Повышение эффективности промышленных катализаторов дегидрирования алканов за счет изменения стратегии подачи воды

Добавление воды играет ключевую роль в осуществлении каталитических реакций дегидрирования. Обычно оно начинается на первом этапе технологического процесса. В настоящем исследовании предложена стратегия отсроченной подачи воды, позволяющая повысить эффективность биметаллического катализатора Pt-Sn/Al2O3, который используется для дегидрирования длинноцепочечных алканов (nC10—C13) в промышленных масштабах. Реакции дегидрирования протекают при давлении 0,11—0,13 МПа в диапазоне температур от 470 до 490 °C. Благодаря отсрочке подачи воды до середины цикла увеличивается срок службы катализатора и, как следствие, значительно снижаются производственные затраты. Кроме того, такая стратегия способствует повышению качества конечного продукта за счет уменьшения количества побочных веществ и в промышленном масштабе приводит к наращиванию объемов производства (на 1,5 %). Объяснить повышение производительности катализатора при отложенном добавлении воды позволяет определение характеристик дезактивированных катализаторов дегидрирования с использованием различных методов. Также предлагаемая стратегия сокращает количество отходов производства за счет того, что снижается отношение масс загруженного катализатора и целевого продукта (на 23 %), и тем самым ослабляет негативное воздействие технологического процесса на окружающую среду. Кроме того, она приводит к уменьшению энергопотребления и способствует снижению выбросов углекислого газа на 3 %, что может быть эффективным при решении крупномасштабных экологических проблем.

1. Kumar A., Bhatti T.M., Goldman A.S. // Chem. Rev. 2017. Vol. 117, № 19. P. 12357—12384.

2. Huang L., Xu B., Yang L., Fan Y. // Catal. Commun. 2008. Vol. 9, № 15. P. 2593—2597.

3. Bayat M., Dehghani Z., Rahimpour M.R. // J. Taiwan. Inst. Chem. Eng. 2014. Vol. 45, № 4. P. 1474—1484.

4. Bhasin M.M., McCain J.H., Vora B.V., Imai T., Pujadó P.R. // Appl. Catal. A: Gen. 2001. Vol. 221, № 1/2. P. 397—419.

5. Xiao T., Shirvani T., Inderwildi O., Gonzalez-Cortes S., AlMegren H., King D., Edwards P.P. // Top. Catal. 2015. Vol. 58. P. 682—695.

6. Frantsina E.V., Ivashkina E.N., Ivanchina E.D., Romanovskii R.V. // Chem. Eng. J. 2014. Vol. 238. P. 129—139.

7. Toghyani M., Rahimi A., Mirmohammadi J. // Appl. Catal. A: Gen. 2015. Vol. 489. P. 226—234.

8. Ivashkina E.N., Frantsina E.V., Romanovsky R.V., Dolganov I.M., Ivanchina E.D., Kravtsov A.V. // Catal. Ind. 2012. Vol. 4, № 2. P. 110—120.

9. Kravtsov A.V., Ivanchina E.D., Ivashkina E.N., Frantsina E.V., Kiseleva S.V., Romanovskii R.V. // Petrol. Chem. 2013. Vol. 53, № 4. P. 267—275.

10. Gurko N.S., Fedorov V.I., Lisitsyn N.V. // Automat. Rem. Contr. 2010. Vol. 71, № 10. P. 2209—2215.

11. Le Valant A., Comminges C., Can F., Thomas K., Houalla M., Epron F. // J. Phys. Chem. C. 2016. Vol. 120, № 46. P. 26374—26385.

12. Nawaz Z., Tang X., Zhang Q., Wang D., Fei W. // Catal. Commun. 2009. Vol. 10, № 14. P. 1925—1930.

13. Nawaz Z., Wei F. // J. Ind. Eng. Chem. 2010. Vol. 16, № 5. P. 774—784.

14. Ballarini A.D., Ricci C.G., de Miguel S.R., Scelza O.A. // Catal. Today. 2008. Vol. 133-135. P. 28—34.

15. Sahoo S.K., Rao P.V.C., Rajeshwer D., Krishnamurthy K.R., Singh I.D. // Appl. Catal. A: Gen. 2003. Vol. 244, № 2. P. 311—321.

16. Tago T., Konno H., Nakasaka Y., Masuda T. // Catal. Surv. Asia. 2012. Vol. 16, № 3. P. 148—163.

17. Gholami R., Alyani M., Smith K.J. // Catalysts. 2015. Vol. 5, № 2. P. 561—594.

18. He S., Sun C., Yang X., Wang B., Dai X., Bai Z. // Chem. Eng. J. 2010. Vol. 163, № 3. P. 389—394.

19. Rioux R.M., Hsu B.B., Grass M.E., Song H., Somorjai G.A. // Catal. Lett. 2008. Vol. 126, № 1/2. P. 10—19.

20. He S., Wang B., Dai X., Sun C., Bai Z., Wang X., Guo Q. // Chem. Eng. J. 2015. Vol. 275. P. 298—304.

21. Hill J.M., Cortright R.D., Dumesic J.A. // Appl. Catal. A: Gen. 1998. Vol. 168, № 1. P. 9—21.

22. Merlen E., Beccat P., Bertolini J.C., Delichère P., Zanier N., Didillon B. // J. Catal. 1996. Vol. 159, № 1. P. 178—188.

23. Wu D., Song L., Zhang B., Li Y. // Chem. Eng. Sci. 2003. Vol. 58, № 17. P. 3995—4004.

24. Hasanuzzaman M., Rahim N.A., Hosenuzzaman M., Saidur R., Mahbubul I.M., Rashid M.M. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2012. Vol. 16, № 7. P. 4527—4536.

25. Lotfalipour M.R., Falahi M.A., Ashena M. // Energy. 2010. Vol. 35, № 12. P. 5115—5120.

26. Thompson S., Si M. // Renew. Sust. Energ. Rev. 2014. Vol. 40. P. 814—819.