.

2. Kianfar E., Hajimirzaee S., Mousavian S., Mehr A.S. // Microchem. J. 2020. V. 156. P. 104822. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.104822.

3. Mol J.C., van Leeuwen P.W.N.M. Handbook of Heterogeneous Catalysis. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. P. 3240–3256.

4. https://doi.org/10.1002/9783527610044.hetcat0164/

5. Jan O., Song K., Dichiara A.B., Resende F.L.P. // Ind. Eng. Chem. Res. 2018. V. 57. № 31. P. 10241–10250. https://doi.org/ 10.1021/acs.iecr.8b01902/

6. Седов И.В., Макарян И.А., Берзигияров П.К., Магомедова М.В., Максимов А.Л. // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 12. С. 1693–1707.

7. Speight J.G. Handbook of Industrial Hydrocarbon Processes. Gulf Professional Publishing, 2020. 143–192 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-809923-0.00004-7.

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

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. US Patent 8395005, опубл. 12.03.2013.

11. Патент РФ 2383522, опубл. 10.03.2010.

12. Li L., Palcheva R.D., Jens K.J. // Top. Catal. 2013. V. 56. P. 783–788. https://doi.org/10.1007/s11244-013-0036-z.

13. Булучевский Е.А., Михайлова М.С., Лавренов А.В. // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. №1. С. 55–59.

14. Сайфулина Л.Ф., Булучевский Е.А., Лавренов А.В. // Журнал Сибирского федерального университета, серия "Химия". 2014. Т. 7, № 4. С. 526–535.

15. Булучевский Е.А., Карпова Т.Р., Сайфулина Л.Ф., Лавренов А.В. // Российский химический журнал. 2018. Т. LXII. №1–2. С.110–116. https://doi.org/10.6060/rcj.2018621-2.8.

16. Karpova T.R., Buluchevskiy E.A., Moiseenko M.A., Lavrenov A.V., Arbuzov A.B. // AIP Conference Proceedings. 2019. V. 2143. P. 020024. https://doi.org/10.1063/1.5122923

17. US Patent 3689589, опубл. 5.09.1972.

18. 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.

19. Карпова Т.Р., Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Моисеенко М.А., Арбузов А.Б., Гуляева Т.И., Юрпалов В.Л. // Катализ в промышленности. 2021. Т. 21. № 3. С. 154–162. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2021-3-154-162.

20. Alvarado Perea L., Felischak M., Wolff T., López Gaona J.A., Hamel C., Seidel-Morgenstern A. // Fuel. 2021. V. 284. P. 119031. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119031.

21. Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Сайфулина Л.Ф. // Журнал Сибирского федерального университета, серия “Химия.” 2014. Т. 3, № 7. С. 424–430.

22. Булучевский Е.А., Лавренов А.В., Сайфулина Л.Ф. // Химия в интересах устойчивого развития. 2014. Т. 22. С. 561–567.

23. https://cccbdb.nist.gov/

24. Loman T.E., Ma Y., Ilin V., Gowda S., Korsbo N., Yewale N., Rackauckas C., Isaacson S.A. // PLOS Computat.Biol. 2023. Oct 18;19(10):e1011530. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1011530.

25. Ma Y., Gowda S., Anantharaman R., Laughman C., Shah V., Rackauckas C. arXiv:2103.05244. 2021. https://doi.org/10.48550/arXiv.2103.05244.

26. Rackauckas C., Nie Q. // Journal of Open Research Software. 2017. V. 5. № 1. P. 15. https://doi.org/10.5334/jors.151.

27. Mogensen P.K., Riseth A.N. // Journal of Open Source Software. 2018. V. 3. № 24. P. 615. https://doi.org/10.21105/joss.00615.

28. Martínez A., Arribas M.A., Concepción P., Moussa S. // Appl. Catal. A Gen. 2013. V. 467. P. 509–518. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2013.08.021.

29. Koninckx E., Mendes P.S.F., Thybaut J.W., Broadbelt L.J. // Appl. Catal. A Gen. 2021. V. 624, P. 118296. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2021.118296.

30. Finiels A., Fajula F., Hulea V. // Catal. Sci. Technol. 2014. V 4. № 8. P. 2412–2426. https://doi.org/10.1039/C4CY00305E.

31. Lu K., Jin F., Wu G., Ding Y. // Sustain. Energy Fuels. 2019. V. 3. № 12. P. 3569–3581. https://doi.org/10.1039/C9SE00771G.

32. 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.

33. Garbarino G., Campodonico S., Perez A.R., Carnasciali M.M., Riani P., Finocchio E., Busca G. // Appl. Catal. A Gen. 2013. V. 452. P. 163–173. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2012.10.039.

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. Budukva S.V., Klimov O.V., Chesalov Y.A., Prosvirin I.P., Larina T.V., Noskov A.S. // Catal. Lett. 2018. V. 148. P. 1525–1534. https://doi.org/10.1007/s10562-018-2365-9.

36. 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.

37. Aritani H., Tanaka T., Funabiki T., Yoshida S., Eda K., Sotani N., Kudo M., Hasegawa S. // J. Phys. Chem. 1996. V. 100. № 50. P. 19495–19501. https://doi.org/10.1021/jp9615464.