Petroleum ChemistryPetroleum ChemistryНефтехимия0028-24213034-5626The Russian Academy of Sciences65557810.31857/S0028242123060072RTLPJZArticlesСтатьиResearch ArticleMezoporistye galliysoderzhashchie katalizatory okislitel'nogo degidrirovaniya propana v prisutstvii uglekislogo gazaМезопористые галлийсодержащие катализаторы окислительного дегидрирования пропана в присутствии углекислого газаMel'nikovD. P.МельниковД. П.melnikov.dp@mail.ruSmirnovaE. M.СмирноваЕ. М.ReshetinaM. V.РешетинаМ. В.GlotovA. P.ГлотовА. П.NovikovA. A.НовиковА. А.GushchinP. A.ГущинП. А.WangH. Q.VinokurovV. A.ВинокуровВ. А.Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. ГубкинаNorthwestern Polytechnical University and Shaanxi Joint Laboratory of Graphene (NPU)15122023636NO6 (2023)№6 (2023)87888511022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/655578

В работе исследованы галлийсодержащие катализаторы на основе природных и композитных мезопористых алюмосиликатных носителей для окислительного дегидрирования пропана в присутствии CO2. Катализаторы, сформованные с бёмитом, были приготовлены на основе функциональных материалов, полученных на основе природных нанотрубок галлуазита (ГНТ). В качестве носителей использованы индивидуальные ГНТ, а также ГНТ с синтезированной снаружи или внутри них фазы MCM-41. Каталитические испытания процесса окислительного дегидрирования пропана в присутствии углекислого газа проводили в диапазоне температур 550-700°C при соотношении CO2/C3H8, равном 2.0. Все катализаторы показали сопоставимые значения конверсии пропана (от 10-13 до 70-80%) и селективности по пропилену (от 80-84 до 30-32%). Наибольшая производительность по пропилену, равная 6.5 моль · кгкат -1 · ч-1, наблюдалась на катализаторе Ga/HNT при 650°C.

В работе исследованы галлийсодержащие катализаторы на основе природных и композитных мезопористых алюмосиликатных носителей для окислительного дегидрирования пропана в присутствии CO2. Катализаторы, сформованные с бёмитом, были приготовлены на основе функциональных материалов, полученных на основе природных нанотрубок галлуазита (ГНТ). В качестве носителей использованы индивидуальные ГНТ, а также ГНТ с синтезированной снаружи или внутри них фазы MCM-41. Каталитические испытания процесса окислительного дегидрирования пропана в присутствии углекислого газа проводили в диапазоне температур 550-700°C при соотношении CO2/C3H8, равном 2.0. Все катализаторы показали сопоставимые значения конверсии пропана (от 10-13 до 70-80%) и селективности по пропилену (от 80-84 до 30-32%). Наибольшая производительность по пропилену, равная 6.5 моль · кгкат -1 · ч-1, наблюдалась на катализаторе Ga/HNT при 650°C.

галлийсодержащие катализаторыокислительное дегидрированиегаллуазитуглекислый газпропанпропиленLi G., Liu C., Cui X., Yang Y., Shi F. Oxidative dehydrogenation of light alkanes with carbon dioxide // Green Chemistry. 2021. V. 23. № 2. P. 689-707. https://doi.org/10.1039/d0gc03705bCalamur N., Carrera M. Propylene // In: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley, 2000. P. 1-25. https://doi.org/10.1002/0471238961.1618151603011201.a01Zimmermann H. Propene // In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, 2013. P. 1-18. https://doi.org/10.1002/14356007.a22_211.pub3Sattler J.J.H.B., Ruiz-Martinez J., Santillan-Jimenez E., Weckhuysen B.M. Catalytic dehydrogenation of light alkanes on metals and metal oxides // Chem. Reviews. 2014. V. 114. № 20. P. 10613-10653. https://doi.org/10.1021/cr5002436Caspary K.J., Gehrke H., Heinritz-Adrian M., Schwefer M. Dehydrogenation of Alkanes // In: Handbook of Heterogeneous Catalysis. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany, 2008. P. 3206-3229.Мельников Д.П., Новиков А.А., Глотов А.П., Решетина М.В., Смирнова Е.М., Wang H.Q., Винокуров В.А. Дегидрирование легких алканов (обзор) // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 6. С. 773-796.Melnikov D.P., Novikov A.A., Glotov A.P., Reshetina M.V., Smirnova E.M., Wang H.Q., Vinokurov V.A. Dehydrogenation of light alkanes (a review) // Petrol. Chemistry. 2022. V. 62. № 9. P. 1027-1046. https://doi.org/10.1134/S096554412209006.Mukherjee D., Park S.-E.E., Reddy B.M. CO2 as a soft oxidant for oxidative dehydrogenation reaction: an eco benign process for industry // J. of CO2 Utilization. 2016. V. 16. P. 301-312. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2016.08.005Routray K., Reddy K.R.S.., Deo G. Oxidative dehydrogenation of propane on V2O5/Al2O3 and V2O5/TiO2 catalysts: understanding the effect of support by parameter estimation // Appl. Catalysis A: General. 2004. V. 265. № 1. P. 103-113. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.01.006Chernyak S.A., Kustov A.L., Stolbov D.N., Tedeeva M.A., Isaikina O.Y., Maslakov K.I., Usol'tseva N.V., Savilov S. V. Chromium catalysts supported on carbon nanotubes and graphene nanoflakes for CO2-assisted oxidative dehydrogenation of propane // Appl. Surface Science. 2022. V. 578. № 0169-4332. P. 152099. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152099Tedeeva M.A., Kustov A.L., Pribytkov P.V., Evdokimenko N.D., Sarkar B., Kustov L.M. Dehydrogenation of propane in the presence of CO2 on Cr(3%)/SiO2 catalyst under supercritical conditions // Mendeleev Commun. 2020. V. 30. № 2. P. 195-197. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2020.03.022Tedeeva M.A., Kustov A.L., Pribytkov P. V., Kapustin G.I., Leonov A. V., Tkachenko O.P., Tursunov O.B., Evdokimenko N.D., Kustov L.M. Dehydrogenation of propane in the presence of CO2 on GaOx/SiO2 catalyst: influence of the texture characteristics of the support // Fuel. 2022. V. 313. № September 2021. P. 122698. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122698Shao C.T., Lang W.Z., Yan X., Guo Y.J. Catalytic performance of gallium oxide based-catalysts for the propane dehydrogenation reaction: effects of support and loading amount // RSC Advances. 2017. V. 7. № 8. P. 4710-4723. https://doi.org/10.1039/c6ra27204eSokolov S., Stoyanova M., Rodemerck U., Linke D., Kondratenko E. V. Comparative study of propane dehydrogenation over V-, Cr-, and Pt-based catalysts: time on-stream behavior and origins of deactivation // J. of Catalysis. 2012. V. 293. P. 67-75. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.06.005Takahara I., Chang W.-C., Mimura N., Saito M. Promoting effects of CO2 on dehydrogenation of propane over a SiO2-supported Cr2O3 catalyst // Catalysis Today. 1998. V. 45. № 1-4. P. 55-59. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(98)00245-4Al-Ghamdi S.A., de Lasa H.I. Propylene production via propane oxidative dehydrogenation over VOx/γ-Al2O3 catalyst // Fuel. 2014. V. 128. P. 120-140. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.02.033Nazimov D.A., Klimov O.V., Saiko A.V., Trukhan S.N., Glazneva T.S., Prosvirin I.P., Cherepanova S.V., Noskov A.S. Effect of the K loading on effective activation energy of isobutane dehydrogenation over chromia/alumina catalysts // Catalysis Today. 2021. V. 375. № November 2019. P. 401-409. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.03.005Nazimov D.A., Klimov O.V., Danilova I.G., Trukhan S.N., Saiko A.V., Cherepanova S.V., Chesalov Y.A., Martyanov O.N., Noskov A.S. Effect of alumina polymorph on the dehydrogenation activity of supported chromia/alumina catalysts // J. of Catalysis. 2020. V. 391. P. 35-47. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.08.006Vinokurov V.A., Stavitskaya A. V., Glotov A.P., Novikov A.A., Zolotukhina A. V., Kotelev M.S., Gushchin P.A., Ivanov E. V., Darrat Y., Lvov Y.M. Nanoparticles formed onto/into halloysite clay tubules: architectural synthesis and applications // Chem. Record. 2018. V. 18. № 7-8. P. 858-867. https://doi.org/10.1002/tcr.201700089Glotov A., Vutolkina A., Pimerzin A., Vinokurov V., Lvov Y. Clay nanotube-metal core/shell catalysts for hydroprocesses // Chem. Soc. Reviews. 2021. V. 50. № 16. P. 9240-9277. https://doi.org/10.1039/d1cs00502bMelnikov D., Smirnova E., Reshetina M., Novikov A., Wang H., Ivanov E., Vinokurov V., Glotov A. Mesoporous chromium catalysts templated on halloysite nanotubes and aluminosilicate core/shell composites for oxidative dehydrogenation of propane with CO2 // Catalysts. 2023. V. 13. № 5. P. 882. https://doi.org/10.3390/catal13050882Saha R., Nandi R., Saha B. Sources and toxicity of hexavalent chromium // J. of Coordination Chemistry. 2011. V. 64. № 10. P. 1782-1806. https://doi.org/10.1080/00958972.2011.583646