ETHYLBENZENE DISPROPORTIONATION AND ETHYLATION OVER ZEOLITE BASED CATALYSTS: EFFECTS OF ZEOLITE STRUCTURE AND ACIDITY. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_THESIS_Mogahid_Osman_CHE_2013.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

يختص هذا البحث بدراسة تفاعلات الإيثيل بنزين عن طريق ال (disproportionation) وال (ethylation) بإستخدام الزيولايت المحفز متوسط وكبير المسام وذلك بإستخدام المفاعل المتطاير. تم التركيز على دراسة آثار مسام الزيولايت و الحموضية على النشاط والانتقائية وحركية تفاعلات ال (disproportionation) وال (ethylation). لهذا الشأن تم إستخدام المحفز (ZSM-5) ذو نسب مختلفة من السيليكات والألومينات (Si/Al) والمحفز (mordenite) حيث يمثلان محفزين بمسامية متوسطة واخر بمسامية كبيرة. تفاعل الكلة الإيثيل بنزين مع الإيثانول تمت بإستخدام موال واحد من الإيثيل بنزين مقابل كل مول من الإيثانول وفي ظروف مختلفة من درجات الحرارة والزمن. تحليل المنتجات أظهرت أن الدي إيثيل بنزين هو المنتج الرئيسي . ولكن إستخدام المحفز ذو المسامية الكبيرة أنتج أيضاً التراي إيثيل بنزين كمنتج جانبي. العينة التي تحوي نسبة سيليكات إلى الألومينات = 80 أظهرت أعلى نسبة تحويل للإيثيل بنزين كما أنها ذات إنتقائية عالية للداي إيثيل بنزين. تم تطوير نموذج مفصل لدراسة حركية التفاعل من خلال التجارب المنتقاة من المفاعل قيد الدراسة. تم إعتبار ميكانيكة التفاعل بإستخدام نموذج (Langmuir-Hinshelwood) مع فرضية حاكمية التفاعل السطحي لكل المحفزات المستخدمة في هذا الدراسة. من التحاليل والنموذج المطور أقترح نموذج (Langmuir-Hinshelwood) ليكون هو الأكثر ملائمة مع نتائج التجارب حيث تبين ضعف إمتصاص الإثيل بنزين و قوة إمتصاص الإيثانول والداي إثيل بنزين على سطح المحفزات. تحليل حركية التفاعل أظهرت أيضاً أن أظهرت أن قيمة طاقة التفاعل بإستخدام المحفز (mordenite) هي أقل مقارنة مع المحفز (ZSM-5). في المقابل قيمة إنثالبي الإمتصاص للداي إثيل بنزين على المحفز (mordenite) أكبر بكثير مقارنة مع القيمة المقدرة على المحفز ZSM-5)). إنثالبي الإمتصاص للإيثانول وجد يساوي (32.4 and 52.4 kJ/mole) على المحفزات (mordenite) و (ZSM-5) بالترتيب. في تفاعل ألكلة الإيثيل بنزين مع الإيثانول وجد أن المحفز الذي يحوي نسبة سيليكات إلى الألومينات = 80 يتطلب أقل طاقة تفاعل والتي إنعكست في الإنتقائية العالية للدي إيثيل بنزين بإستخدام هذا المحفز. وبالتالي المحفز الذي يحوي نسبة سيليكات إلى الألومينات = 80 يبدو أنه الأكثر كفائة لنشاطه وإنتقائيته الأعلى للداي إيثيل بنزين.

English Abstract

The disproportionation and ethylation of ethylbenzene has been studied over medium and large pore zeolite based catalysts in a fluidized-bed reactor. Focused is made on the effects of zeolites pore structure and acidity on activity, selectivity and reaction kinetics of EB disproportionation and ethylation. In this regard ZSM-5 with various Si/Al ratio and mordenite are selected as a medium and as large pore zeolites, respectively. The EB ethylation experiments are conducted using 1:1 EB to ethanol molar ratio and at various temperature levels and different contact times. The product analysis shows that diethylbenzene (DEB) is the main product. However, the large pore size mordenite catalyst also produces a small amount of triethylbenzene. Among the five HZSM-5 catalysts, the sample with SiO2/Al2O3= 80 gives highest EB conversion and is more selective to DEB although the p-DEB/m-DEB for the catalysts are comparable with other samples. Phenomenological based kinetics models are developed based on the experimental conversion and selectivity data for EB ethylation. The Langmuir-Hinshelwood mechanism with surface reaction control is considered for both the medium and large pore zeolites. The analysis of the developed model suggests that a Langmuir-Hinshelwood mechanism with weakly adsorbed EB and strongly adsorbed ethanol and product DEB fits the experimental data adequately. The kinetic analysis also shows that the modenite requires significantly low activation energy (45.2 kJ/mol) as compared to the ZSM-5 zeolite (112 kJ/mol). On the contrary, the estimated enthalpy of adsorption of product DEB on mordenite (85.3 kJ/mol) is significantly higher than the value on the ZSM-5 sample (67.7 kJ/mol). The enthalpy of adsorption of ethanol is found to be 32.4 and 52.4 kJ/mole on mordenite and ZSM-5 samples, respectively. In EB ethylation, the HZSM-5 catalyst with SiO2/Al2O3= 80 requires lowest amount of activation energy compare to other ZSM-5 samples; which is reflected in higher DEB selectivity of this catalyst.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Hossain, Mohammad
Committee Members:	Al-Baghli, Nadhir and Al-Shammari, Abdallah and Al-Yassir, Nabil
Depositing User:	OSMAN MOGA SAIFELDIN (g201104570)
Date Deposited:	28 Jan 2014 06:35
Last Modified:	31 Dec 2020 06:12
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139092