Hydrocracking and dehydrogenation reaction of propane have been investigated over catalysts in a packed bed reactor. Hydrocracking of propane was carried out over silica-alumina catalyst with steam in place of hydrogen, and dehydrogenation of propane was done over chromia-alumina catalyst with no added hydrogen. A brief studies of the mechanism of propane hydrocracking were carried out and coke formation was discussed. Also, the effects of space velocity and temperature on conversion, selectivities and catalyst activity were experimently investigated.
In hydrocracking, higher conversion revealed the decrease of propylene yield. At lower conversion the ratio of propylene to ethylene in the product gases was nearly 1.0, and it can be seen that ethylene and propylene were the primary cracking products. But the ratio of ethylene to ethane was about 14.8.
Thus, we can see the hydrogenation activity of silica-alumina is low. At relatively higher temperatures, the conversion was more than 90%, but the selectivity to propylene sharply decreased, while selectivity to ethylene increased nearly to 0.45 at 99% conversion.
In the dehydrogenation of propane over chromia-alumina catalyst, propylene and hydrogen were the main products. At several temperatures, W/F of about 30-35gr. cat/gr propane/hr. was the optimum space velocity to maximize yield of propylene. Maximum yield of propylene was about 0.30 at 600℃ and 35 W/F.
From analog computer simulation, reaction rate constants of each reactions were obtained.
The Calculated values of the activation energy from Arrhenius plot were as follows:
$E_a = 47,090 cal/mol$
$E_a^{\prime} = 12,790 cal/mol$
$E_b = 62,860 cal/mol$
$E_c = 47,760 cal/mol$
1프로판의 수소첨가 분해와 탈수소분해 반응은 촉매로 충진된 반응기에서 연구하였다. 프로판의 수소첨가 분해는 silica-alumina 촉매를 사용하였고, 수소대신에 증기를 첨가하였으며, 프로판의 탈수소 반응은 chromia-alumina 촉매를 사용하였으며, 어떠한 수소나 증기도 첨가되지 않았다.
프로판의 수소첨가 분해에 대한 메카니즘이 간단히 연구되었으며, 촉매의 활성을 저하하는 고체탄소 입자의 형성이 논의되었다. 그리고 전환율과 선택도와 촉매활성도에 대한 공간속도와 온도의 효과가 실험적으로 조사되었다.
수소첨가 분해반응에서, 높은 전환율은 프로필렌의 수율을 감소 시키는 것으로 나타났다. 낮은 전환율에서는 프로필렌/에틸렌의 비율이 거의 1.0에 가까왔으며, 에틸렌과 프로필렌은 1차적인 분해제품이었는데, 에틸렌/에탄의 비윤은 약14.8 이었다.
따라서 silica-alumina 촉매에 대한 수소첨가 반응의 활성도는 낮은 것으로 알수 있다.
상대적으로 높은 온도에서는, 전환율이 90%이상 이었지만, 프로필렌에 대한 선택도는 급격히 감소되었다.
Chromia-alumina 촉매에 대한 프로판의 탈수분해 반응에서는, 프로필렌과 수소가 주요한 제품이었다. 540∼640℃의 온도 범위에서, 약30∼35의 W/F ( g촉매/g프로판/시간 ) 가 프로필렌의 수율을 최대화하기 위한 최적 공간속도 였다. 프로필렌의 최대수율은 600℃, W/F = 35에서 약0.30 이었다.
아날로그 콤퓨터계산에서, 각 반응에 대한 반응속도 상수와 활성화 에너지가 얻어졌다.
Arrhenius 식으로부터 얻어진 활성화에너지는 다음과같이 나타났다.
$E_a = 47,090cal/mol$
$E_a^{\prime} = 12,790 cal/mol$
$E_b = 62,860 cal/mol$
$E_c = 47,760 cal/mol$
