Výroba lehkých olefinů (oxidativní) dehydrogenací lehkých alkanů na netradičních heterogenních katalyzátorech

Abstract

Lehké olefiny jsou nezbytnou surovinou pro průmyslové procesy, jako je výroba polymerů, oxygenátů atd. V současné době se tyto olefiny vyrábějí především parním krakováním a fluidním katalytickým krakováním ropných derivátů. Předkládané způsoby se však provádějí za náročných reakčních podmínek při vysokých teplotách s významným množstvím emisí CO2. Kromě toho jsou vedlejšími produkty těchto procesů alkany, které se obvykle spalují, přičemž mají velký potenciál pro užitečnější využití. Na druhou stranu, hojné objevy přírodního a břidlicového plynu po celém světě poskytly další zdroj pro uspokojení vysoce rostoucí celosvětové poptávky po lehkých olefinech. Proto se (oxidativní) dehydrogenace lehkých alkanů stává stále důležitějším způsobem, jak efektivněji vyrábět olefiny. Ačkoli si přímá dehydrogenace lehkých alkanů našla cestu do průmyslu (ale trpí silnou deaktivací), oxidační dehydrogenace dosud nebyla průmyslově implementována kvůli problému s nízkou selektivitou dostupných katalyzátorů v důsledku nadměrné oxidace produktů. V poslední době nosné alkalické chloridy a hexagonální nitrid boru vykazují vysokou aktivitu a selektivitu při oxidační dehydrogenaci lehkých alkanů. Pro přímou dehydrogenaci lehkých alkanů jsou považovány za aktivní nanesené nanočástice ušlechtilých kovů. Je však zapotřebí podrobného zkoumání vztahu strukturaaktivita-stabilita pro jejich použití v reakci. Tato práce se zaměřuje na studium katalytického chování těchto tří slibných katalytických skupin pro (oxidativní) dehydrogenaci lehkých alkanů a pochopení jevů, které by mohly ovlivnit jejich aktivitu. V této práci byly zkoumány kritické parametry jako chemické složení, krystalinita, texturní vlastnosti, reakční podmínky, efekt předúpravy/regenerace, stabilita, katalytická aktivita a selektivita katalyzátorů při výrobě olefinů prostřednictvím (oxidativní) dehydrogenace alkanů. Byly charakterizovány čerstvé, ale i použité katalyzátory, aby se prozkoumaly fyzikálně-chemické změny, ke kterým došlo během reakce. Při studiu chloridů alkalických kovů na nosiči bylo zjištěno, že vysoký výtěžek produkce olefinů, který je způsoben roztavenou vrstvou směsných solí vytvořených při reakční teplotě, je omezen deaktivací. Komplexní charakterizace poskytla vhled do mechanismu deaktivace a odhalila, že ztráta chloru v některých formách chlorovaných uhlovodíků způsobuje deaktivaci katalyzátoru. S ohledem na nanesené nanočástice ušlechtilého kovu existuje několik různých metod pro zapouzdření kovových nanočástic. Jedním z nedávných přístupů je technika opětovného sestavení organizace shromáždění a demontáže, známá jako ADOR. V tomto výzkumu byla použita metoda ADOR k zapouzdření nanočástic Pd v zeolitech IPC-2 a IPC-4. Ukázalo se, že vrstvené zeolity s tenkými vrstvami, jako je UTL, nejsou vhodnými podporami pro zadržení kovových nanočástic, protože zeolitová kostra nemůže tolerovat těžké podmínky cyklické dehydrogenační reakce a regenerace. Nicméně zadržování kovových nanočástic je účinný způsob, jak zabránit slinování a zlepšit katalytickou aktivitu nanočástic na nosiči ve srovnání s konvenční impregnací. Proto může toto omezení vést k lepší stabilitě v zeolitických strukturách, které mají silnější vrstvy. Nový slibný nekovový katalyzátor, hexagonální nitrid boru, byl systematicky studován při oxidační dehydrogenaci propanu, aby bylo možné lépe porozumět skutečnému mechanismu a jevům zahrnutým v tomto komplikovaném systému.