Kinetic modelling of oxygen dependence in oxidative dehydrogenation of propane

Authors


Abstract

Several Mars—Van Krevelen-type redox kinetic models were developed for the catalytic oxidative dehydrogenation of propane and examined for their ability to predict high propene yields at low oxygen/propane feed ratios. The intent in this study was to use modelling as a means of extracting further mechanistic insight from experimental data rather than to identify the best model. Thus, a conventional redox model with a consecutive reaction mechanism and a single pathway for the production of carbon oxides predicts higher propene selectivity but only at the expense of low propane conversion. Experimental data indicated, however, that even at the same propane conversion, propene selectivity increased as the oxygen partial pressure was lowered. Models that successfully describe the data had an additional carbon oxide production path involving the reaction of propane with deeply oxidizing surface oxygen species. Kinetic models and experimental data examined do not fully resolve how these deeply oxidizing surface oxygen species are formed. However, they do reflect the accepted view that lattice oxygen selectively produces propene whereas more weakly bound surface adsorbed oxygen reacts to completely oxidize propane.

Abstract

Plusieurs modèles cinétiques redox de type Mars—Van Krevelen ont été mis au point pour la déshydrogénation oxydative catalytique du propane et examinés pour déterminer leur capacité à prédire de hauts rendements de propène à de faibles rapports d'alimentation oxygène/propane. Le but de cette étude était d'utiliser la modélisation pour avoir un meilleur aperçu des aspects mécanistiques à partir de données expérimentales plutǒt que de déterminer le meilleur modèle. Ainsi, un modèle redox classique basée sur un mécanisme de réactions consécutives et un chemin unique pour produire des oxydes de carbone prédit une meilleure sélectivité du propène mais seulement au dépens d'une faible conversion de propane. Des données expérimentales indiquent, cependant, que měme à conversion de propane identique, la sélectivité du propène augmente alors que la pression partielle de l'oxygène est réduite. Des modèles décrivant avec succès les données avaient un chemin de production d'oxyde de carbone supplémentaire impliquant la réaction du propane avec des espèces d'oxygène de surface s'oxydant fortement. Les modèles cinétiques et les données expérimentales examinés ne disent pas complètement comment se forment ces espèces d'oxygène s'oxydant fortement. Toutefois, ils reflètent l'idée acceptée que l'oxygène en réseau produit sélectivement du propène tandis que l'oxygène adsorbé en surface avec des liaisons faibles réaglt pour oxyder complètement le propane.

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