ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЩЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЦЕОЛИТА НА ЕГО ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В ПРОЦЕССЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРОПАНА В ОЛЕФИНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Аннотация
В данной работе исследовано влияние щелочной обработки цеолита ZSM-5 с модулем 100 на его физико-химические свойства и активность в процессе превращения пропана в олефиновые углеводороды. Растущий спрос на низшие олефины обусловливает поиск новых путей усовершенствования существующих технологий и разработку новых более эффективных катализаторов. Каталитическое дегидрирование легких алканов является альтернативным нефтехимическому способу получения низших олефинов из дешевого и доступного газового и нефтегазового сырья. В то же время, реакции дегидрирования легких алканов имеют ряд особенностей и ограничений, которые определяют круг возможных катализаторов. Цеолиты представляют собой класс носителей, которые благодаря большой поверхности, порам нанометрового диапазона и хорошей термической стабильности могут использоваться для получения катализаторов дегидрирования алканов С2−С4. Важной особенностью кристаллических высококремнеземных цеолитов является способность под действием различных предварительных обработок изменять свои кислотные свойства, что открывает большие возможности их регулирования и соответственно подбора наиболее эффективного катализатора для определенного химического процесса. Показано, что проведение щелочной обработки цеолита приводит к формированию дополнительного количества мезопор, что, в свою очередь, сказывается на его каталитических свойствах в процессе превращения пропана в олефиновые углеводороды. Установлена зависимость активности и селективности цеолитного катализатора от концентрации используемого для его обработки раствора щелочи. Обнаружено, что обработка цеолитного катализатора 1,0 М раствором NaOH приводит к повышению его селективности в отношении образования олефинов С2‒С4 из пропана, которая при температуре процесса 650 °С достигает 32,0% при степени превращения пропана 81%. Показано, что дополнительное промотирование десиликатизированного цеолита магнием или марганцем увеличивает его активность в отношении образования олефиновых углеводородов из пропана.
Для цитирования:
Восмериков А.А., Восмерикова Л.Н., Восмериков А.В. Исследование влияния щелочной обработки и модифицирования цеолита на его физико-химические и каталитические свойства в процессе превращения пропана в олефиновые углеводороды. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 8. С. 50-58. DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.11t.
Литература
Cheng Z., Qian S. Research Progress on Propylene Preparation by Propane Dehydrogenation. Molecules. 2023. V. 28. N 8. P. 3594–3607. DOI: 10.3390/molecules28083594.
Zeeshan N. Light alkane dehydrogenation to light olefin technologies: A comprehensive review. Rev. Chem. Eng. 2015. V. 31. P. 413–436. DOI: 10.1515/revce-2015-0012.
Kayumov N.A., Nazarov A.A., Ponikarov S.I., Vilohina P.V. Modern industrial technological processes of hydro-carbon dehydrogenation and their instrumentation. Vestn. Kazan. Tekhnol. Univ. 2013. V. 16. N 15. P. 303–308 (in Russian).
Amghizar I., Vandewalle L.A., Van Geem K.M., Marin G.B. New trends in olefin production. Engineering. 2017. V. 3. P. 171–178. DOI: 10.1016/J.ENG.2017.02.006.
Akah A., Al-Ghrami M. Maximizing propylene produc-tion via FCC technology. Appl. Petrochem. Res. 2015. V. 5. N 4. P. 377–392. DOI: 10.1007/s13203-015-0104-3.
Sattler J.J.H.B., Ruizmartinez J., Santillan-Jimenez E., Weckhuysen B.M. Catalytic dehydrogenation of light alkanes on metals and metal oxides. Chem. Rev. 2014. V. 114. P. 10613–10653. DOI: 10.1021/cr5002436.
Monai M., Gambino M., Wannakao S., Weckhuysen B.M. Propane to olefins tandem catalysis: a selective route towards light olefins production. Chem. Soc. Rev. 2021. V. 50. P. 11503–11529. DOI: 10.1039/D1CS00357G.
Pisarenko E., Ponomaryov A.B., Pisarenko V.N., Khandozhko L.N. Prospects for Progress in Developing Production Processes for the Synthesis of Olefins Based on Light Alkanes. Theor. Found. Chem. Eng. 2022. V. 56. N 5. P. 687–722. DOI: 10.1134/S0040579522050335.
Chen S., Chang X., Sun G., Zhang T., Xu Y., Wang Y., Pei C., Gong J. Propane dehydrogenation: catalyst de-velopment, new chemistry, and emerging technologies. Chem. Soc. Rev. 2021. V. 50. N 5. P. 3315–3354. DOI: 10.1039/d0cs00814a.
Otroshchenko T.P., Kondratenko V.A., Rodemerck U., Linke D., Kondratenko E.V. Non-oxidative dehydro-genation of propane, n-butane, and isobutane over bulk ZrO2-based catalysts: effect of dopant on the active site and pathways of product formation. Catal. Sci. Technol. 2017. V. 7. N 19. P. 4499–4510. DOI: 10/1039/C7CY01583F.
Bender M. An overview of industrial processes for the production of olefins–C4hydrocarbons. ChemBioEng Rev. 2014. V. 1. N 4. P. 136–147. DOI: 10.1002/cben.201400016.
Fridman V.Z. Pathways of light compounds formation during propane and isobutane dehydrogenation on Al-Cr catalysts. Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 382. N 2. P. 139–147. DOI: 10.1016/J.APCATA.2010.04.026.
Otroshchenko T.P., Rodemerck U., Linke D., Kondratenko E.V. Synergy effect between Zr and Cr active sites in binary CrZrOx or supported CrOx/LaZrOx: Consequences for catalyst activity, selectivity and durability in non-oxidative propane dehydrogenation. J. Catal. 2017. V. 356. P. 197–205. DOI: 10.1016/j.jcat.2017.10.012.
Lee H., Kim W.-I., Jung K.-D., Koh H.L. Effect of Cu promoter and alumina phases on Pt/Al2O3 for propane dehydrogenation. Korean J. Chem. Eng. 2017. V. 34. N 5. P. 1337–1345. DOI: 10.1007/s11814-017-0020-6.
Brovko R.V., Lakina M.E., Sulman M.G., Doluda V.Yu. Study of the effect of H-ZSM-5 zeolite acidity on the process of catalytic transformation of n-butanol into hydrocarbons. ChemChemTech [Izv.Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 4. P. 87–92. DOI: 10.6060/ivkkt.20226504.6509.
Vafi L., Karimzadeh R. Effect of phosphorus on methane production in LPG catalytic cracking over modi-fied-structure ZSM-5. J. Nat. Gas. Sci. Eng. 2015. V. 27. P. 751–756. DOI: 10.1016/j.jngse.2015.09.019.
Shkuropatov A.V., Knyazeva E.E., Ponomarev O.A., Ivanova I.I. Synthesis of hierarchical MWW zeolites and their catalytic properties in petrochemical processes (review). Petrol. Chem. 2018. V. 58. N 10. P. 815–826. DOI: 10.1134/S0965544118100158.
Lu Q., Lin X., Wang L., Gao J., Bao X. On-stream stability enhancement of HZSM-5 based fluid catalytic cracking naphtha hydro-upgrading catalyst via magnesium modification. Catal. Commun. 2016. V. 83. P. 31–34. DOI: 10.1016/j.catcom.2016.05.005.
Ogura M., Shinomiya S.Y., Tateno J., Nara Y., Tateno J., Nomura M., Kikuchi E., Matsukata M. Alkali-treatment technique—new method for modification of structural and acid-catalytic properties of ZSM-5 zeolites. Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 219. N 1-2. P. 33–43. DOI: 10.1016/S0926-860X(01)00645-7.
Mochizuki H., Yokoi T., Imai H., Namba S., Kondo J. N., Tatsumi T. Effect of desilication of H-ZSM-5 by al-kali treatment on catalytic performance in hexane cracking. Appl. Catal. A: Gen. 2012. V. 449. P. 188–197. DOI: 10.1016/j.apcata.2012.10.003.
Altynkovich E.O., Plekhova K.S., Potapenko O.V., Talzi V.P., Sorokina T.P., Doronin V.P. Methods for modifying a ZSM-5 type zeolite to alter the activity of the system of hydrogen transfer reactions in the cracking of lower aliphatic alcohols. Petrol. Chem. 2019. V. 59. N 7. P. 666–674. DOI:10.1134/S0965544119070028.
Vosmerikova L.N., Vosmerikov A.A., Vosmerikov A.V. Conversion of propane to olefinic hydrocarbons over ze-olite catalysts modified with manganese. Neftegazokhimiya. 2022. V. 4. P. 51–56 (in Russian). DOI:10.24411/2310-8266-2022-4-51-56.
Vosmerikov A.A., Vosmerikova L.N., Vosmerikov A.V. Acidic and catalytic properties of Mg-containing zeolite catalyst in the propane conversion to olefinic hydrocar-bons. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 42-49. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.2t.
