Запуск в США добычи сланцевого газа уже привел там к перестройке химической промышленности. Пропилен С3H6 является одним из ключевых продуктов переработки нефти и газа. Объемы получения пропилена в мире сейчас превышают 100 млн тонн в год. Необходим же пропилен для получения из него полипропилена - второго по распространенности полимера в мире. Где его только не используют...
Именно пропилен в США стали получать не из газойля – одной из фракций переработки нефти – а из выделенного из сланцевого газа пропана. Однако технология получения пропилена из пропана пока еще далека от совершенства.
Одним из возможных вариантов получения пропилена таким образом является окислительное дегидрирование. Это когда извлеченный из молекулы пропана водород связывается во что-то окисленное (воду, хлороводород и так далее). Оно страдает от избыточного окисления пропана до оксидов углерода - угарного газа и углекислого газа. На выходе из процесса получается сложная смесь различных газов, которую приходится делить с помощью какой-то матери. Наиболее эффективный из известных катализаторов – гексагональный нитрид бора – дает выходы <16% пропилена, все остальное надо от него отделять.
Неокислительным дегидрированием (на выходе водород) в 2019 году было получено 13,6 млн тонн пропилена. Это составляет 11% его мирового производства. Используются либо катализаторы на основе оксидов хрома (процесс Catofin), либо на основе платины (процессы Oleflex и STAR) при температурах от 550 до 700°С и атмосферном давлении. Проблемы процесса Catofin – низкая селективность по пропилену. Это значит, что образуется много левых углеводородов, от которых целевой продукт надо отделять. Также проблемой является большая скорость выхода катализатора из строя за счет образования залежей углерода на поверхности (закоксовывания). Регенерацию катализатора надо проводить отжигом каждые 12 минут в течение работы установки.
Платиновые катализаторы для таких процессов – это наночастицы платины, смешанной с постпереходным металлом, к примеру, оловом, для повышения селективности. В качестве носителя обычно используют оксид алюминия. Проблема в том, что соединение PtSn в условиях реакции нестабильно. Оно разлагается с окислением до чистой платины и окиси олова с потерей селективности и быстрым закоксовыванием. Борются с этим обычно большими количествами олова либо добавлением водорода в реакционную смесь со всеми вытекающими в виде падения выхода и конверсии в ходе реакции. В реакционную смесь добавляется продукт реакции, что ВНЕЗАПНО приводит к сдвигу конечного равновесия прочь от продуктов (и пропилена, соответственно).
Одним из вариантов решения данной проблемы и, таким образом, удешевления производства полипропилена может быть достаточно очевидная смена носителя катализатора на диоксид кремния (но очевидность не помешала сделать на этом статью в Science).
Автор: Иван Прихно.