KFUPM ePrints

METATHESIS OF BUTENE TO PRODUCE PROPYLENE OVER MESOPOROUS TUNGSTEN OXIDE CATALYST: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND KINETIC MODELING

Bhuiyan, Tazul Islam METATHESIS OF BUTENE TO PRODUCE PROPYLENE OVER MESOPOROUS TUNGSTEN OXIDE CATALYST: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND KINETIC MODELING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
4Mb

Abstract

Metathesis of 2-Butene to produce propylene over tungsten oxide contained on mesoporous catalyst was studied. Mesoporous silica (MCM-41 and SBA-15) having tungsten oxide in the framework was synthesized by hydrothermal crystallization process using CTAB and P123 as structure directing agents, respectively. Tungsten oxide was supported on the MCM-41 and SBA-15 by wet impregnation method for a comparative study. The synthesized materials were characterized by XRD, N2 adsorption isotherm, NH3-TPD, Pyridine-FT-IR, UV-vis DRS, Raman spectroscopy, H2-TPR and SEM techniques. The catalysts were used to perform metathesis reaction of 2-butene in a fixed-bed reactor at different temperatures, different residence time and under atmospheric pressure. This research work also reports the reaction mechanism and reaction kinetics of 2-butene metathesis over tungsten oxide containing mesoporous silica (SBA-15) catalyst. Physicochemical characterization of the catalyst indicates that the dispersion and nature of tungsten oxide species on the catalyst are mainly responsible for the metathesis activity. The estimated apparent activation energy of 2-butene isomerization reaction found to be the lowest (39.4 kJ/mol) among the competing reactions. The activation energy of cross metathesis of 2-butene and 1- butene, self-metathesis of 1-butene and 2-butene cracking are 71.3, 176.9 and 73.1 kJ/mol, respectively. These results are consistent to the product selectivity and the proposed reaction scheme, which suggests that the isomerization of 2-butene gives 1-butene and it further reacts (cross metathesis) with 2-butene to produce propylene.

Arabic Abstract

تمت دراسة تفاعل الإحلال و الإبدال للمركب 2-بيوتين لإنتاج البروبلين على أوكسيد التنجستون المدعم على حفّاز مسامي. تم تركيب و إنتاج السيلكا المسامية ( MCM-41 ,SBA-15) التي تحتوي على أوكسيد التنجستون في إطارها التكويني عن طريق عملية البلورة الحرارية باستخدام CTAB و P123 كعوامل موجه للتركيب. تم تركيب و إنتاج أوكسيد التنجستون المدعم على حفازات السيلكا المسامية (MCM-41,SBA-15) باتباع طريقة التلقيح المبلل و ذلك من أجل المقارنة . تم فحص خصائص الحفازات المنتجة من خلال اختبارات عدة :انكسار الأشعة السينية XRD ، و امتصاص و طرح النيتروجين N2 adsorption-desorption ، و الطرح لدى درجة الحرارة المبرمجة للأمونيا NH3-TPD و تقنيات ريمان للتحليل الطيفي. تم استخدام مفاعل أنبوبي ثابت الحشوة لإجراء كافة التجارب عند درجات حرارة مختلفة ، و أوقات مكوث متعددة و تحت تأثير الضغط الجوي. يضيف هذا البحث تقنية و ميكانيكية تفاعل الإحلال و الإبدال لـ 2-بيوتين على حفاز السيليكا المسامية ( SBA-15) المحتوي على أوكسيد التنجستون. تشير الخصائص الكيميفيزيائية للحفاز إلى أن طبيعة التوزيع و طبيعة دقائق أوكسيد التنجستون على الحفاز المسؤول الرئيس عن نشاط تفاعل الإحلال و الإبدال. يشير تحليل المنتجات إلى أن درجات الحرارة المنخفضة تفضل أرمتة البيوتين بينما درجات الحرارة المرتفعة كانت متطلبًا لتفاعل الإحلال و الإبدال . تم إيجاد طاقة التنشيط الظاهرية لتفاعل أرمتة 2-بيوتين و التي كانت الأقل بين التفاعلات المتنافسة بمقدار 39.4 كيلوجول / مول. طاقة التنشيط لتفاعل الإحلال و الإبدال المهجن من 2-بيوتين و 1-بيوتين ، إحلالًا و إبدالًا ذاتيًّا من 1-بيوتين و تكسير 2-بيوتين هي 71.3 و 176.9 و 73.1 كيلو جول / مول بالترتيب النتائج كانت متوافقة مع اختيارية المنتج و مخطط التفاعل المقترح و الذي يقترح أن أرمتة 2-بيوتين تعطي بيوتين و تتفاعل أيضا ( إحلال و إبدال مهجن ) مع 2-بيوتين لإنتاج البروبلين.

English Abstract

Metathesis of 2-Butene to produce propylene over tungsten oxide contained on mesoporous catalyst was studied. Mesoporous silica (MCM-41 and SBA-15) having tungsten oxide in the framework was synthesized by hydrothermal crystallization process using CTAB and P123 as structure directing agents, respectively. Tungsten oxide was supported on the MCM-41 and SBA-15 by wet impregnation method for a comparative study. The synthesized materials were characterized by XRD, N2 adsorption isotherm, NH3-TPD, Pyridine-FT-IR, UV-vis DRS, Raman spectroscopy, H2-TPR and SEM techniques. The catalysts were used to perform metathesis reaction of 2-butene in a fixed-bed reactor at different temperatures, different residence time and under atmospheric pressure. This research work also reports the reaction mechanism and reaction kinetics of 2-butene metathesis over tungsten oxide containing mesoporous silica (SBA-15) catalyst. Physicochemical characterization of the catalyst indicates that the dispersion and nature of tungsten oxide species on the catalyst are mainly responsible for the metathesis activity. The estimated apparent activation energy of 2-butene isomerization reaction found to be the lowest (39.4 kJ/mol) among the competing reactions. The activation energy of cross metathesis of 2-butene and 1- butene, self-metathesis of 1-butene and 2-butene cracking are 71.3, 176.9 and 73.1 kJ/mol, respectively. These results are consistent to the product selectivity and the proposed reaction scheme, which suggests that the isomerization of 2-butene gives 1-butene and it further reacts (cross metathesis) with 2-butene to produce propylene.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Bhuiyan, Tazul Islam
Email:tazul.bhuiyan@gmail.com
Committee Advisor:Khattaf, Sulaiman
Committee Members:Hossain, M. Mozahar and Shammari, Abdallah
ID Code:138946
Deposited By:BHUIYAN TAZUL ISLAM (g201102070)
Deposited On:26 Jun 2013 15:08
Last Modified:24 Nov 2014 10:46

Repository Staff Only: item control page