Νέα εκλεκτική καταλυτική διεργασία παραγωγής αιθυλενίου
Creators: name: Ηρακλέους, Ελένη Κ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2005
Subjects: Οξειδωτική αφυδρογόνωση αιθανίου
Καταλύτες βασισμένοι σε MoO3
Καταλύτες βασισμένοι σε NiO
Oxidative dehydrogenation of ethane
MoO3-based catalysts
NiO-based catalysts

description: Η παραγωγή αιθυλενίου μέσω της καταλυτικής οξειδωτικής αφυδρογόνωσης του αιθανίου σε χαμηλή θερμοκρασία είναι μια νέα, αναπτυσσόμενη τεχνολογία με ιδιαίτερο οικονομικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον, που μπορεί να αντικαταστήσει τη δαπανηρή και ενεργοβόρα συμβατική διεργασία της ατμοπυρόλυσης. Κλειδί για την ανάπτυξη μιας ανταγωνιστικής διεργασίας παραγωγής αιθυλανίου μέσω οξειδωτικής αφυδρογόνωσης αιθανίου είναι η ανάπτυξη ενός καταλυτικού υλικού, ικανού να ενεργοποιεί το σχετικά αδρανές αλκάνιο σε χαμηλή θερμοκρασία και να το μετατρέπει εκλεκτικά σε ολεφίνη, παρεμποδίζοντας ταυτόχρονα τις αντιδράσεις καύσης του αλκανίου και αλκενίου σε οξείδια του άνθρακα, κάτι που αποτέλεσε το στόχο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Συγκεκριμένα, η έρευνα περιλάμβανε την ανάπτυξη κατάλληλων καταλυτικών υλικών, μελέτη του μηχανισμού και της κινητικής, καθώς και λεπτομερής διερεύνηση των δομικών και φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των καταλυτών σε σχέση με την απόδοσή τους στην αντίδραση, που οδήγησε στην εξαγωγ'η σημαντικών πληροφοριών για το τρόπο που λειτουργούν τα υλικά και τη φύση των δραστικών και εκλεκτικών κέντρων της αντίδρασης. Η έρευνα που διεξάχθηκε επικεντρώθηκε στη μελέτη δύο μεγάλων κατηγοριών καταλυτικών υλικών : καταλύτες βασισμένους σε MoO3 και καταλύτες βασισμένους σε NiO. Η έρευνα που έγινε κατέδειξε ότι οι καταλύτες NiO αποτελούν το πιο υποσχόμενο καταλυτικό σύστημα για την παραγωγή αιθυλενίου μέσω οξειδωτικής αφυδρογόνωσης αιθανίου. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν μικτά οξείδια Ni-Nb-O, ένα καταλυτικό σύστημα που υπερισχύει έναντι των περισσοτέρων καταλυτών οξειδωτικής αφυδρογόνωσης που έχουν παρουσιαστεί στην ανοιχτή βιβλιογραφία. Ο καταλύτης μέ τη βέλτιστη χημική σύσταση, Ni0.85Nb0.15, παρουσιάζει μια εντυπωσιακή απόδοση σε αιθυλένιο ίση με 46% στους 400οC, μια απόδοση που μπορεί να ανταγωνιστεί τις αποδόσεις που επιτυγχάνονται στις συμβατικές μονάδες παραγωγής αιθυλενίου με ατμοπυρόλυση νάφθας στους 800οC
description: Catalytic oxidative dehydrogenation of ethane at low temperatures is an attractive alternative route for the production of ethylene, exhibiting particular economic and technological interest, which can replace the high-cost, energy-consuming process of steam cracking. The key for a viable industrial application of this process is the development of a higly active and selective catalytic material, able to activate and convert the relativety inert alkane to olefin at low temperature and minimize the total oxidation reactions of both the alkane and alkene to carbon oxides, which was the major objective of this thesis. Several catalytic systems, highly efficient for the production of ethylene via ethane oxidative dehydrogenation, were developed and investigated, while mechanistic and kinetic studies, as well as detailed investigation of the structural and physicochemical properties of the materials with respect to their catalytic performance, led to fundamental insight in the mechanistic pathway of the catalytic reaction and the nature of the active and selective sites. The main part of the research was focused on two types of catalytic materials : catalysts based on molybdenum oxide and catalysts based on nickel oxide. The results of the present thesis demonstrate that NiO materials constitute the most promising catalytic system for the production of ethylene via ethane oxidative dehydrogenation. The synthesis and investigation of bulk Ni-Nb-O mixed oxides led to the development of a very efficient catalytic system. which appear superior to most ODH catalysts reported in open literature. The catalyst with the optimum formulation, Ni0.85Nb0.15, exhibits an impressive ethylene yield of 46% at 400oC, a yield which can compete with the efficiency of conventional naphtha steam cracking units operating at 800oC