Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2
Propylene is important olefin with an annual production of roughly 8?107 t. A great deal of attention has been paid to the on-purpose propylene production technology, such as propane dehydrogenation in the presence of mild oxidants (CO2, N2O), due to its potential to make-up the shortfall of propyle...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/494 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543906761539584 |
|---|---|
| author | Kantserova, M. R. Orlyk, S. M. Yaremov, P. S. |
| author_facet | Kantserova, M. R. Orlyk, S. M. Yaremov, P. S. |
| author_sort | Kantserova, M. R. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:38Z |
| description | Propylene is important olefin with an annual production of roughly 8?107 t. A great deal of attention has been paid to the on-purpose propylene production technology, such as propane dehydrogenation in the presence of mild oxidants (CO2, N2O), due to its potential to make-up the shortfall of propylene supply left by conventional steam cracking of hydrocarbons where propylene is produced as a byproduct of ethylene. The In2O3–Al2O3 is one of the most effective catalysts for propylene production via oxidative dehydrogenation of propane with CO2 (PODH-CO2). The textural characteristics of alumina-based compositions depend on their preparation method [Journal of Structural Chemistry. 2011. 52: 326]. The work presents results on the effect of the preparation method of In2O3-Al2O3(YSZ) compositions on their textural and structural characteristics, and hence catalytic performance in the PODH-CO2. The catalysts were prepared by the methods of alcoholic coprecipitation of In and Al hydroxides from nitrates of these elements, alcoholic coprecipitation with the following hydrothermal treatment (HT), dry mixing and grinding of In and Al nitrates, impregnation of the supports (commercial Al2O3 and Y-stabilized zirconia (YSZ)) with an aqueous solution of indium nitrate. Catalysts were characterized using the powder X-ray diffraction (Bruker AXS Advance) and nitrogen adsorption-desorption at liquid nitrogen temperature (Sorptomatic 1990 porous material analyzer). Catalysts tests in the PODH-CO2 were performed in fixed-bed flow reactor at atmospheric pressure, temperature of 600 °C and GHSV = 6000 h–1. During reaction, the gas reactant contained (vol. %) 2.5 C3H8, 5–15 CO2 and a balance of He. The feed and the reaction products were analyzed using on-line GC equipped with the TCD as well as Poropak Q and molecular sieves columns. The catalysts performance in the PODH – CO2 was characterized by the propane conversion, propylene selectivity and yield, rates of propane conversion and propylene formation normalized per catalyst weight (rС3Н8 (С3Н6), mmol С3Н8 (С3Н6)·h–1·g–1). In the presence of In2O3-Al2O3 catalysts the highest selectivity to propylene and propylene yield are achieved for PODH-CO2 reaction mixture with 10 vol. % CO2. The hydrothermal treatment of catalyst In2O3-Al2O3 (HT) improves its mesoporous structure (specific surface and mesoporous volume), that results in higher selectivity to propylene (51 %) compared to catalysts prepared by other methods (25–36 %). The highest propane conversion and propylene yield are achieved on In2O3-YSZ catalyst, indicating that the effect of the support nature. In the presence of the developed catalysts In2O3-Al2O3(YSZ), a higher propane conversion rate (1.31–2.3 mmol С3H8·h–1·g–1) and a slightly lower rate of propylene formation (0.74 mmol С3H6·h–1·g–1) compared with the catalysts of similar composition In2O3-Al2O3 (rС3H8 = 1.21 mmol С3H8·h–1·g–1, rС3H6 = 0.93 mmol С3H6·h–1·g–1) [Journal of Catalysis. 2010. 272: 101] are achieved. Thus, the catalytic performance of In2O3-Al2O3(YSZ) compositions in the PODH-CO2 depends on both the support nature and their porous structure, which can be optimized by their preparation method. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:34Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-494 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:59Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4942022-06-29T10:03:38Z Catalytic performance of In2O3-Al2O3 compositions in the oxidative dehydrogenation of propane to propylene with CO2 Каталитические свойства In2O3-Al2O3 композиций в окислительном дегидрировании пропана в пропилен с участием СО2 Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2 Kantserova, M. R. Orlyk, S. M. Yaremov, P. S. propane oxidative dehydrogenation СО2 propylene indium oxide alumina zirconia mesoporous structure окислительное дегидрирование пропана СО2 пропилен оксид индия оксид алюминия мезопористая структура окиснювальне дегідрування пропану СО2 пропілен оксид індію оксид алюмінію мезопориста структура Propylene is important olefin with an annual production of roughly 8?107 t. A great deal of attention has been paid to the on-purpose propylene production technology, such as propane dehydrogenation in the presence of mild oxidants (CO2, N2O), due to its potential to make-up the shortfall of propylene supply left by conventional steam cracking of hydrocarbons where propylene is produced as a byproduct of ethylene. The In2O3–Al2O3 is one of the most effective catalysts for propylene production via oxidative dehydrogenation of propane with CO2 (PODH-CO2). The textural characteristics of alumina-based compositions depend on their preparation method [Journal of Structural Chemistry. 2011. 52: 326]. The work presents results on the effect of the preparation method of In2O3-Al2O3(YSZ) compositions on their textural and structural characteristics, and hence catalytic performance in the PODH-CO2. The catalysts were prepared by the methods of alcoholic coprecipitation of In and Al hydroxides from nitrates of these elements, alcoholic coprecipitation with the following hydrothermal treatment (HT), dry mixing and grinding of In and Al nitrates, impregnation of the supports (commercial Al2O3 and Y-stabilized zirconia (YSZ)) with an aqueous solution of indium nitrate. Catalysts were characterized using the powder X-ray diffraction (Bruker AXS Advance) and nitrogen adsorption-desorption at liquid nitrogen temperature (Sorptomatic 1990 porous material analyzer). Catalysts tests in the PODH-CO2 were performed in fixed-bed flow reactor at atmospheric pressure, temperature of 600 °C and GHSV = 6000 h–1. During reaction, the gas reactant contained (vol. %) 2.5 C3H8, 5–15 CO2 and a balance of He. The feed and the reaction products were analyzed using on-line GC equipped with the TCD as well as Poropak Q and molecular sieves columns. The catalysts performance in the PODH – CO2 was characterized by the propane conversion, propylene selectivity and yield, rates of propane conversion and propylene formation normalized per catalyst weight (rС3Н8 (С3Н6), mmol С3Н8 (С3Н6)·h–1·g–1). In the presence of In2O3-Al2O3 catalysts the highest selectivity to propylene and propylene yield are achieved for PODH-CO2 reaction mixture with 10 vol. % CO2. The hydrothermal treatment of catalyst In2O3-Al2O3 (HT) improves its mesoporous structure (specific surface and mesoporous volume), that results in higher selectivity to propylene (51 %) compared to catalysts prepared by other methods (25–36 %). The highest propane conversion and propylene yield are achieved on In2O3-YSZ catalyst, indicating that the effect of the support nature. In the presence of the developed catalysts In2O3-Al2O3(YSZ), a higher propane conversion rate (1.31–2.3 mmol С3H8·h–1·g–1) and a slightly lower rate of propylene formation (0.74 mmol С3H6·h–1·g–1) compared with the catalysts of similar composition In2O3-Al2O3 (rС3H8 = 1.21 mmol С3H8·h–1·g–1, rС3H6 = 0.93 mmol С3H6·h–1·g–1) [Journal of Catalysis. 2010. 272: 101] are achieved. Thus, the catalytic performance of In2O3-Al2O3(YSZ) compositions in the PODH-CO2 depends on both the support nature and their porous structure, which can be optimized by their preparation method. Пропилен относится к основным полупродуктам нефтехимической промышленности. Согласно данным аналитической компании СМА (Chemical Market Associates Inc.) для удовлетворения быстро растущего спроса на пропилен (8?107 тонн С3Н6 в год) мировой рынок ориентируется на «ненефтяные» целевые способы его получения, среди которых особенное внимание исследователей привлекает каталитическое окислительное дегидрирование пропана с участием мягких окислителей (СО2 и N2O). Композиции In2O3–Al2O3 являются одними из наиболее активных катализаторов для процесса получения пропилена путем окислительного дегидрирования пропана в присутствии CO2 (ОДП-СО2). Известно, что текстурные характеристики композиций на основе оксида алюминия зависят от условий приготовления [Journal of Structural Chemistry. 2011. 52: 326]. В работе установлено влияние способа приготовления In2O3-Al2O3(YSZ) композиций на их текстурные характеристики и каталитическую активность в процессе ОДП-СО2. Катализаторы приготовлены путем соосаждения гидроксидов индия и алюминия из спиртовых растворов нитратов этих элементов, соосажденинем с последующей гидротермальной обработкой (ГТ), сухим смешиванием измельченных нитратов индия и алюминия, пропиткой носителей (промышленный Al2O3 и диоксид циркония, стабилизированный Y (YSZ)) водным раствором нитрата индия. Структурно - размерные характеристики катализаторов исследованы рентгенофазовым анализом (Bruker AXS Advance), текстурные характеристики - объемным методом низкотемпературной адсорбции азота при (–196 °С) (анализатор пористых материалов Sorptomatic 1990). Каталитические эксперименты проводили в проточном кварцевом реакторе при атмосферном давлении, температуре 600 °С и объемной скорости газовой смеси 6000 ч-1. Состав реакционной смеси (РС, об. %): 2.5 С3Н8, 0–15 СО2, Не – остальное. Реагенты и продукты реакции анализировали ГХ (детектор по теплопроводности) с использованием колонок, наполненных Poropac Q и молекулярными ситами NaX. Активность катализаторов в процессе ОДП-СО2 характеризовали конверсией пропана, селективностью по пропилену и выходом пропилена, скоростями превращения пропана и образования пропилена, отнесенными к 1 г катализатора (rС3Н8 (С3Н6), ммоль С3Н8 (С3Н6)·ч–1·г–1). В присутствии In2O3-Al2O3 катализаторов наибольшие селективность и выход пропилена достигаются при содержании 10 об. % диоксида углерода в РС ОДП-СО2. Гидротермальная обработка катализатора способствует развитию мезопористой структуры (удельная поверхность и объем мезопор), что обусловило достижение большей селективности по пропилену (51 %) на In2O3-Al2O3 (ГT) по - сравнению с катализаторами, синтезированными другими методами (25–36 %). Использование YSZ в качестве носителя повышает конверсию пропана и выход пропилена по сравнению с катализаторами на основе оксида алюминия. В присутствии разработанных катализаторов In2O3-Al2O3(YSZ) достигаются большая скорость превращения пропана (1.31–2.3 ммоль С3H8·ч–1·г–1) и несколько меньшая скорость образования пропилена (0.74 ммоль С3H6·ч–1·г–1) по сравнению с известными катализаторами подобного состава In2O3-Al2O3 (rС3H8 = 1.21 ммоль С3H8·ч–1·г–1, rС3H6 = 0.93 ммоль С3H6·ч–1·г–1) [Journal of Catalysis. 2010. 272: 101]. Таким образом, каталитическая активность In2O3-Al2O3(YSZ) композиций зависит как от природы носителя, так и от их пористой структуры, которая определяется способом приготовления. Пропілен є одним з основних напівпродуктів нафтохімічної промисловості. Згідно даних аналітичної компанії СМА (Chemical Market Associates Inc.) для задоволення швидко зростаючого попиту на пропілен (8?107 тонн С3Н6 на рік) світовий ринок орієнтується на «ненафтові» цільові способи його отримання, серед яких особливу увагу дослідників привертає каталітичне окиснювальне дегідрування пропану за участю м’яких окисників (СО2 та N2O). Композиції In2O3–Al2O3 є одними з найбільш активних каталізаторів для процесу одержання пропілену шляхом окиснювального дегідрування пропану в присутності CO2 (ОДП-СО2). Відомо, що текстурні характеристики композицій на основі оксиду алюмінію залежать від умов приготування [Journal of Structural Chemistry. 2011. 52: 326]. В роботі з’ясовано вплив способу приготування In2O3-Al2O3(YSZ) композицій на їх текстурні характеристики та каталітичну активність в процесі ОДП-СО2. Каталізатори приготовані шляхом співосадження гідроксидів індію і алюмінію зі спиртових розчинів нітратів цих елементів, співосадженням з наступною гідротермальною обробкою (ГТ), сухим змішуванням подрібнених нітратів індію та алюмінію, просоченням носіїв (промисловий Al2O3 та Y-стабілізований діоксид цирконію (YSZ)) водним розчином нітрату індію. Структурно - розмірні характеристики каталізаторів досліджені рентгенофазовим аналізом (Bruker AXS Advance), текстурні характеристики - об’ємним методом низькотемпературної адсорбції азоту при (–196 °С) (аналізатор пористих матеріалів Sorptomatic1990). Каталітичні експерименти проводили в проточному кварцовому реакторі при атмосферному тиску, температурі 600 °С та об’ємній швидкості газової суміші 6000 год–1. Склад реакційної суміші (РС, об. %): 2.5 С3Н8, 0–15 СО2, Не – решта. Реагенти та продукти реакції аналізували ГХ (детектор по теплопровідності) з використанням колонок, наповнених Poropac Q та молекулярними ситами NaX. Активність каталізаторів в процесі ОДП-СО2 характеризували конверсією пропану, селективністю за пропіленом та виходом пропілену, швидкостями перетворення пропану та утворення пропілену, віднесеними до 1 г каталізатора (rС3Н8 (С3Н6), ммоль С3Н8 (С3Н6)·год–1·г–1). В присутності In2O3-Al2O3 каталізаторів найбільші селективність та вихід пропілену досягаються при вмісті 10 об. % діоксиду вуглецю в РС ОДП-СО2. Гідротермальна обробка каталізатора сприяє формуванню більш розвиненої мезопористої структури (питома поверхня та об’єм мезопор), що обумовило досягнення більшої селективності за пропіленом (51 %) на In2O3-Al2O3 (ГT) порівняно з каталізаторами, отриманими іншими методами (25–36 %). Використання YSZ як носія підвищує конверсію пропану та вихід пропілену порівняно з каталізаторами на основі оксиду алюмінію. В присутності розроблених каталізаторів In2O3-Al2O3(YSZ) досягається більша швидкість перетворення пропану (1.31–2.3 ммоль С3H8·год–1·г–1) та дещо менша швидкість утворення пропілену (0.74 ммоль С3H6·год–1·г–1) порівняно з відомими каталізаторами подібного складу In2O3-Al2O3 (rС3H8 = 1.21 ммоль С3H8·год–1·г–1, rС3H6 = 0.93 ммоль С3H6·год–1·г–1) [Journal of Catalysis. 2010. 272: 101]. Отже, каталітична активність In2O3-Al2O3(YSZ) композицій залежить як від природи носія, так і їх поруватої структури, яка визначається способом приготування. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-02-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/494 10.15407/hftp10.01.059 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 1 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 59-66 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 1 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 59-66 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 1 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 59-66 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.01 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/494/496 Copyright (c) 2019 M. R. Kantserova, S. M. Orlyk, P. S. Yaremov |
| spellingShingle | окиснювальне дегідрування пропану СО2 пропілен оксид індію оксид алюмінію мезопориста структура Kantserova, M. R. Orlyk, S. M. Yaremov, P. S. Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2 |
| title | Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2 |
| title_alt | Catalytic performance of In2O3-Al2O3 compositions in the oxidative dehydrogenation of propane to propylene with CO2 Каталитические свойства In2O3-Al2O3 композиций в окислительном дегидрировании пропана в пропилен с участием СО2 |
| title_full | Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2 |
| title_fullStr | Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2 |
| title_full_unstemmed | Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2 |
| title_short | Каталітичні властивості In2O3-Al2O3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю СО2 |
| title_sort | каталітичні властивості in2o3-al2o3 композицій в окиснювальному дегідруванні пропану в пропілен за участю со2 |
| topic | окиснювальне дегідрування пропану СО2 пропілен оксид індію оксид алюмінію мезопориста структура |
| topic_facet | propane oxidative dehydrogenation СО2 propylene indium oxide alumina zirconia mesoporous structure окислительное дегидрирование пропана СО2 пропилен оксид индия оксид алюминия мезопористая структура окиснювальне дегідрування пропану СО2 пропілен оксид індію оксид алюмінію мезопориста структура |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/494 |
| work_keys_str_mv | AT kantserovamr catalyticperformanceofin2o3al2o3compositionsintheoxidativedehydrogenationofpropanetopropylenewithco2 AT orlyksm catalyticperformanceofin2o3al2o3compositionsintheoxidativedehydrogenationofpropanetopropylenewithco2 AT yaremovps catalyticperformanceofin2o3al2o3compositionsintheoxidativedehydrogenationofpropanetopropylenewithco2 AT kantserovamr katalitičeskiesvojstvain2o3al2o3kompozicijvokislitelʹnomdegidrirovaniipropanavpropilensučastiemso2 AT orlyksm katalitičeskiesvojstvain2o3al2o3kompozicijvokislitelʹnomdegidrirovaniipropanavpropilensučastiemso2 AT yaremovps katalitičeskiesvojstvain2o3al2o3kompozicijvokislitelʹnomdegidrirovaniipropanavpropilensučastiemso2 AT kantserovamr katalítičnívlastivostíin2o3al2o3kompozicíjvokisnûvalʹnomudegídruvannípropanuvpropílenzaučastûso2 AT orlyksm katalítičnívlastivostíin2o3al2o3kompozicíjvokisnûvalʹnomudegídruvannípropanuvpropílenzaučastûso2 AT yaremovps katalítičnívlastivostíin2o3al2o3kompozicíjvokisnûvalʹnomudegídruvannípropanuvpropílenzaučastûso2 |