Презентация вариант 2 (1)

1.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»
Факультет цифровых технологий и химического инжиниринга Кафедра кибернетики химико-технологических процессов
Исследование стабильности, активности и
селективности катализаторов на основе Pt-Sn/MFI в
реакции неокислительного дегидрирования пропана
Авторы:
д.т.н., профессор
к.х.н., с.н.с.
аспирант 2-го года обучения КХТП РХТУ
студент 4-го курса КХТП РХТУ
Москва 2026
Е.В. Писаренко
А.Б. Пономарев
А.А. Шевченко
А.С. Наумов

2.

Введение
Одной из высокоэффективных технологий получения пропилена
является неокислительное дегидрирование пропана
Преимущества:
• Максимальная
селективность пропилена
• Высокое качество
целевого продукта
• Простота технологии
Основная реакция:
Недостатки:
• Высокотемпературный
энергозатратный
процесс
• Требования к сырью
2
• Коксование катализатора

3.

Состав катализатора
Носитель активной фазы
Состав активной фазы:
Характеризуется высокой
активностью в реакции
дегидрирования пропана
Повышают стабильность
работы катализатора
Повышает селективность
образования целевого
продукта.
3

4.

Приготовление катализаторов
Прекурсоры:
• H2PtCl6
• SnCl2
• KCl
• Zn(NO3)*6H2O
Метод внедрения промоторов:
Impregnation-calcination-washing
(IWC, пропитка-прокаливание-промывка)
1
Пропитка
Смешение пропиточного раствора с
носителем при 80°С в течении 1 часа. Удаление
влаги при 150°С в течении 1 часа.
2
Прокаливание
В муфельной печи образец нагревался до
400°С в течении 1 часа и выдерживался при этой
температуре ещё 1 час
При помощи метода пропиткипрокаливания-промывки был получен
катализатор с номинальным составом
2%K(0,3%Pt-0,2%Sn-0,5%Zn)/MFI.
3
Промывка
Проводиться объемом дистиллированной
воды в 5 раз превышающим вес образца при 80°С и
магнитном перемешивании в течении 1 часа. Затем
удаление влаги при 150°С в течении 1 часа.
4

5. Катализатор К(Рt-Sn-Zn)/MFI.

Муфельная Печь
Мешалка
Катализатор
5

6. Схема каталитической установки

6

7.

Каталитический эксперимент №1
Условия процесса
Продувка реактора потоком H2 c расходом: 15 мл/мин;
Расход сырья C3H8: 13 мл/мин;
Давление 0,1 МПа.
Оборудование
Кварцевый трубчатый реактор с неподвижным слоем
катализатора (dвнутр = 10 мм);
Онлайн газовый хроматограф Хроматек Кристалл-5000
(первая хроматограмма получена спустя 15 мин).
Варьируемые параметры
Эксперимент 1:
Масса катализатора: 0,05 г (фракция 0,5-1,1 мм);
Температура процесса: 630°С;
Массовая скорость подачи сырья (WHSV): 28 ч-1.
Эксперимент 2:
Масса катализатора: 0,1 г (фракция 0,5-1,1 мм);
Температура процесса: 570°С;
Массовая скорость подачи сырья (WHSV): 7 ч-1.
Результаты первого эксперимента
Конверсия пропана:
Х0,25 ч = 41,8% Х8 ч = 13,4%
Селективность по пропилену:
S0,25 ч = 77,0% S8 ч = 55,8%
Выход пропилена:
Y0,25 ч = 32,2% Y8 ч = 7,5%
Константа дезактивации:
Kd = 0,167 ч-1
Удельная активность:
SA = 3,24 с-1
Конверсия пропана, селективность по пропилену и выход пропилена при
630 ºС и скорости подачи сырья 28 ч-1
7

8.

Каталитический эксперимент №2
Условия процесса
Варьируемые параметры
Продувка реактора потоком H2 c расходом: 15 мл/мин;
Расход сырья C3H8: 13 мл/мин;
Давление 0,1 МПа.
Оборудование
Кварцевый трубчатый реактор с неподвижным слоем
катализатора (dвнутр = 10 мм);
Онлайн газовый хроматограф Хроматек Кристалл-5000
(первая хроматограмма получена спустя 15 мин).
Результат первого эксперимента
Эксперимент 1:
Масса катализатора: 0,05 г (фракция 0,5-1,1 мм);
Температура процесса: 630°С;
Массовая скорость подачи сырья (WHSV): 28 ч-1.
Эксперимент 2:
Масса катализатора: 0,1 г (фракция 0,5-1,1 мм);
Температура процесса: 570°С;
Массовая скорость подачи сырья (WHSV): 7 ч-1.
Конверсия пропана:
Х0,25 ч = 36,1%, Х8 ч = 25,4%
Селективность по пропилену:
S0,25 ч = 69,0%, S8 ч = 85,9%
Выход пропилена:
Y0,25 ч = 34,9%, Y8 ч = 21,8%
Константа дезактивации:
Kd = 0,054 ч-1
Удельная активность:
SA = 0,77 с-1
Конверсия пропана, селективность по пропилену и выход пропилена при
570 ºС и скорости подачи сырья 7 ч-1
8

9.

Результаты хроматографического анализа
Рисунок П.1. Хроматограмма продуктов каталитической реакции при
630°С, в первый час
Рисунок П.2. Хроматограмма продуктов каталитической реакции при 630°С,
в восьмой час.
Рисунок П.2. Хроматограмма
570°С, в первый час
продуктов
каталитической
реакции
Рисунок П.3. Хроматограмма
570°С, в восьмой час
продуктов
каталитической
реакции
9
при
при

10.

Результаты РФлА и ТГА/ДТА анализа
По результатам РФлА - содержание элементов в образце
2%K(0,3%Pt-0,2%Sn-0,5%Zn)/MFI.
Проведён термогравиметрический анализ на содержание
коксовых отложений катализаторе после эксперимента. Образец,
участвующий в каталитической реакции при 630°С и WHSV = 28 ч-1,
содержит 4,29 масс. % кокса, второй образец, после реакции при
570°С и WHSV = 7 ч-1, набрал 2,98 масс. % кокса.
Выделение тепла в
ходе сгорания
Сгорание коксовых
отложений
4,29 %
масс.
кокса
Результаты ТГА/ДТА (каталитическая реакция при температуре
630 ºС и скорости подачи сырья 28 ч-1).
Результаты РФлА
Элемент
масс.%
Si
44,84
Al
0,99
K
0,59
Zn
0,52
Pt
0,27
Cl
0,18
Sn
0,11
Na
0,08
Fe
0,03
Выделение тепла в
ходе сгорания
2,98 %
Сгорание
коксовых отложений масс. кокса
Результаты ТГА/ДТА (каталитическая реакция при температуре
570 ºС и скорости подачи сырья 7 ч-1).
10

11. 11

Выводы
1
11
Масса катализатора: 0,05 г
Температура процесса: 630°С
Массовая скорость подачи сырья (WHSV): 28 ч-1
2
Масса катализатора: 0,1 г
Температура процесса: 570°С
Массовая скорость подачи сырья (WHSV): 7 ч-1
1. Катализатор испытывался в реакции неокислительного дегидрирования пропана при разных
условиях. В первом каталитическом эксперименте константа дезактивации (Kd = 0,1671 ч-1)
оказалась больше больше в 3 раза, чем во втором (Kd = 0,0544 ч-1). Однако удельная
каталитическая активность при больших массовой скорости и температуре (SA = 3,24 с-1) в
4 раза выше, по сравнению с условиями второго эксперимента (SA = 0,77 с-1).
2. Содержание значительного количества побочных продуктов, образующихся в результате
каталитической реакции (бензол, толуол, олефины С4+) свидетельствуют о недостаточной
нейтрализации кислотных центров цеолита. В первом каталитическом эксперименте через 8
часов конверсия пропана снизилась с 33,31% до 13,43%, также снизилась селективность по
пропилену с 77,65% до 55,82. Во втором эксперименте наблюдается снижение конверсии
пропана с 33,22% до 25,36% и рост селективности с 74,55% до 85,90%, что вызвано
уменьшением образования побочных продуктов.
3. Согласно анализу ТГА, содержание кокса на катализаторе в первом эксперименте составило
4,29 % масс., а во втором – 2,98 % масс., что согласуется с увеличением стабильности
работы катализатора при 570°С.
4. При сравнении (0,3%Pt-0,2%Sn-0,5%Zn)2%K/MFI с другими Pt-Sn системами можно отметить
достаточную стабильность
и сравнительно неплохую каталитическую активность. Дальнейшее
2%K(0,3%Pt-0,2%Sn-0,5%Zn)/MFI
изучение и улучшение качеств катализатора для применения в производственных масштабах
11
выглядит целесообразным.

12.

Спасибо за внимание!
12

13.

Список использованной литературы
1. Писаренко Е. В. и др. Перспективы развития процессов и производств
получения олефинов на основе легких алканов //Теоретические основы
химической технологии. – 2022. – Т. 56. – №. 5. – С. 559-595.
2. Писаренко Е.В. Эффективные нанокатализаторы в процессах переработки
природного газа и газового конденсата. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2023.
260 с.
3. Ponomaryov A. B. et al. PtSn/MFI catalysts for propane dehydrogenation
prepared by an impregnation–calcination–washing method //Applied Catalysis A:
General. – 2024. Vol. 673. P. 119588.
4. A.B. Ponomaryov, A.V. Smirnov, E.V. Pisarenko, M.V. Shostakovsky Enhanced Pt
dispersion and catalytic properties of NaCl-promoted Pt/MFI zeolite catalysts for
propane dehydrogenation //Microporous and Mesoporous Materials. 2022. V.
339. P. 112010.
13

14.

Приложение 1
Степень превращения пропана и селективность продуктов реакции определяли при
использовании следующих уравнений:
Конверсия пропана: