بررسی عملکرد اکسیژن در تبدیل مستقیم پروپان به اکریلیک اسید بر روی کاتالیست mo1v0.3te0.23nb0.12ox به کمک مدلسازی سینتیکی

به منظور بررسی نحوه عملکرد اکسیژن در تبدیل مستقیم پروپان به اکریلیک اسید بر روی کاتالیست mo1v0.3te0.23nb0.12ox‌ از مدلسازی سینتیکی استفاده شده است. داده‌های آزمایشگاهی در شرایط عملیاتی مختلف در یک راکتور بستر ثابت لوله‌ای جمع‌آوری شده‌اند. یک شبکه واکنشی متشکل از واکنش‌های موازی/متوالی با مسیر‌های مختلف برای تولید اکسیدهای کربن در نظر گرفته شده است. فرضیاتی که در توسعه این مدل‌ها در نظر گرفته شده‌اند عبارتند از: وجود سایت‌های کاتالیستی با فعالیت‌های مختلف، ارتباط/عدم ارتباط سایت‌های کاتالیستی با یکدیگر،‌ ارتباط/عدم ارتباط سایت‌های کاتالیستی با اکسیژن فاز گاز و هم‌چنین نوع اکسیژن فعال در واکنش‌های مختلف. بر اساس این فرضیات و هم‌چنین با در نظر گرفتن شبکه واکنشی، 5 مدل سینتیکی بر پایه مکانیسم مارسون کرولن و مکانیسم الیریدل توسعه داده شده و پارامترهای سینتیکی با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد علت اینکه مقدار اکسیژن گازی،‌ تاثیر چندانی بر گزینش پذیری نسبت به اکریلیک اسید ندارد،‌ درحالی‌که بر گزینش‌پذیری نسبت به cox بسیار اثرگذار است این است که اکسیژن فاز گاز به صورت مستقیم نقشی در تولید اکسیژن شبکه‌ای ندارد. در‌حالی‌که اکسیدهای کربن در مسیر جداگانه‌ای از واکنش بین پروپان با سایت غیر گزینشی اکسیژن جذب شده بر سطح کاتالیست تولید می‌شود که غلظت این سایت وابستگی مستقیم به فشار جزئی اکسیژن گازی دارد. می‌توان نتیجه گرفت هر چه پروپان و اکسیژن در این واکنش تماس کمتری با یکدیگر داشته باشند، گزینش‌پذیری نسبت به محصولات مطلوب افزایش می‌یابد. بر این اساس راکتورهای بستر سیال دو‌ناحیه‌ای و گردان برای این واکنش پیشنهاد می‌شود.

Investigation of the oxygen function in the selective oxidation of propane to acrylic acid over Mo1V0.3Te0.23Nb0.12Ox catalyst using kinetic modeling

Kinetic modeling was used to determine the type of the oxygen function in partial oxidation of propane to AA over Mo1V0.3Te0.23Nb0.12Ox catalyst. Experimental data was collected under different operating conditions in a fixed bed tubular reactor. A reaction network consisting of parallel/sequential reactions with various pathways for the production of carbon oxides was considered. Some assumptions were made in the development of models including: the existence of catalytic sites with different activities, connection/nonconnection of catalytic sites together, connection/nonconnection of catalytic sites with gas phase oxygen and also the type of the active oxygen in different reactions. Based on these assumptions and also with regard to the reaction network 5 models were developed based on the MarsVan Krevelen and Eley Rideal mechanisms. Kinetic parameters were optimized using genetic algorithm. It can be concluded that gas phase oxygen does not directly play role in the lattice oxygen production. Therefore gas phase oxygen concentration has negligible effect on AA selectivity. While carbon oxides are produced through reaction between propane and nonselective oxygen sites. The concentration of these sites is directly affected by the partial pressure of the gas phase oxygen. It can be concluded if propane and oxygen have less contact with each other, the selectivity to desired products increases. Accordingly two zone fluidized bed and circulating fluidized bed are proposed for this reaction.