Solid acid catalyst for selective synthesis of 2-phenyldodecane. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis_final.pdf Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

تمت دراسة عملية ألكنة البنزين لإنتاج ألكيل البنزين الخطي (LAB) باستعمال عوامل حفازة حمضية مختلفة التشكيل البنائي (MOR, BEA, FAU) ومختلف نسبة السيليكا الى الألومينا (SiO2/Al2O3 ). تم اجراء التفاعل في مفاعل من النوع (fixed-bed flow reactor) تحت ضغط عالي(20 bar) ,درجة حرارة (140◦C) ونسبة المتفاعلات المدخلة الى المفاعل (benzene/1-dodecene) تساوي 6.0, و مدة التفاعل 6 ساعات. على النقيض من الحفازات ( MOR و BEA) فإن الحفاز(FAU) أظهر انتقائية قليلة تجاه المنتج (2-phenyl dodecane) وذلك بسبب مساماته الكبيرة. تمت تغير نسبة السيليكا للألومنيوم للحصول على تشكيل مسامي هرمي عن طريق معالجة الحفازات باستخدام هيدروكسيدات قلوي ة(NaOH) بتراكيز مختلفة (0.2 و 0.05) مولار . تقليل نسبة السيليكا للألمونيوم هذه أدت الى تحسين نسبة تحويل المتفاعلات (conversion) والانتقائية اتجاه المنتج المرغوب(2-LAB). يمكن تعليل هذه التحسينات بأن عملية إزالة جزء من السيليكا المكونة للحفاز تؤدي إلى تسهيل حركة المتفاعلات داخل الحفاز وذلك بسبب المسامات الواسعة التي نتجت من إزالة السيليكا إضافة إلى أن هناللك تقليل مصاحب لنسبة الحمضية العالية (higher Lewis acidity) . نتيجة لذلك فإن الانتقائية زادت إلى نسبة (70%) . أجريت دراسة كيناتيكية التفاعلات لعملية ألكنة البنزين لإنتاج ألكيل البنزين الخطي (LAB), تم إجراء التفاعلات بنفس كيفية التجارب السابقة باستثناء أن التفاعل تم إجراؤه عند درجات حرارة مختلفة (80 to 140 °C). من خلال تحليل النتائج المتحصل عليها تم استنتاج أن المنتج الأساسي هو (2-phenyldodecane). عند درجات الحرارة المنخفضة فإن نسبة تحويل المتفاعلات تكون عالية ولكن عند درجات الحراة العالية يكون المنتج الأساسي هو ألكيل البنزين الخطي (LAB). تمت صياغة نموذج التفاعلي الكيناتيكي باعتبار التوالي في حصول تفاعل الأيزوميريزيشن للدوديكان و تفاعل الألكلة للبنزين. تم تحديد قيم المعاملات الكيناتيكية بعمل مناسبة للنتائج التجريبية باستخدام برنامج MATLAB. تم التأكد من صحة المعاملات التي تم تحديدها عن طريق مؤشرات المناسبة الإحصائية و التناسب الديناميكي الحراري. تم إيجاد طاقة التنشيط لتحويل 1-دوديكان إلى2-دوديكان و التي كانت 34 كيلوجول/مول و هي أقل من تحويل 2-دوديكان إلى 3-دوديكان بطاقة تنشيط 51 كيلوجول /مول . أما طاقة التنشيط لتفاعل الألكلة السطحي للبنزين إلى 2- فينيلدوديكان و 3-فينيلدوديكان فكانت 49كيلوجول /مول للأول و 66كيلوجول /مول للثاني .

English Abstract

The alkylation of benzene with 1-dodecene to linear alkylbenzenes (LAB) was investigated over 12 membered ring zeolites MOR, BEA, and FAU with varying framework topologies and SiO2/Al2O3 ratios. The reaction was carried out under a high-pressure, 20 bar, in a fixed-bed flow reactor at 140◦C, using WHSV 4 h−1, benzene/1-dodecene molar ratio of 6.0 and time-on-stream of 6.0 h. In contrast to MOR and BEA zeolites, FAU exhibited the lowest selectivity (24%) to the desired 2-phenyl dodecane (2-LAB) due to its large cavities. The MOR and BEA with different SiO2/Al2O3 ratios were further desilicated using alkali-metal treatments (0.2 M and 0.05 M NaOH) to create hierarchical porous structure. The desilication of both zeolites improved the conversion of 1-dodecene and the selectivity to 2-LAB. The excellent stability resulting from desilication is attributed to a better diffusivity of the LAB isomers, shortening of real contact time, due to the enhanced mesporous structure in both zeolites and the higher Lewis acidity. The selectivity to 2-LAB increased to70% over desilicated MOR (SiO2/Al2O3 ratio = 20) compared with a selectivity of 35% over desilicated BEA (SiO2/Al2O3 ratio = 24). Based on the excellent catalytic performance, a detailed kinetic model was developed for alkylation of benzene with dodecene over mordenite (SiO2/Al2O3 ratio = 20). The kinetic experiments were conducted in a fixed bed reactor with 6:1 molar ratio of benzene to dodecene at four different temperature levels between 80 to 140 °C. The product analysis showed that the main alkylation product is 2-phenyldodecane. At lower temperature, the concentration of dodecene isomers was significant. However, at higher temperatures the reaction products mainly comprised of linear alkylbenzene isomers. The kinetic models were formulated considering simultaneous dodecene isomerization and benzene alkylation. The kinetic parameters are estimated by fitting of the experimental data in the MATLAB. The adequacy of the estimated model parameters were verified by thermodynamic consistency and statistical fitting indicators. The activation energy for protonation of 1-dodecene to 2-dodecene was found to be significantly lower (34 kJ/mol) than that of the 2-dodecene to 3-dodecene reaction (51 kJ/mol). The activation energies of surface alkylation of benzene to 2-phenyldodecane and 3-phenyldodecane were 49 kJ/mol and 66 kJ/mol, respectively.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Abussaud, Basim
Committee Members:	Al Yassir, Nabil Othman and Hossain, Mohammad Mozahar and Al Shammari, Abdullah
Depositing User:	WAQAS ASLAM (g201107070)
Date Deposited:	26 Feb 2014 10:25
Last Modified:	31 Dec 2020 06:25
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139116