Исследование процесса термокаталитического синтеза пропилена из пропана с использованием железосодержащих композиционных углеродных материалов

Разработка современных термокаталитических технологий переработки нефтегазового сырья является одним из перспективных направлений развития производства химической продукции. Существенную роль в решении этих вопросов играет применение новых высокоэффективных каталитических систем, обладающих необходимыми техническими показателями и большим ресурсом работы. Исследовано селективное дегидрирование пропана в целях получения пропилена. В процессе экспериментов синтезированы композиционные железосодержащие катализаторы, в которых активным компонентом является оксид железа в сочетании с инертной углеродной матрицей. В качестве последней используются активированный уголь марки ФАС (фурфурол-активный кокс) и углеродные нанотрубки. В результате синтеза на поверхности катализатора удалось получить каталитические центры, которые осуществляют перенос электронов за счет изменения степени окисления железа при трансформации исходных веществ в целевые продукты реакции. Показано, что полученные железосодержащие катализаторы существенно увеличивают эффективность процесса по сравнению с эффективностью термического крекинга пропана. Так, катализатор Fe3+/ФАС показал степень конверсии исходного реагента 68 % и селективность по пропилену около 42 %. Дальнейший переход к каталитическим системам на основе одно- и двуслойных углеродных нанотрубок, модифицированных оксидом железа (Fe3+/УНТI и Fe3+/УНТII), позволил получить степень конверсии пропана до 37...40 % при снижении селективности по пропилену до 29...30 %. Исследования ресурса работы синтезированных каталитических систем и возможности их регенерации показали, что с учетом регенерации активность катализаторов и основные технологические показатели процесса крекинга пропана в пропилен остаются без изменений в течение 10 рабочих циклов

The development of modern thermocatalytic technologies for processing oil and gas raw materials is one of the promising areas for the advancement of chemical production. New highly efficient catalytic systems with the required technical characteristics and long service life play an essential role in solving these issues. The paper focuses on obtaining propylene by selective propane dehydrogenation. In the course of the experiments, composite iron-containing catalysts were synthesized, in which the active component is iron oxide in combination with an inert carbon matrix. FAS activated carbon and carbon nanotubes were used as the matrix. As a result of the synthesis on the catalyst surface it was possible to obtain catalytic centers that transfer electrons by changing the degree of iron oxidation when converting the starting materials into the target reaction products. Findings of research show that the obtained iron-containing catalysts significantly increase the efficiency of the process in comparison with the efficiency of thermal cracking of propane. Thus, the Fe3+/FAS catalyst showed a conversion rate of the initial reagent of 68 % and a propylene selectivity of about 42 %. Further transition to catalytic systems based on singlelayer and double-layer carbon nanotubes modified with iron oxide (Fe3+/CNTI and Fe3+/CNTII) made it possible to obtain propane conversion up to 37--40 % with a decrease in propylene selectivity to 29--30 %. Studies of the service life of the synthesized catalytic systems and the possibility of their regeneration show that, with account for the regeneration, the activity of the catalysts and the main technical characteristics of the propane-to-propylene cracking process remain unchanged for 10 working cycles