مدلسازي سينتيكي تبديل مستقيم پروپان به اكريليك اسيد بر روي كاتاليست Mo1V0.3Te0.23Nb0.12Ox در حضور و عدم حضور بخار آب با استفاده از الگوريتم ژنتيك

Kinetic modeling of propane selective oxidation to acrylic acid over Mo1V0.3Te0.23Nb0.12Ox in the presence and absence of water using genetic algorithm

به منظور بررسي نقش بخار آب در تبديل مستقيم پروپان به اكريليك اسيد بر روي كاتاليست Mo1V0.3Te0.23Nb0.12Ox از مطالعات سينتيكي استفاده شده است. كاتاليست مورد نظر با روش دوغابي تهيه شده و دو دسته واكنش طراحي شده اند: واكنش هاي در حضور بخار آب و واكنش هاي بدون حضور بخار آب. داده هاي آزمايشگاهي در شرايط عملياتي مختلف در يك راكتور بستر ثابت لوله اي جمع آوري شدند. دو مدل تواني و مارس-ون كرولن بكار گرفته شده و پارامترهاي آنها با استفاده از الگوريتم ژنتيك بهينه شدند. نتايج مدل تواني نشان مي دهد كه كارايي كاتاليست در حضور بخار آب به مقدار اكسيژن فاز گاز (با درجه 0/4-0/27) وابسته است، در مقابل مقدار اكسيژن بر كارايي كاتاليست بدون حضور بخار آب بي تاثير است. نتايج مدل مارس-ون كرولن نشان مي دهد كه در حضور بخار آب اكسيداسيون سايت هاي فعال كندتر از تبديل هيدروكربن هاست. درنتيجه توليد اكسيژن شبكه اي، مرحله تعيين كننده واكنش و وابستگي كارايي كاتاليست به غلظت اكسيژن فاز گاز قابل انتظار است. در مقابل، بدون حضور بخار آب اكسيداسيون سايت هاي فعال بسيار سريع تر از كاهش آنهاست. درنتيجه اكسيژن شبكه اي همواره در دسترس و كارايي كاتاليست مستقل از مقدار اكسيژن در فاز گاز است. نتايج تست XRD نيز نشان مي دهد كه وجود بخار آب در سيستم باعث افزايش درجه كريستاليزاسيون، افزايش فاز موثر M1 و كاهش فاز غير گزينش پذير MoO3 مي شود. بنابراين مي توان نتيجه گرفت بخار آب از طريق تاثير بر ساختار كريستالي كاتاليست دسترسي به اكسيژن شبكه اي را محدود كرده و به اين ترتيب اكريليك اسيد با گزينش پذيري بيشتري توليد مي شود.

Role of water vapor in propane selective oxidation to acrylic acid over Mo1V0.3Te0.23Nb0.12Ox has been investigated using kinetic study. The catalyst was produced by slurry method and two sets of experiments have been designed: reactions in the presence and absence of water vapor. Experimental data were obtained under different operating conditions in a tubular fixed bed reactor. Power law and Mars-Van Krevelen (MVK) models for the predictions the catalytic performance were employed using the genetic algorithm. The reaction orders obtained by the power law model determined that gas phase oxygen concentration has considerable effects on catalytic performance in wet condition. Contrary to dry ones which reveal that changing oxygen concentration has negligible effects on catalytic performance. MVK results indicate that in the presence of water vapor, lattice oxygen production is the rate determining step. Therefore dependency on gas phase oxygen concentration is expectable. While at dry conditions the activation energy of hydrocarbon is higher than that of oxygen. Therefore lattice oxygen is always available and independent of gas phase oxygen. Presence of water induces some structural modifications: improvement the crystallinity, decreasing production of non-selective sites (MoO3) and enhanced presence of the M1 phase. As a results, water vapor limits lattice oxygen availability through improvement of catalyst structure leading to better acrylic acid selectivity.