Кинетика реакции газофазного гидрогенолиза бутиллактата с получением 1,2-пропиленгликоля на катализаторе Cu/SiO2. Обзор

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучены кинетические закономерности реакции газофазного гидрогенолиза утиллактата на гетерогенном катализаторе 45.5% Cu/SiO2, обеспечивающем высокую удельную производительность (до 6 гПГ гкат–1 ч–1), конверсию бутиллактата (до 99.5%) и селективность образования 1,2-пропиленгликоля (до 97%) при 180°С, что позволяет рассматривать изучаемую реакцию в качестве перспективной для промышленного синтеза данного продукта. В результате исследований установлено влияние условий проведения процесса (давления, соотношения реагентов, концентрации продуктов, температуры) на скорость реакции, получено кинетическое уравнение, определены значения кинетических параметров этого уравнения, что делает возможным адекватное описание экспериментальных данных, и рассчитана наблюдаемая энергия активации реакции.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. А. Козловский

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Автор, ответственный за переписку.
Email: kozlovskii.r.a@muctr.ru
Россия, Москва

М. С. Воронов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: kozlovskii.r.a@muctr.ru
Россия, Москва

В. Н. Сапунов

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: kozlovskii.r.a@muctr.ru
Россия, Москва

Ю. П. Сучков

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: kozlovskii.r.a@muctr.ru
Россия, Москва

В. С. Дубровский

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: kozlovskii.r.a@muctr.ru
Россия, Москва

Д. С. Князев

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: kozlovskii.r.a@muctr.ru
Россия, Москва

И. А. Козловский

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: kozlovskii.r.a@muctr.ru
Россия, Москва

Д. Ю. Ефимкин

ООО “Цифровые технологии и платформы”

Email: EfimkinDIu@digtp.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. https://www.mordorintelligence.com/ru/industry-reports/propylene-glycol-market
  2. Weissermel K., Arpe H.-J. Industrial Organic Chemistry. Weinheim: WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003. doi: 10.1002/9783527619191
  3. Taylor R., Nattrass L., Alberts G., Robson P., Chudziak C., Bauen A., Libelli I.M., Lotti G., Prussi M., Nistri R., Chiaramonti D., López-Contreras A.M., Bos H.L., Eggink G., Springer J., Bakker R., Ree R.V. From the Sugar Platform to biofuels and biochemicals: Final report for the European Commission Directorate-General Energy. № ENER/C2/423-2012/SI2.673791. E4tech (UK) Ltd, April 2015. doi: 10.13140/RG.2.1.2060.9127
  4. Kozlovskiy R., Shvets V., Kuznetsov A. Technological aspects of the production of biodegradable polymers and other chemicals from renewable sources using lactic acid // J. Clean. Prod. 2017. V. 155. P. 157. doi: 10.1016/j.jclepro.2016.08.092
  5. Kuznetsov A., Beloded A., Derunets A., Grosheva V., Vakar L., Kozlovskiy R., Shvets V. Biosynthesis of lactic acid in a membrane bioreactor for cleaner technology of polylactide production // Clean Technol. Environ. Policy. 2017. V. 19. № 3. P. 869. doi: 10.1007/s10098-016-1275-z
  6. Кузнецов А.Е., Козловский Р.А., Белодед А.В., Козловский И.А., Козловский М.Р., Кучеренко В.В., Насиров И.Р. Потенциал совершенствования технологии получения молочной кислоты для синтеза полилактида // Химическая промышленность сегодня. 2022. № 2. С. 2. doi: 10.53884/27132854_2022_3_2
  7. Yurieva T.M., Kustova G.N., Minyukova T.P., Poels E.K., Bliek A., Demeshkina M.P., Plyasova L.M., Kriger T.A., Zaikovskii V.I. Non-hydrothermal synthesis of copper-, zinc- and copper-zinc hydrosilicates // Mater. Res. Innov. 2001. V. 5. № 1. Р. 3.
  8. Yurieva T.M., Minyukova T.P., Kustova G.N., Plyasova L.M., Kriger T.A., Demeshkina V.I., Zaikovskii M.P., Malakhov V.V., Dovlitova L.S. Copper ions distribution in synthetic copper-zinc hydrosilicate // Mater. Res. Innov. 2001. V. 5. № 2. P. 74.
  9. Симонов М.Н., Симакова И.Л., Минюкова Т.П., Хасин А.А. Гидрирование молочной кислоты на восстановленных медьсодержащих катализаторах // Изв. РАН, серия хим. 2009. Т. 58. № 6. С. 1086. (Simonov M.N., Simakova I.L., Minyukova T.P., Khassin A.A. Hydrogenation of lactic acid on reduced copper-containing catalysts // Russ. Chem. Bull. 2009. V. 58. № 6. P. 1114.)
  10. Simonov M.N., Zaikin P.A., Simakova I.L. Highly selective catalytic propylene glycol synthesis from alkyl lactate over copper on silica: Performance and mechanism // Appl. Catal. B: Environ. 2012. V. 119–120. P. 340. doi: 10.1016/j.apcatb.2012.03.003
  11. Marchesan A.N., Oncken M.P., Filho R.M., Maciel M.R.W. A roadmap for renewable C2–C3 glycols production: A process engineering approach // Green Chem. 2019. № 19. P. 1.
  12. Xi Y., Jackson J.E., Miller D.J. Hydrogenation of Lactic Acid to 1,2-Propanediol over Ru-Based Catalysts // ChemCatChem 10(4), 2017, Open Access doi: 10.1002/cctc.201701329.
  13. Xi Y., Jackson J.E., Miller D.J. Characterizing Lactic Acid Hydrogenolysis Rates in Laboratory Trickle Bed Reactors // Ind. Eng. Chem. Res. 2011. V. 50. P. 5440. dx.doi.org/10.1021/ie1023194
  14. Шмид Р., Сапунов В.Н. Неформальная кинетика. В поисках путей химических реакций. Москва: Мир, 1985. 264 с. (Schmid R., Sapunov V.H. Non-formal Kinetics. In Search for Chemical Reaction Pathways. Verlag Chemie, Weinheim–Deerfield Beach–Base1 1982. 199 P. doi: 10.1002/cite.330550907)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема лабораторной каталитической установки: Е1 – емкость с исходными жидкими компонентами, ЖН-1 – насос жидкостный, Газ-1 – баллон с водородом, Газ-2 – баллон с азотом, Кр-1–Кр-6 – кран шаровый, РД1, РД2 – регулятор давления, М-1, М-2, М-3 – манометр, РРГ-1, РРГ-2 – регулятор расхода газа, ДД-1 – датчик давления, СМ-1 – смеситель, И-1 – испаритель, П-1 – печь испарителя, Р-1 – реактор, П-2 – печь реактора, С-1 – сепаратор, РД-3 – регулятор давления в реакторе, СГ-1 – счетчик газа

Скачать (399KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости конверсии БЛ (XБЛ) и селективности образования 1,2-ПГ (SПГ) от времени работы катализатора

Скачать (67KB)
Метаданные
4. Схема 1

Скачать (22KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Зависимость концентрации побочных продуктов от конверсии БЛ

Скачать (87KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Зависимость селективности образования 1,2-ПГ от конверсии БЛ

Скачать (58KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Зависимость парциального давления бутиллактата (PБЛ) от времени контакта (τ) при 180°С и следующих условиях: а – общее давление 10 ат, начальное мольное соотношение водород : бутиллактат (βH2) равно 20 (♦), 40 (■), 60 (▲), 80 (●), 100 (*); б – βH2 = 40 , общее давление равно 2 (♦), 5 (■), 10 (▲), 15 (×) ат; в – общее давление 10 ат, βH2 = 40 моль/моль, начальное мольное соотношение бутанол : бутиллактат (βBuOH) равно 0 (▲), 0.5 (●), 1.0 (■); г – общее давление 10 ат, βH2 = 40, начальное мольное соотношение пропиленгликоль : бутиллактат (βПГ) равно 0 (×), 0.5 (♦), 1.0 (■), 3.5 (▲)

Скачать (416KB)
Метаданные
8. Рис. 6. Линейные корреляции, полученные при преобразовании кинетического уравнения: а – зависимость от PБЛ,0 для серии экспериментов с варьированием βH2; б – зависимость от PБЛ,0 для серии экспериментов с варьированием общего давления при βH2 = 40; в – зависимость от PПГ,0 для серии экспериментов с варьированием PПГ,0

Скачать (243KB)
Метаданные
9. Рис. 7. Сравнение экспериментальных и расчетных значений конверсии бутиллактата от времени контакта при 180°С и следующих условиях: а – общее давление 2 ат, начальное мольное отношение водород : бутиллактат βH2 = 40; б – общее давление 5 ат, βH2 = 40; в – общее давление 10 ат, βH2 = 40; г – общее давление 15 ат, βH2 = 40; д – общее давление 10 ат, βH2 = 60; е – общее давление 10 ат, βH2 = 80; ж – общее давление 10 ат, βH2 = 100; з – общее давление 10 ат, βH2 = 40, βПГ = 0.5; и – общее давление 10 ат, βH2 = 40, βПГ = 1; к – общее давление 10 ат, βH2 = 40, βПГ = 0.25, βBuOH = 0.25; л – общее давление 10 ат, βH2 = 40, βПГ = 1.75, βBuOH = 1.75

Скачать (758KB)
Метаданные
10. Рис. 8. Корреляция экспериментальных и расчетных значений конверсии бутиллактата для всего массива экспериментов

Скачать (98KB)
Метаданные
11. Рис. 9. Изменение конверсии бутиллактата от времени контакта (τ) (а) и приведенного времени контакта (η × τ) (б) при температурах 170 (♦), 180 (■), 190 (●) и 200°С (▲)

Скачать (191KB)
Метаданные
12. Рис. 10. Температурная зависимость начальной скорости реакции (а) и коэффициента трансформации (б) в линейных координатах уравнения Аррениуса

Скачать (138KB)
Метаданные