CC BY
11
УДК 544.47
Нежадзаре Реза, Чередниченко А.Г.
ПРИМЕНЕНИЕ ОЛЕАТА МЕДИ И ЖЕЛЕЗА ДЛЯ СИНТЕЗА КАТАЛИЗАТОРОВ КРЕКИНГА ПРОПАНА
Неджадзаре Реза - аспирант кафедры физической и коллоидной химии Российского университета дружбы народов, Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.
Чередниченко Александр Генрихович - доктор химических наук, заведующий кафедрой физической и коллоидной химии Российского университета дружбы народов, Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.
В работе были синтезированы олеаты меди и железа для использования в качестве прекурсоров при изготовлении катализаторов крекинга пропана. В качестве подложки для приготовления катализаторов был использован y-AhO3. Катализаторы изготавливались методом пропитки носителя спиртовым раствором олеата металла с последующим прокаливанием материала при температуре 600 оС в течение 5 часов. Образующиеся при нагревании олеатов меди и железа наночастицы оксидов меди (CuO) и железа (Fe2O3) катализируют крекинг пропана и других углеводородов. Применение синтезированных катализаторов в процессе крекинга пропана показало, что в интервале температур 400-800 оС основным продуктом реакции являются не олефины и метан, а водород. При этом во всех случаях наблюдались высокие значения конверсии пропана при селективности по водороду до 80,0 %. Синтезированные катализаторы могут быть использованы для целевого получения водорода из углеводородного сырья.
Ключевые слова: гетерогенный катализ, переработка пропана, переработка природного газа, синтез олефинов, получение водорода.
APPLICATION OF COPPER AND IRON OLEATE FOR SYNTHESIS OF PROPANE CRACKING CATALYSTS
Nejadzare Reza, Cherednichenko A.G.
Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), 6 Miklukho-Maklaya Street, Moscow, 117198, Russia
In this work, copper and iron oleate were synthesized for use as precursors in the manufacture ofpropane cracking catalysts. y-AhO3 was used as a substrate for the preparation of catalysts. The catalysts were manufactured by impregnating the carrier with an alcoholic solution of metal oleate, followed by calcination of the material at a temperature of600 ° C for 5 hours. Nanoparticles of copper (CuO) and iron (Fe2O3) oxides formed during heating of copper and iron oleates catalyze the cracking ofpropane and other hydrocarbons. The use of synthesized catalysts in the process of propane cracking has shown that in the temperature range of400-600 oC, the main reaction product is not olefins and methane, but hydrogen. At the same time, in all cases, high values ofpropane conversion were observed with hydrogen selectivity up to 80.0%. Synthesized catalysts can be used for the targeted production of hydrogen from hydrocarbon raw materials.
Keywords: heterogeneous catalysis, propane refining, natural gas processing, synthesis of olefins, hydrogen production.
Введение
Последствия негативного влияния техногенной деятельности человека на окружающую среду стимулирует научное сообщество искать пути для создания высокоэффективных безопасных технологий переработки ископаемого сырья [1]. Природный (ПГ) и попутный нефтяной газ (ПНГ) являются для промышленности источником углеводородного сырья, которое необходимо перерабатывать в другие продукты с высокой добавленной стоимостью. Сегодня процессы переработки нефти и природного газа невозможно себе представить без применения катализаторов. Именно использование каталитических технологий позволяет достигать высоких экономических и экологических показателей в процессах переработки различных углеводородов. Одним из важных целевых продуктов такой деятельности являются «легкие» олефины (этилен и пропилен), мировой спрос на
которые постоянно растет [2]. Одним из перспективных методов получения «легких» олефинов является процесс каталитического дегидрирования пропана. [3].
Экспериментальная часть
Олеат меди и железа были синтезированы методом осаждения. Для этого, например, водно-спиртовые растворы (1:1) гидрата сульфата меди и олеиновой кислоты смешивали при температуре 25,0 оС. Полученную смесь перемешивали в течение 5 часов, полученный осадок фильтровали и несколько раз промывали смесью воды и этанола для удаления непрореагировавших реагентов. Затем полученный осадок сушили при 40,0 °С в течение 12 часов и прокаливали при температуре 600,0 °С в течение 5 часов. Для получения олеата железа в качестве исходного реагента использовали нитрат этого металла. Полученные таким образом порошки
оксидов меди и железа применяли в качестве катализатора в процессе каталитического крекинга пропана. Исследования реакции крекинга проводили по известной методике [2-4]. Определение состава полученных продуктов осуществляли при помощи газовой хроматографии.
Обсуждение результатов
Согласно полученным данным, применение в качестве катализаторов оксидов меди и железа, синтезированных путем разложения олеатов соответствующих металлов и нанесенных на у-АЬОз, привело к неожиданным результатам. В отличие от железосодержащих катализаторов, которые были получены путем пропитки аналогичного носителя или активированного угля солями меди и железа с последующим прокаливанием [4], синтезированные катализаторы позволили получить с высокой селективностью в качестве конечного продукта водород, а не «легкие» олефины (рис.1).
90,00
20,00 10,00
0,00 —1—I—1-4—I—I—1—I—I—I—I—I—1—I—I—I—I—I—I—I—I—I 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 трлшеряжурл, °<'
Рис. 1. Зависимость показателя селективности по водороду от температуры процесса.
При этом степень превращения пропана в интервале температур от 400 до 800 оС возрастала до 90 %, а селективность по водороду достигала величины более 80,0 % при суммарной селективности по «легким» олефинам менее 10,0 %.
Заключение
В результате проведенных исследований было показано, что гетерогенные катализаторы синтезированные из олеатов меди и железа и нанесенные на оксид алюминия, использованный в качестве носителя, могут быть использованы для селективного получения водорода из пропана. При этом конверсия исходного сырья в конечные продукты реакции может достигать 90,0 % при селективности по водороду более 80,0 %. Полученный таким образом водород может быть использован в качестве экологически чистого вида топлива.
Публикация выполнена при поддержке Программы стратегического академического лидерства РУДН.
Список литературы
1. Castanier, L.M., Brigham W.E. Upgrading of crude oil via in situ combustion // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2003. V. 39, № 1. Р. 125-136.
2. Markova E.B., Kurilkin V.V., Cherednichenko A.G., Safir R.E., Sheshko T.F., Khozina E.V. Peculiarities of Dehydrogenation and Destruction of Propane in Transitional Catalytic Systems MeVOx (Me = La, Sm, Er) // Arabian Journal for Science and Engineering. 2021. № 46. Р. 213-223.
3. Bohan Feng, Yue-Chang Wei, Wei-Yu Song, Chun-Ming Xu, A review on the structure-performance relationship of the catalysts during propane dehydrogenation reaction, Petroleum Science. 2022. V. 19. № 2. P. 819-838.
https://doi.org/10.1016/j .petsci.2021.09.015.
4. Маркова Е.Б., Чередниченко А.Г., Ахмедова Л.С., Аверина Ю.М., Серов Ю.М. Исследование процесса термокаталитического синтеза пропилена из пропана с использованием железосодержащих композиционных углеродных материалов // Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2021. № 4. С. 100-114.
