ДЕЗАКТИВАЦИЯ Р-СОДЕРЖАЩЕГО ЦЕОЛИТА В ПРОЦЕССЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРОПАНА В ОЛЕФИНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
Аннотация
В данной работе приводятся результаты исследования динамики дезактивации Р-содержащего цеолитного катализатора в процессе превращения пропана в олефиновые углеводороды. Каталитическое дегидрирование легких алканов позволяет получать с высокой селективностью олефины и водород. В то же время реакция дегидрирования легких алканов имеет ряд особенностей и ограничений, которые определяют круг возможных для использования катализаторов. Выбор наиболее подходящего катализатора для процесса дегидрирования является важным фактором, оказывающим значительное влияние на селективность образования целевого продукта – низших олефинов. Цеолиты, имеющие микропористую структуру, а также определенные текстурные и кислотные свойства, широко используются в качестве катализаторов различных нефтехимических процессов, в том числе и для получения олефиновых углеводородов. Одной из проблем применения цеолитных катализаторов является интенсивное образование кокса в процессе превращения углеводородов, что снижает их активность из-за блокировки кислотных центров и ограничения доступа исходных реагентов. Цеолитные катализаторы, модифицированные фосфором, в последнее время привлекают повышенное внимание исследователей, благодаря своей относительно невысокой стоимости, повышенной селективности и стабильности работы. Показано, что Р-содержащий цеолитный катализатор обладает высокой селективностью и стабильностью работы в процессе получения низших олефинов из пропана. Селективность образования олефиновых углеводородов через 24 ч работы катализатора составляет не менее 70% при конверсии пропана 44%. Установлена природа и определено количество углеродных отложений, образующихся на исследуемом катализаторе в ходе протекания процесса. Показано, что образующийся на поверхности Р-содержащего цеолитного катализатора кокс характеризуется относительно невысокой степенью полимеризации/поликонденсации и может быть полностью удален путем окислительной регенерации.
Для цитирования:
Восмериков А.А., Восмерикова Л.Н., Барбашин Я.Е., Восмериков А.В. Дезактивация Р-содержащего цеолита в процессе превращения пропана в олефиновые углеводороды. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 7. С. 62-69. DOI: 10.6060/ivkkt.20266907.5t.
Литература
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.
Chen S., Chang X., Sun G., Zhang T. Xu Y., Wang Y., Pei C., Gong J. Propane de hydrogenation: catalyst de-velopment, new chemistry, and emerging technologies. Chem. Soc. Rev. 2021. V. 5. P. 3315‒3354. DOI: 10.1039/d0cs00814a.
Liu S., Zhang B., Liu G. Metalbased catalysts for the non-oxidative dehydrogenation of light alkanes to light olefins. React. Chem. Eng. 2021. V. 6. N 1. P. 9‒26. DOI: 10.1039/D0RE00381F.
Sattler J.J.H.B., Ruiz-martinez 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.
Maddah H.A. A Comparative Study between Propane Dehydrogenation (PDH) Technologies and Plants in Saudi Arabia. Am. Sci. Res. J. Eng., Technol. Sci. 2018. V. 4. N 1. P. 49‒63.
Liu L., Zhu Y.P., Su M., Yuan Z.Y. Metal-Free Carbonaceous Materials as Promising Heterogeneous Catalysts. ChemCatChem. 2015. V. 7. P. 2765–2787. DOI: 10.1002/ cctc.201500350.
Zhao Z., Ge G., Li W., Guo X., Wang G. Modulating the microstructure and surface chemistry of carbocata-lysts for oxidative and direct dehydrogenation. A review. Chin. J. Catal. 2016. V. 37. P. 644–670. DOI: 10.1016/S1872-2067(15)61065-8.
Sattler J.J.H.B., Mens A.M., Weckhuysen B.M. Real-Time Quantitative Operando Raman Spectroscopy of a CrOx/Al2O3 Propane Dehydrogenation Catalyst in a Pilot-Scale Reactor. ChemCatChem. 2014. V. 6. P. 3139–3145. DOI: 10.1002/cctc.201402649.
Lian Z., Ali S., Liu T., Si C., Li B., Su D.S. Revealing the Janus Character of the Coke Precursor in the Propane Di-rect Dehydrogenation on Pt Catalysts from a KMC Simulation. ACS Catal. 2018. V. 8. P. 4694–4704. DOI: 10.1021/acscatal.8b00107.
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.
Vosmerikov A.A., Vosmerikova L.N., Vosmerikov A.V. Acidic and catalytic properties of Mg-containing zeolite catalyst in the propane conversion to olefinic hydrocarbons. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 11. P. 42-49. DOI: 10.6060/ivkkt.20236611.2t.
Sun M., Hu Z., Wang H., Suo Y., Yuan Z. Design Design Strategies of Stable Catalysts for Propane Dehydro-genation to Propylene. ACS Catal. 2023. V. 13. N 7. P. 4719–4741. DOI: 10.1021/acscatal.3c00103.
Wang W., Yao S., Deng S., Wang Y., Qiu C., Mao C., Wang J.G. Sintering Rate and Mechanism of Supported Pt Nanoparticles by Multiscale Simulation. Langmuir. 2021. V. 37. P. 12529−12538. DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01628.
Lian Z., Si C., Jan F., Zhi S., Li B. Coke Deposition on Pt-Based Catalysts in Propane Direct Dehydrogenation: Kinetics, Suppression, and Elimination. ACS Catal. 2021. V. 11. P. 9279−9292. DOI: 10.1021/acscatal.1c00331.
Vosmerikova L.N., Vosmerikov A.A., Stepanov А.А., Vosmerikov A.V. Catalytic synthesis of olefinic hydro-carbons from propane on phosphorus containing catalysts. Neftegazokhim. 2024. N 3-4. P. 65–70 (in Russian). DOI 10.24412/2310-8266-2024-3-4-65-70.
