chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2020-15-3-58-69chemicallytech-1624Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF INORGANIC MATERIALSХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВAluminum oxide carrier for a catalyst for low-temperature isomerization of hydrocarbonsАлюмооксидный носитель для катализатора низкотемпературной изомеризации углеводородовhttps://orcid.org/0000-0001-7560-3605ТагандурдыеваН.TagandurdyyevaN.

Тагандурдыева Нурджахан, аспирант кафедры общей химической технологии и катализа

190013, Санкт-Петербург, Московский пр-т, д. 26

Nurjahan Tagandurdyyeva, Postgraduate Student, Department of General Chemical Technology and Catalysis

26, Moskovsky pr., St. Petersburg, 190013

jahana_18101993@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5978-5189МальцеваН. В.MaltsevaN. V.

Мальцева Наталья Васильевна, кандидат технических наук, доцент кафедры общей химической технологии и катализа

190013, Санкт-Петербург, Московский пр-т, д. 26

Natalya V. Maltseva, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of General Chemical Technology and Catalysis

26, Moskovsky pr., St. Petersburg, 190013

maltzeva.nv@yandex.ruВишневскаяТ. А.VishnevskayaT. A.

Вишневская Татьяна Алексеевна, инженер кафедры общей химической технологии и катализа

190013, Санкт-Петербург, Московский пр-т, д. 26

Tatyana A. Vishnevskaya, Engineer, Department of General Chemical Technology and Catalysis

26, Moskovsky pr., St. Petersburg, 190013

maltzeva.nv@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0276-8593НараевВ. Н.NarayevV. N.

Нараев Вячеслав Николаевич, доктор химических наук, профессор кафедры общей химической технологии и катализа

190013, Санкт-Петербург, Московский пр-т, д. 26

Vyacheslav N. Narayev, Dr. of Sci. (Chemistry), Professor, Department of General Chemical Technology and Catalysis

26, Moskovsky pr., St. Petersburg, 190013

naraev@lti-gti.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2302-0103ПостновА. Ю.PostnovA. Yu.

Постнов Аркадий Юрьевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой общей химической технологии и катализа

190013, Санкт-Петербург, Московский пр-т, д. 26

Arkady Yu. Postnov, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor, Head of the Department of General Chemical Technology and Catalysis

26, Moskovsky pr., St. Petersburg, 190013

ap1804@yandex.ruСанкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)РоссияSaint-Petersburg State Institute of TechnologyRussian Federation2020060720201535869Copyright © Tagandurdyyeva N., Maltseva N.V., Vishnevskaya T.A., Narayev V.N., Postnov A.Y., 20202020Тагандурдыева Н., Мальцева Н.В., Вишневская Т.А., Нараев В.Н., Постнов А.Ю.Tagandurdyyeva N., Maltseva N.V., Vishnevskaya T.A., Narayev V.N., Postnov A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1624Objectives

Objectives. Determine the necessary conditions for obtaining a granulated η-Al2O3 carrier, investigate its structural and strength properties, and evaluate its activity for the model n-butane isomerization reaction.

Methods

Methods. Samples containing bayerite structure aluminum trihydroxide were synthesized by precipitation from aqueous solutions of aluminum nitrate with ammonia under isothermal conditions at a constant pH value. The samples of the granulated carrier were obtained using an extrusion method when the composition of molding pastes was varied by tuning the ratio of bayerite- and η-Al2O3 -containing components and introducing polyvinyl alcohol.

Results

Results. The influence of the preparation conditions on the structural and strength properties of the active Al2O3 granules is evaluated. Samples of the aluminum oxide carrier were tested for a model reaction of low-temperature isomerization of n-butane, demonstrating a sufficiently high selectivity and reasonable prospects for use as catalysts for low-temperature isomerization of hydrocarbons.

Conclusions

Conclusions. Increasing the content of the polyvinyl alcohol in the molding paste from 0.4 to 1.8 wt % is accompanied by an increase in the predominant sizes of the mesopores in the range of 10–50 nm and pores in the range of 50–80 nm, explaining the high values of all recorded parameters for the process of isomerization of n-butane.

Цели

Цели. Определение условий получения гранулированного η-Al2O3 -носителя, исследование его структурно-прочностных свойств и оценка активности в модельном процессе изомеризации н-бутана.

Методы

Методы. Образцы, содержащие тригидроксид алюминия байеритной структуры, синтезированы осаждением из водных растворов нитрата алюминия аммиаком в изотермических условиях при постоянном значении рН. Экструзионным методом получены образцы гранулированного носителя при варьировании состава формовочных паст: соотношения количеств байерит- и η-Al2О3 -содержащих компонентов и введения поливинилового спирта.

Результаты

Результаты. Оценено влияние условий приготовления на структурно-прочностные свойства гранул активного Al2О3. Образцы алюмооксидного носителя испытаны в модельной реакции низкотемпературной изомеризации н-бутана, показана их достаточно высокая селективность и перспективность при получении катализаторов низкотемпературной изомеризации углеводородов.

Выводы

Выводы. Увеличение содержания поливинилового спирта в формовочной пасте от 0.4 до 1.8 масс. % сопровождается смещением преобладающих размеров мезопор в интервале 10–50 нм и пор в интервале 50–80 нм в большую сторону, что объясняет высокие значения всех регистрируемых показателей процесса изомеризации н-бутана.

изомеризациян-алканыноситель катализатора изомеризацииоксид алюминиябайеритisomerizationn-alkanesthe carrier of the catalyst for isomerizationaluminum oxidebayeriteThis article has been translated into English by N. Isaeva and edited for English language and spelling by Enago, an editing brand of Crimson Interactive Inc.ReferencesValavarasu G., Sairam B. Light Naphta Isomerization Process: A Review. Petrol. Sci. Technol. 2013;31(6):580-595. https://doi.org/10.1080/10916466.2010.504931Valavarasu G., Sairam B. Light Naphta Isomerization Process: A Review. Petrol. Sci. Technol. 2013;31(6):580-595. https://doi.org/10.1080/10916466.2010.504931Боруцкий П.Н. Каталитическиепроцессы получения углеводородов разветвленного строения. СПб.: НПО «Профессионал»; 2010. 724 с.Borutsky P.N. Catalytic processes for the production of branched hydrocarbons. St. Petersburg: NPO Professional; 2010. 724 p. (in Russ.).Ono Y. A survey of the mechanism in catalytic isomerization of alkanes. Catal. Today. 2003; 81(1):3-16. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(03)00097-XOno Y. A survey of the mechanism in catalytic isomerization of alkanes. Catal. Today. 2003; 81(1):3-16. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(03)00097-XSmolikov M., Dzhikiya O., Zatolokina E., Kiryanov D., Belyi A. Isomerization of n-hexane over bifunctional Pt/SO 4 /ZrO 2 catalysts. Petrol. Chem. 2009;49(473):473-480. https://doi.org/10.1134/S096554410906005XSmolikov M., Dzhikiya O., Zatolokina E., Kiryanov D., Belyi A. Isomerization of n-hexane over bifunctional Pt/SO 4 /ZrO 2 catalysts. Petrol. Chem. 2009;49(473):473-480. https://doi.org/10.1134/S096554410906005XЯсакова Е.А., Ситдикова А.В., Ахметов А.Ф. Тенденции развития процесса изомеризации в России и за рубежом. Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2010;1:1-19. URL: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Yasakova/Yasakova_1.pdfYasakova E.A., Sitdikova A.V., Akhmetov A.F. Trends in the development of the isomerization process in Russia and abroad. Neftegazovoe delo = Electronic scientific journal Oil and Gas Business. 2010;1:1-19 (in Russ.). Available from: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Yasakova/Yasakova_1.pdfSousa B.V., Brito K.D., Alves J.J.N., Rodrigues M.G.F., Yoshioka C.M.N., Caardoso D. n-Hexane Isomerization on Pt/HMOR: Effect of Platinum Content. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2011;102(2):473-485. https://doi.org/10.1007/s11144-010-0273-0Sousa B.V., Brito K.D., Alves J.J.N., Rodrigues M.G.F., Yoshioka C.M.N., Caardoso D. n-Hexane Isomerization on Pt/HMOR: Effect of Platinum Content. Reaction Kinetics, Mechenisms and Catalysis. 2011;102(2):473-485. https://doi.org/10.1007/s11144-010-0273-0Hidalgo J.M., Zbuzek M., Černý R., Jíša P. Current uses and trends in catalytic isomerization, alkylation and etherification processes to improve gasoline quality. Cent. Eur. J. Chem. 2014;12(1):1-13. https://doi.org/10.2478/s11532-013-0365-6Hidalgo J.M., Zbuzek M., Černý R., Jíša P. Current uses and trends in catalytic isomerization, alkylation and etherification processes to improve gasoline quality. Cent. Eur. J. Chem. 2014; 12(1):1-13. https://doi.org/10.2478/s11532-013-0365-6Боруцкий П.Н., Подкетнова Н.М. Каталитические процессы изомеризации и дегидрирования углеводородов для производства изокомпонентов бензинов. Катализ в промышленности. 2003;2:86-88.Borutsky P.N., Podkletnova N.M. Catalytic processes of isomerization and dehydrogenation of hydrocarbons for the production of gasoline isocomponents. Kataliz v promyshlennosti (Catalysis in Industry). 2003;2:86-88 (in Russ.).Иванова А.С. Оксид алюминия: применение, способы получения, структура и кислотно-основные свойства. Промышленный катализ в лекциях. 2009;8:7-61.Ivanova A.S. Alumina: application, production methods, structure and acid-base properties. Promyshlennyi kataliz v lektsiyakh = Industrial Catalysis in Lectures. 2009;8:7-61 (in Russ.).Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Принта; 2012. 288 с. ISBN 5-93969-036-XChukin G.D. Stroenie oksida alyuminiya i katalizatorov gidroobesserivaniya. Mekhanizmy reaktsii (The structure of alumina and hydrodesulfurization catalysts. Reaction mechanisms). Moscow: Printa; 2012. 288 p. ISBN 5-93969-036-X (in Russ.).Kinyakin A.S., Glushachenkova E.A., Borutskii P.N., Shuvalov A.S., Pisarenko Yu.A. Kinetics of the lowtemperature isomerization of n-hexane on the NIP-3A catalyst in an isothermal flow reactor. Theor. Found. Chem. Eng. 2008;42(6):815-821. https://doi.org/10.1134/S0040579508060031Kinyakin A.S., Glushachenkova E.A., Borutskii P.N., Shuvalov A.S., Pisarenko Yu.A. Kinetics of the lowtemperature isomerization of n-hexane on the NIP-3A catalyst in an isothermal flow reactor. Theor. Found. Chem. Eng. 2008;42(6):815-821. https://doi.org/10.1134/S0040579508060031Селиверстова М.Б., Власов Е.А., Дерюжкина В.И. Исследование реологических свойств пептизированных паст гидроокиси алюминия. Журн. Прикладной Химии. 1981;54(1):2307-2310.Seliverstova M.B., Vlasov E.A., Deryuzhkina V.I. Investigation of the rheological properties of peptized pastes of aluminum hydroxide. Zhurnal Prikladnoi Khimii = J. Appl. Chem. 1981;54:2307-2310 (in Russ.).Ильин А.П., Прокофьев В.Ю. Физико-химическая механика в технологии катализаторов и сорбентов: Монография. Иваново: Ивановский государственный химико-технологический университет; 2004. 315 с. ISBN 5-9616-0049-1Il’in A.P., Prokof’ev V.Ju. Fiziko-khimicheskaya mekhanika v tekhnologii katalizatorov i sorbentov (Physical and chemical mechanics in the technology of catalysts and sorbent). Ivanovo: Ivanovo State University of Chemistry and Technology; 2004. 315 p. ISBN 5-9616-0049-1 (in Russ.).Тагандурдыева Н., Бурлуцкая Л.П. Разработка метода синтеза байеритсодержащего носителя катализатора изомеризации углеводородов. Инновационные материалы и технологии в дизайне: тезисы докладов IV Всероссийской научно-практической конференции с участием молодых ученых, 22, 23 марта 2018 г. 2018; 17-18.Tagandurdyyeva N., Burlutskaya L.P. Development of a method for the synthesis of a bayerite-containing catalyst for the isomerization of hydrocarbons. In: Innovative materials and technologies in design: abstracts of the IV All-Russian scientific and practical conference with the participation of young scientists, March 22, 23. 2018:17-18 (in Russ.).Нечипоренко А.П., Кудряшова А.И., Кольцов С.И. Способ определения кислотности поверхности твердых веществ: SU 1377709 А1 А.с. СССР. Заявка № 4036187; заявл. 10.03.1986; опубл. 29.02.1988; Бюл. № 8.Nechiporenko A.P., Kudryashova A.I., Koltsov S.I. The method for determining the surface acidity of solids: USSR Pat. 4036187. Publ. 28.02.1988 (in Russ.).Грег С., Синг К. Адсорбция. Удельная поверхность. Пористость. 2-е изд. М.: МИР; 1984. 306 с.Greg S., Sing K. Adsorbtsiya. Udel’naya poverkhnost’. Poristost’ (Adsorption, Specific Surface Area, Porosity). Moscow: Mir; 1984. 306 p. (in Russ.).Мухленов И.П. Исследование механической прочности катализаторов. Л.: ЛТИ им. Ленсовета; 1981. 27 с.Muhlenov I.P. Issledovanie mekhanicheskoi prochnosti katalizatorov (The study of the mechanical strength of the catalysts). Leningrad: LTI im. Lensoveta; 1981. 27 p. (in Russ.).Дерюжкина В. И. Методы исследования пористой структуры катализаторов. Л.: ЛТИ им. Ленсовета; 1981. 27 с.Deryuzhkina V.I. Metody issledovaniya poristoi struktury katalizatorov (Methods of studying the porous structure of catalysts). Leningrad: LTI im. Lensoveta; 1981. 27 p. (in Russ.).Боруцкий П.Н. Сальников В.А., Никульшин П.А., Александрова Ю.В., Кузичкин Н.В. Конверсия н-бутана – метод тестирования твердокислотных катализаторов и их носителей для процессов нефтепереработки. СПб.: СПбГТИ(ТУ); 2017. 94 с.Borutskiy P.N. Sal՚nikov V.A., Nikul՚shin P.A., Aleksandrova Yu.V., Kuzichkin N.V. Konversiya n-butana – metod testirovaniya tverdokislotnykh katalizatorov i ikh nositelei dlya protsessov neftepererabotki (Conversion of n-butane – a test method for solid acid catalysts and their carriers for oil refining processes). St. Petersburg: SPbGTI (TU); 2017. 94 p. (in Russ.).Busca G. Structural, Surface, and Catalytic Properties of Aluminas. Adv. Catal. 2014;57(3):319-404. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800127-1.00003-5Busca G. Structural, Surface, and Catalytic Properties of Aluminas. Adv. Catal. 2014;57(3):319-404. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800127-1.00003-5

The authors declare that there are no conflicts of interest present.