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Patent Searching and Data


Title:
CATALYST AND PROCESS OF OXIDATIVE DEHYDROGENATION OF PROPANE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/124182
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to catalysts that are selective for the reaction of ODH of propane to propene. Said catalysts are potassium salts of the dodecatungstophosphate ion partially substituted with vanadium and niobium, or mixed oxides of W, V and Nb, with a tungsten bronze structure, obtained by thermal decomposition of polyoxometalate salts with a Keggin structure.

Inventors:
GUILLAUME EON JEAN (BR)
SANCHES GUIMARÃES SABRINA (BR)
GALVAO SIQUEIRA BERNARDO (BR)
Application Number:
PCT/BR2019/050540
Publication Date:
June 25, 2020
Filing Date:
December 16, 2019
Export Citation:
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Assignee:
PETROLEO BRASILEIRO SA PETROBRAS (BR)
UNIV FEDERAL DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO UFRJ (BR)
International Classes:
B01J23/16; C07C5/48
Domestic Patent References:
WO2014134703A12014-09-12
WO2016049144A12016-03-31
Foreign References:
US20140114109A12014-04-24
US20170226030A12017-08-10
Other References:
PINHEIRO, P.S. ET AL.: "Isomer distribution in a-Keggin structures [XW12- nVnO40]-(q+n)X=Si, P (0 ? n ? 4): A DFT study of free energy and vibrational spectra", COMPTES RENDUS CHIMIE, vol. 19, 1 July 2016 (2016-07-01), pages 1352 - 1362, XP029759011
UDALOVA, O.V ET AL.: "The influence of additives and their concentration on the selectivity of catalysts based on heteropoly compounds in the reaction of propane oxidation", CATALYSIS IN INDUSTRY, vol. 2, no. 1, 2010, pages 38 - 41, XP055719791
Attorney, Agent or Firm:
RODRIGUES SILVA, Francisco Carlos et al. (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. Catalisador para desidrogenação oxidativa de propano, caracterizado por ser preparado através das seguintes etapas:

a) Dissolver sais de metais alcalinos ou alcalinos terrosos de oxometalatos de W, V e Nb, em água a uma temperatura variando de 40 a 80°C, sendo as razões molares W:V e V:Nb de 2 a 8, e de forma que seja obtida uma solução aquosa de polioxometalatos onde a proporção mássica dos oxometalatos em relação à água esteja entre 30 e 40% m/m;

b) Adicionar à solução aquosa obtida na etapa (a) um ácido inorgânico até pH entre 6,5 e 7,5, e aquecer a solução até temperaturas de 150 a 180°C, por um período de tempo variando de 3 a 4 horas;

c) Adicionar, sob agitação constante, à solução aquosa obtida em (b), uma solução saturada de um sal de metal alcalino ou alcalino terroso, em proporção de 60 a 80%v/v de solução de polioxometalatos em relação a solução saturada, até que ocorra a precipitação de sais mistos de polioxometalatos de tungsténio, vanádio e nióbio;

d) Filtrar e secar os sais de polioxometalatos obtidos na etapa (c) numa temperatura variando de 25 a 50°C;

e) promover a calcinação dos materiais obtidos em (d) sob fluxo de ar a temperaturas de 350 a 550°C, por um período de tempo de 3 a 5 horas, de modo a obter óxidos mistos de W, V e Nb, com estrutura de bronzes de tungsténio;

2. Catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os sais mistos de polioxometalatos de tungsténio, vanádio e nióbio, possuírem estrutura do tipo Keggin de fórmula geral [PW12-x-yVxNbyO40]n-Zm+, onde 1£x£6, y£3 e 4£m£n£11, Z sendo um metal alcalino dentre: Na, K ou Cs ou alcalino terroso escolhido dentre: Mg, Ca, Ba;

3. Processo de desidrogenação oxidativa de propano, caracterizado por compreender alimentar um reator de leito fixo com o catalisador como

Petiçào 870190009232, de 29/01/2019, pág. 5/6 definido na reivindicação 1 e uma carga compreendendo uma mistura de propano e ar numa proporção volumétrica variando de 1% a 2% e acima de 10%, sendo as condições operacionais as seguintes: GHSV de 103 a 104, pressão atmosférica e temperatura variando de 300 a 600°C.

Petiçào 870190009232, de 29/01/2019, pág. 6/6

Description:
“CATALISADOR, E, PROCESSO DE DESIDROGENAÇÃO OXIDATIVA DE PROPANO.”

CAMPO DA INVENÇÃO

[1] A presente invenção está relacionada à produção de propeno a partir de propano utilizando catalisadores de sais de potássio. Mais precisamente, a presente invenção está relacionada ao preparo de sais de potássio do íon dodecatungstofosfato parcialmente substituído por vanádio e nióbio, ou óxidos mistos derivados, com estrutura de bronzes hexagonais de tungsténio e sua aplicação na produção de propeno através da desidrogenação oxidativa (ODH) do propano.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[2] A catálise de oxidação é uma tecnologia de fundamental importância na indústria química pelas enormes possibilidades de aplicação na obtenção de produtos de grande valor agregado. Além disso, existe particular interesse na funcionalização de aromáticos obtidos diretamente do petróleo ou do gás natural e de alcanos, cuja demanda tem aumentado principalmente pelo menor custo e toxidade em relação às olefinas.

[3] Dentre as reações de oxidação, a desidrogenação oxidativa de alcanos de cadeia carbónica curta levando à formação de olefinas tem particular interesse. Estas olefinas encontram aplicações importantes na síntese industrial de polietileno ou polipropileno para a fabricação de plásticos e fibras, ou como intermediário químico na síntese da acetona, isopropanol, haletos, acrilonitrila entre outros.

[4] Ao contrário do que ocorreu para a reação de oxidação do propano a ácido acrílico, ainda não foi encontrado registro de patente reivindicando uma fórmula catalítica economicamente viável para a produção de propeno via reação de ODH do propano. Publicações na literatura aberta reportam principalmente estudos do mecanismo da reação, procurando avaliar os principais fatores responsáveis pela definição da seletividade do catalisador em relação ao propeno. A grande maioria dos trabalhos publicados analisa o papel do V ou do Mo em óxidos mistos mássicos ou suportados, uma vez que estes elementos conferem maior atividade e seletividade ao catalisador que outros metais de transição. Desta forma, procura-se usar composições mistas ternárias ou quaternárias destes elementos para isolar oxigénios em ponte compartilhados por dois ou três átomos de vanádio. A introdução dos elementos metálicos cataliticamente ativos num poliânion de composição bem definida e controlada permite a obtenção de óxidos de composição homogénea após sua decomposição térmica.

[5] O estado da técnica descreve numerosos catalisadores heterogéneos empregados na reação de ODH do propano, mas nenhum possui uma satisfatória combinação entre a atividade e a seletividade.

[6] Neste sentido, o documento “Heteropoly 12- Metallophosphates Containing Tungsten and Vanadium. Preparation, Voltammetry, and Properties of Mono-, Di-, Tetra- and Hexavanado Complexes” (M.T. Pope, D. Smith., Inorganic Chemistry, 12, No. 2, 1973), descreve a obtenção de sais de polioxometalatos com estrutura de Keggin misto de composição PV4W8O40. Contudo, não há nenhum estudo sistemático permitindo deduzir a estrutura do óxido misto obtido por decomposição térmica de sais de polioxometalatos.

[7] Já o documento “Multielement Crystalline and Pseudocrystalline Oxides as Efficient Catalysts for the Direct Transformation of Glycerol into Acrylic Acid” (A. Chieregato, M. D. Soriano, E. García- González, G. Puglia, F. Basile, P. Concepción, C. Bandinelli, J. M. L. Nieto, F. Cavani, ChemSusChem, 8, p. 398 - 406, 2015) descreve a obtenção de catalisadores de óxidos mistos a base de tungsténio, molibdênio e vanádio apresentando a estrutura de bronze hexagonal. Neste documento, os autores caracterizam e avaliam as propriedades catalíticas de óxidos mistos no sistema W-Mo-V-0 na reação de oxidesidratação do glicerol a ácido acrílico. Os materiais reportados apresentam uma razão Mo/W superior a 20% e estrutura variável em função dos teores de V e Mo. Nota-se que os materiais seletivos na reação não apresentam a estrutura de bronze hexagonal, mas sim uma estrutura chamada pseudocristalina, correlacionada com a fase denominada Mi (tipo M 5 O 14 ) na literatura. Como inúmeros óxidos mistos formados pelos metais de transição de início de período, a estrutura cristalina da fase correspondente é correlacionada à estrutura ReOs, onde metais com coordenação octaédrica compartilham apenas os vértices do poliedro de coordenação. Neste documento, os catalisadores possuem efetivamente a estrutura de bronze hexagonal de tungsténio, no entanto, o vanádio encontra- se com número de oxidação +4, uma vez que o sulfato de vanadila VOSO 4 é empregado como fonte de vanádio. A redução do vanádio é essencial para a formação da fase bronze nestas condições.

[8] Além disso, o documento“Thermal decomposition behavior of metal-oxygen clusters with Keggin structure” (Kong, AG et al, Chemical Journal of Chinese Universities-Chinese I 26 (11): 2002-2006 NOV 10 2005), avaliou o comportamento de polioxometalatos com estrutura de Keggin após tratamento em diversas temperaturas. O caso mais significativo neste documento diz respeito à decomposição térmica do sal de potássio K3PW12O40, onde é possível verificar, na figura 1(c), que o sal permanece estável até a temperatura de 800°C, mas está decomposto em 900°C, havendo indicação apenas da formação de WO3 (que apresenta diversas variedades alotrópicas) e talvez de K2WO4. Na figura 1 é possível distinguir um pico por volta de 14° e três picos pouco abaixo de 25° (em 2theta), sendo que o primeiro pico existe apenas na fase hexagonal (conforme base ICSD - Inorganic Crystal Structure Database), mas o segundo grupo de picos indica uma fase triclínica ou monoclínica, portanto incompatível com a fase hexagonal desejada. Além disso, as intensidades relativas dos quatro picos não estão em acordo com as intensidades da fase hexagonal, o que uma mistura de fases.

[9] Por outro lado, o documento US 8.105.972 (B2) descreve um processo para a formação de catalisadores úteis para a conversão de parafinas em olefinas dentro de uma vasta gama de composição (Mo-V-X-Y-O). Mais especificamente, refere-se ao preparo de catalisadores úteis para a desidrogenação oxidativa (ODH) de hidrocarbonetos para formar olefinas, mais precisamente eteno. Nota-se, no entanto, que todos os exemplos concretos concemam as propriedades de óxidos no sistema Mo-V-Nb-Te com razão Mo/V próxima a 3, na reação de ODH do etano a eteno. Nestes materiais, o elemento dominante é Mo e, ao contrário da presente invenção, os catalisadores não apresentam potássio em sua composição.

[10] Confirmando a validade da estratégia, observou-se que os óxidos mistos de vanádio e tungsténio, depositados em gama-alumina por adsorção de íons de Lindqvist substituídos V x W6- x Oi9 (x=l,2), levaram a um melhor desempenho do catalisador na reação de ODH do propano (Kaezer França M. C., Aguiar da Silva San Gil R., Eon J.-G., Catai. Today 78 (2003) 105). O hexametalato, ainda chamado o poliânion de Lindqvist, no entanto, é limitado a composições binárias com as duas relações estequiométricas citadas e não apresenta a versatilidade de composição química, por exemplo, do poliânion de Keggin.

[11] Atentando para os inconvenientes acima elencados dos íons de Lindqvist, foram desenvolvidos catalisadores, objetos da presente invenção, para aplicação na reação de ODH do propano a propeno.

[12] Deste modo, é possível observar que não há relatos no estado da técnica que antecipem o preparo de catalisadores obtidos por decomposição térmica de sais de polioxometalatos da série de Keggin à base de tungsténio, nióbio e vanádio, bem como sua aplicação em um processo de produção de propeno através de desidrogenação oxidativa de propano. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[13] A presente invenção está relacionada a catalisadores de óxidos mistos de tungsténio (W), nióbio (Nb), vanádio (V), na forma de sais de potássio do íon dodecatungstofosfato parcialmente substituídos por vanádio e nióbio, ou óxidos derivados com estrutura de bronzes de tungsténio, utéis na reação de desidrogenação oxidativa (ODH) do propano a propeno.

[14] Tais catalisadores são preparados por síntese direta em solução aquosa de sais de polioxometalatos de W, Nb e V, com estrutura de Keggin (Figura la), que ao sofrerem decomposição térmica levam a formação de óxidos mistos de W, Nb e V, com estrutura de bronzes de tungsténio (Figura lb).

[15] Os objetivos e demais vantagens da presente invenção ficarão mais evidentes a partir da descrição que se segue e dos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[16] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas, nas quais:

[17] A Figura la representa a estrutura do isómero D do íon de Keggin, de fórmula geral XM 12 O 40 , demonstrando as conexões entre os quatro grupos de octaedros M 3 O 13 ligados pelos vértices. Esses grupos M 3 O 13 se ligam ao tetraedro XO 4 completando sua estrutura. Neste íon, X pode corresponder a P, Si, Ge e M representa metais de transição como W, Mo, os quais podem ser parcialmente substituídos por Nb, V ou ainda Cu, Ni etc.

[18] A Figura 2 representa espectros de absorção no Infravermelho dos polioxometalatos.

[19] As Figuras 3 a 7 representam difratogramas de raios X e simulações para os vários catalisadores da presente invenção.

[20] As Figuras 8 e 9 representam as curvas de estabilidade para a conversão de propano e seletividade a propeno em função do tempo de análise. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[21] A presente invenção refere-se à síntese e caracterização de sais de potássio do íon dodecatungstofosfato parcialmente substituído por vanádio e nióbio e de óxidos mistos W, V e Nb derivados, com estrutura de bronzes de tungsténio para utilização na reação de ODH de propano a propeno.

[22] Um primeiro objetivo da presente invenção é a descrição de tais catalisadores, preparados a partir da decomposição térmica de sais de polioxometalatos (POM) de estrutura do tipo Keggin à base de W, V e Nb.

[23] A estrutura do tipo Keggin encontra-se ilustrada na Figura 1, onde pode-se ver o polioximetalato de fórmula geral [XM 12 O 40 ] -n ,.onde X=K, e M=W,V e Nb„ e notar as conexões entre os quatro grupos de octaedros M 3 O 13 ligados pelos vértices. Neste tipo de estrutura, os grupos M 3 O 13 se ligam ao tetraedro XO4 e os átomos de oxigénio são classificados em quatro tipos, O a , O b , O c e O d ou O t , de acordo com o tipo de ligação. O átomo de oxigénio identificado por O a se refere ao oxigénio que está ligado ao átomo central e compartilhado por um grupo M 3 O 13 , aquele representado por O b está ligado a dois átomos metálicos de grupos M 3 O 13 diferentes, o identificado por O c se refere aos oxigénios ligados a dois átomos metálicos do mesmo grupo M 3 O 13 e O d ou O t são os átomos de oxigénio ligados a um átomo metálico, isto é, oxigénios em posição terminal.

[24] Entretanto, para se obter um catalisador seletivo a propeno em reações de ODH, é necessário que hajam oxigénios disponíveis na superfície do catalisador, o que pode ser alcançado pela presença de óxidos mais redutíveis, e, portanto, mais ativos, tal como o óxido de vanádio o é, em relação, por exemplo, aos óxidos de nióbio e tungsténio.

[25] Desta forma, ao utilizar composições mistas ternárias de W, V e Nb, tal como a proposta na presente invenção, promove-se o isolamento dos átomos de oxigénio em ponte compartilhados por dois ou três átomos de vanádio, o que, em última instância, aumenta a seletividade do catalisador neste tipo de reação.

[26] Ainda, além do aumento de seletividade, outra característica importante para um catalisador é a manutenção de sua atividade, quando submetidos a altas temperaturas de reação, que neste caso variam de 350 a 550 °C.

[27] Tais catalisadores utéis na reação de reação de desidrogenação oxidativa (ODH) de propano, são descritos a seguir, segundo seu preparo, que compreende a decomposição térmica de sais de polioxometalatos de estrutura do tipo Keggin à base de tungsténio, vanádio e nióbio, representados pela fórmula geral [PW 12-x-y V x Nb y O 40 ] n-Zm+ , onde l£x<6, y£3 e 4£m£n£11, Z sendo um metal alcalino dentre: Na, K ou Cs ou alcalino terroso escolhido dentre: Mg, Ca, Ba, de forma a obter-se óxidos mistos de W, V, e Nb.

[28] A rota preferencial para o preparo dos óxidos mistos de W, V e Nb para aplicação em reações de desidrogenação oxidativa de propano compreende as seguintes etapas:

a) Dissolver sais de metais alcalinos ou alcalinos terrosos de oxometalatos de W, V e Nb, em água a uma temperatura variando de 40 a 80°C, sendo as razões molares W:V e V:Nb de 2 a 8, de forma que seja obtida uma solução aquosa de polioxometalatos onde a proporção mássica dos oxometalatos em relação à água esteja entre 30 e 40% m/m;

b) Adicionar à solução aquosa obtida na etapa (a) um ácido inorgânico até pH entre 6,5 e 7,5, e aquecer a solução até temperaturas de 150 a 180°C, por um período de tempo variando de 3 a 4 horas;

c) Adicionar, sob agitação constante, à solução aquosa obtida em (b), uma solução saturada de um sal de metal alcalino ou alcalino terroso, em proporção de 60 a 80 %v/v de solução de polioxometalatos em relação a solução saturada, até que ocorra a precipitação de sais mistos de polioxometalatos de tungsténio, vanádio e nióbio;

d) Filtrar e secar os sais de polioxometalatos obtidos na etapa (c) numa temperatura variando de 25 a 50°C.

e) promover a calcinação dos materiais obtidos em (d) sob fluxo de ar a temperaturas de 350 a 550°C, por um período de tempo de 3 a 5 horas, de modo a obter óxidos mistos de W, V e Nb, com estrutura de bronzes de tungsténio.

[29] Preferencialmente, os sais de metais alcalinos ou alcalino terrosos empregados na etapa (a) do processo são aqueles escolhidos dentre: NaW0 4 , NaVO 3 e (NH 4 ) 3 [NbO(C 2 O 4 ) 3 ].2H 2 O.

[30] Para a correção do pH, descrita na etapa (b) do processo, e responsável pela formação do heteropoliânion de keggin, são utilizados ácidos inorgânicos, escolhidos dentre: HC1, HNO 3 e H 3 PO 4 .

[31] Utiliza-se de modo preferencial na etapa (c) sais dos metais: KC1 ou KN0 3 , já que não alteram o pH da solução e levam à precipitação dos polioxometalatos.

[32] Acredita-se que a estrutura de bronzes de tungsténio de tais óxidos mistos seja responsável pela maior seletividade na conversão de propano a propeno em reações de ODH devido ao isolamento de sítios ativos, o que leva a um aumento dos oxigénios disponíveis na superfície do catalisador, em número suficiente para ativar e oxidar a molécula de hidrocarboneto sem que esta seja super-oxidada, o que é ilustrado pelas Figuras 3 e 4 e a Tabela 3.

[33] A figura 3, por exemplo, apresenta os difratogramas de raios X para os sais de potássio do poliânion de Keggin substituído por V e Nb, de fórmula química idealizad7 K 7 PW 8 V 2 Nb 2 O 40 , correspondentes a quatro sínteses diferentes, identificadas pelas letras a, b, c ou d, com mudança na fonte de nióbio na síntese d. Apesar da maioria das amostras apresentarem os picos característicos da fase correspondente ao padrão de difração de raios-X ICSD 80443 (inorganic crystal structures database - o padrão corresponde à fase isomorfa K 6 [PM o3 W 9 O 40 ] .13H 2 O), as diferentes intensidades registradas indicam alterações na cristalinidade do catalisador, levando por sua vez a variações no seu desempenho catalítico na reação de ODH do propano, o que demonstra que a estrutura do catalisador influencia nos resultados alcançados.

[34] A figura 4, por sua vez, apresenta os difratogramas de raios X (DRX) para as mesmas amostras calcinadas K 7 PW 8 V 2 Nb 2 O 40 -C, onde o termo -C é relativo à calcinação, e identificadas pelo código da síntese correspondente (a, b, c, d) e para as mesmas amostras usadas no teste catalítico (a’, b’, c’, d’). Todas as amostras apresentaram os picos característicos da fase de bronze hexagonal de tungstênio de acordo com o padrão ICSD 61222. Não foi observada mudança significativa da fase dos catalisadores nos resultados de DRX entre as respectivas amostras calcinadas e as usadas no teste catalítico. Pela tabela 3 é possível observar que a estabilidade estrutural do catalisador durante a reação de ODH do propano nas condições investigadas, em especial quando se compara a amostra calcinada (identificada na Tabela 3 como (C)) e a usada no teste catalítico (identificada na Tabela 3 como (TC)).

[35] É ainda objeto da presente invenção um processo de desidrogenação oxidativa de propano, onde a seletividade é superior a 60% para conversões de até 50%, em especial devido ao efeito causado pela estrutura de bronze de tungsténio dos catalisadores empregados.

[36] O processo se aplica preferencialmente a cargas compreendendo uma mistura de propano e ar numa proporção volumétrica variando de 1 a 3%.

[37] Para a promoção da reação, a carga é alimentada em um reator de leito fixo, que opera sob as seguintes condições: GHSV de 10 3 a 10 4 h -1 , pressão atmosféricae temperaturas variando de 350 a 520°C.

[38] As figuras 6 e 7 apresentam os difratogramas de raios X para as amostras calcinadas K 4 PW 11 V 1 O 40 -C e usadas no teste catalítico (CTC). É possível observar o surgimento dos picos do bronze hexagonal de tungsténio (HTB) ao lado dos picos do sal de potássio do íon de Keggin, com predominância do sal do íon de Keggin. Os resultados para as amostras usadas, após o teste catalítico, mostram um aumento significativo da fase bronze (HTB) presente nessas amostras. Isso mostra que o catalisador não tem estável estrutural durante a reação de ODH, no entanto, apresentam resultados de conversão e seletividade estáveis durante o tempo de análise.

[39] A descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.

EXEMPLOS

Síntese dos catalisadores:

[40] A etapa (a) do polioxometalato à base de tungsténio e vanádio foi realizada a partir de 1,3943 g de metavanadato de sódio (NaVO 3 ) que foram dissolvidos em 8 mL de água e 6,3149 g de tungstato de sódio dihidratado (Na 2 WO 4 H 2 O) que foram dissolvidos em 10 mL de água, previamente aquecida a 60°C. Em seguida, ácido fosfórico (H3PO4 - 85%) foi adicionado vagarosamente até ser atingido o pH de 7,5. A solução foi transferida para o reator de teflon e mantida no equipamento de micro-ondas na temperatura de 175°C por 1 hora.

[41] A etapa (a) do polioxometalato a base de tungsténio, vanádio e nióbio seguiu o mesmo procedimento, porém, inicialmente, foram utilizados 0,697 lg de NaVO 3 que foram dissolvidos em 4 mL de água e 1,8335 g de oxalato amoniacal de nióbio (NH 4 ) 3 [NbO(C 2 O 4 ) .2H 2 O que foram dissolvidos em 4 mL de água, previamente aquecida a 60°C.

[42] A etapa (b) consiste na adição em excesso, após o esfriamento, de cloreto de potássio (KC1), isto é, 1 g de sólido e 9 g de uma solução saturada, de forma a iniciar a precipitação. O precipitado fica sob agitação constante por 30 minutos e depois é filtrado e seco em estufa a 80°C.

[43] A etapa (c) consiste na degradação térmica (calcinação) dos sais dos polioxometalatos a 500°C, com taxa de aquecimento de 5°C/min em atmosfera de ar sintético com vazão de 30 mL/min durante 3 horas.

[44] A tabela 1 apresenta os resultados das análises químicas efetuadas pela técnica de fluorescência de raios-x para os vários catalisadores da série 1, K 7 PW 8 V 2 Nb 2 O 40 · Os resultados mostram uma variação no teor molar experimental de nióbio inserido nas amostras, sendo que a amostra d apresenta a composição mais próxima do valor ideal. As amostras a, b e c foram preparadas usando o mesmo procedimento e reagentes, mas na amostra da fonte de nióbio foi substituída, passando a ser usado um sal amoniacal de nióbio ao invés do óxido de nióbio. Essa mudança provavelmente foi responsável pela maior inserção de Nb na estrutura.

Tabela 1 - Composição química dos catalisadores da sériel

[45] A tabela 2 apresenta os resultados c as análises químicas efetuadas por fluorescência de raios-x para as amostras da série 2, com razões W:V iguais a 11: 1. Os resultados experimentais mostram teores de vanádio inferiores a razão teórica. No entanto, esses resultados mostram que a reprodutibilidade da síntese pode ser alcançada. Tabela 2 - Composição química dos catalisadores da série 2

Teste dos catalisadores na reação de interesse:

[46] Para ilustrar a maior eficiência dos catalisadores testados na presente invenção, foram realizados testes na reação de ODH do propano usando um sistema de fluxo convencional. 500 mg de catalisador foram depositados num reator de leito fixo em forma de U, feito de pirex ou quartzo, operando sob pressão atmosférica e alimentado por uma mistura de 1% (v/v) de propano/ar sintético. A vazão da mistura foi fixada em 30 ml/min, por um controlador de vazão mássica da marca Brooks. O reagente (CsHs) e os produtos da reação (C 3 H 6 , CO 2 e CO) foram analisados on line num cromatógrafo da Agilent GC-7820A. Nesta análise, a amostra gasosa passa através de um metanador após separação dos componentes gasosos por uma coluna capilar Porapak Q e antes do detector FID. O balanço de carbono atingiu 100% de acordo com os erros experimentais do sistema.

[47] Os testes foram realizados com temperatura crescendo numa faixa entre 300 e 550°C. Cerca de 15 min após atingir a temperatura de reação, 3 injeções foram realizadas a intervalos de 15 min, totalizando 45 min de reação; o resultado apresentado corresponde à média dessas 3 injeções para cada temperatura. Os catalisadores em estudo apresentaram uma estabilidade relevante, numa faixa de conversão e seletividade satisfatória para um estudo mais aprofundado de interesse industrial.

[48] Nos exemplos reportados na presente invenção, a reação de ODH do propano produziu apenas propeno e óxidos de carbono. As seletividades a propeno foram quantificadas por cromatografia gasosa, sendo que, para a maioria das amostras, a seletividade ficou acima de 70%.

[49] A tabela 3 mostra os resultados dos testes catalíticos para a reação de ODH do propano em função da temperatura para as várias amostras descritas. Conforme pode ser observado, a conversão aumenta com o aumento da temperatura para todas as amostras alcançando uma conversão máxima em 490 °C de 28% e 49%, respectivamente para as amostras K 7 PW 8 V 2 Nb 2 O 40 ( c') e K 4 PW 11 V 1 O 40 (d). Apesar das amostras anteriores terem altas conversões, os melhores valores para as seletividades a propeno, em tomo de 80%, foram obtidos para as amostras com conversões mais baixas, em tomo de 11% K 4 PW 11 V 1 O 40 (c) e 22% ( K 4 PW 11 V 1 O 40 (a e b)), mas que permaneceram estáveis ao longo dos 300 minutos de análise, conforme apresentados nas figuras 8 e 9. Para as condições de análise, os rendimentos em tomo 20% são satisfatórios mostrando o grande potencial desses catalisadores para o uso em escala industrial. A área superficial BET para as amostras baseadas em nióbio não apresentaram valores significativos e para as amostras com razões W:V iguais a 11:1 apenas uma medida foi realizada, uma vez que as composições químicas são semelhantes. A amostra calcinada apresentou uma área específica igual a 5,9 m 2 /g; na mesma amostra após o teste catalítico houve uma redução de área específica para 2,2 m 2 /g. Tabela 3 - Resultados dos testes catalíticos

[50] A Tabela 4 compara resultados de conversão e seletividade típicos da família de catalisadores descrita nesta nota de invenção com dados da literatura correspondentes aos sistemas catalíticos que apresentaram os melhores desempenhos. Tabela 4 - Comparação com resultados catalíticos da literatura.

( )

[51] O processo de acordo com a presente invenção é responsável por alcançar seletividade a propeno entre 70 e 85%.

[52] A descrição que se fez até aqui do objeto da presente invenção deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi escrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.