DESHIDROGENACIÓN OXIDATIVA DE n-BUTANO Y SU RELACIÓN CON EL ESTADO DE OXIDACIÓN DEL CATALIZADOR / Oxidative Dehydrogenation of n-BUTANE and its Relationship with the Oxidation State of the Catalyst

Resumen

En este trabajo se ha estudiado la deshidrogenación oxidativa (DHOX) de n-butano en ausencia de oxígeno sobre catalizadores a base de mezclas de óxidos de vanadio y de magnesio utilizando la técnica de inyección por pulsos. En presencia de oxígeno molecular, las vacancias dejadas por la reacción de oxidación del hidrocarburo son rápidamente llenadas por nuevos iones de ese elemento, mientras que trabajando en condiciones anaeróbicas la concentración de vacancias aumenta a medida que se inyectan más pulsos. Se encontró que operando bajo condiciones anaeróbicas la DHOX de n-butano presenta una selectividad a olefinas mayor que cuando se realiza en presencia de oxígeno, y que esta selectividad varía muy poco con el número de pulsos. Sin embargo, las selectividades a butenos aumentan y a butadieno disminuye a medida que el estado de oxidación del catalizador decrece. Contra lo esperado, se observó que el catalizador soportado en SiO2 es más selectivo para la producción de butadieno que el soportado sobre α-Al2O3 y que la diferencia se incrementa con el número de pulsos. Se demostró que incluso con el número máximo de pulsos usados por corrida en este trabajo, queda oxígeno móvil remanente en los catalizadores, lo cual fue corroborado por XPS que no revela estados de oxidación del vanadio menores a cuatro.

ABSTRACT

In this work the oxidative dehydrogenation (ODH) of n-butane has been studied using the injection by pulse technique on catalysts based on mixtures of vanadium and magnesium oxides in an oxygen free atmosphere. In the presence of molecular oxygen, vacancies generated by the oxidation reaction are rapidly filled by new oxygen ions, while working under anaerobic conditions the concentration of these vacancies increases with each additional n-butane pulse injected. It was found that working under anaerobic conditions the ODH of n-butane presents a higher selectivity toward olefins than when the process is developed in the presence of oxygen, and that the selectivity variation is very small with additional pulses. Nevertheless, the selectivity toward butenes increases and that toward butadiene decreases with decreasing oxidation states of the catalyst. As opposed to what was expected, it was found that the catalyst supported over SiO2 shows a higher selectivity toward butadiene than that supported over α-Al2O3, and that the differences increases with the amount of pulses. It was also found that even when the maximum number of n-butane pulses were added a noticeable amount of mobile oxygen still remains as confirmed by XPS which does not show vanadium oxidation states lower than V+4.Keywords: N-butane, Oxidative dehydrogenation, Vanadium oxide, Silica, Alumina.