Morphological Changes of Vanadyl Pyrophosphate due to Thermal Excursions

L'hydrogénophosphate de vanadyle hémihydraté (VOHPO4 · 0.5H2O) est le précurseur du pyrophosphate de vanadyle ((VO)2P2O7) (VPP), qui catalyse activement plusieurs chimies oxydantes comme le n-butane en anhydride maléique (MA). Les réacteurs à lit fluidisé et à lit fixe sont utilisés commercialement.DuPont a partiellement pratiqué cette chimie dans un réacteur à lit fluidisé circulant (CFB) à 400 °C et 4 bar. Le procédé CFB était basé sur le concept de Mars van-Krevelen dans lequel le réseau solide contribue à la majeure partie de l'oxygène de la réaction. Cependant, pour atteindre des vitesses de réaction élevées, il fallait co-alimenter en oxygène trois ensembles de spargers chacun avec 926 buses. L'activité catalytique du VPP a chuté en moins d'un mois dans l'usine pilote tandis que dans des conditions contrôlées dans des installations de laboratoire, l'activité est restée constante jusqu'à 6 mois, avec peu de signes de désactivation. Alors que les propriétés morphologiques du catalyseur en laboratoire étaient essentiellement constantes dans l'usine pilote, la surface a chuté et une fraction des particules a changé de couleur du vert/gris au noir. Comme l'usine commerciale, DuPont a co-alimenté en oxygène pur par des buses dans l'usine pilote. Au fur et à mesure que l'oxygène de la buse se mélange au gaz de recyclage qui contenait jusqu'à 20% de n-butane, la composition du gaz passe à travers l'enveloppe d'explosion. Lorsque la fraction massique de solides était faible à proximité des barboteurs, l'oxygène brûlait le n-butane et augmentait la température locale au-dessus de 700 °C, ce qui était suffisamment élevé pour noircir le catalyseur. De plus, la composition du gaz au niveau du tuyau d'échappement en aval du cyclone a également atteint les conditions de flamme froide et la température était donc suffisamment élevée pour noircir le catalyseur, principalement des fines. Dans cette recherche, nous avons noirci le catalyseur dans des conditions contrôlées pour se rapprocher des conditions de l'usine pilote et du réacteur commercial pour étudier les changements morphologiques du VPP.