OXIDATIVE DEHYDROGENATION OF N-BUTANE OVER CHROMIUM AND VANADIUM SUPPORTED CATALYSTS WITH CO2 AS A MILD OXIDANT: SYNTHESIS, CHARACTERIZATION AND KINETIC STUDIES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Oxidative dehydrogenation of n-butane over chromium and vanadium supported catalysts with CO2 as a mild oxidant: synthesis, characterization and kinetic studies)
merged.pdf - Submitted Version Download (2MB) | Preview |
Arabic Abstract
هذا البحث يختص بدراسة عماية نزع الهيدروجين من البيوتان على العامل الحفاز MCM-41 محمل بأحادي (Cr أو V) أو ثنائي المعدن (Cr-V). تم إستخدام طريقة التلقيح الرطب حيث تم الحفاظ على كمية المعدن ليكون حوالي 4% بالوزن. الخواص الفريدة للعامل الحفاز المدعم بثنائي المعدن تم تقييمها بإستخدام XRD ,تقنية إمتزاز النيتروجين, pyridine FTIR , Raman الطيفي, SEM-EDX و تجارب الحرارة المبرمجة (H2-TPR, NH3-TPD, CO2-TPD). تقييم العامل الحفاز وضح أن Cr بنسبة 1.2% و V بنسبة 2.8% على MCM-41 المعرف ب (1.2Cr2.8V/M-41) أظهر أعلى نسبة تحويل للبيوتان بنسبة 20.1% و إنتاجية بيوتين بنسبة 88.5% عند درجة حرارة 600 درجة مئوية. في وجود ثاني أوكسيد الكربون تحسنت الإستقرارية ل 1.2Cr2.8V/M-41 . و يمكن إرجاع هذا الأداء العالي للحفاز ثنائي المعدن إلى الأثر التعاضدي للتوزيع المتجانس لخليط أوكسيدات Cr-V-O على MCM-41, الإختزالية العالية و حامضية السطح. تم إختبار نزع الهيدروجين التأكسدي للبيوتان بإستخدام ثاني أوكسيد الكربون كمؤكسد معتدل للحفاز المدعم بثنائي المعدن (Cr, V) (MCM-41,ZSM-5, MCM-22, mesoZSM-5). المحتوى المعدني من Cr و V تم تم الحفاظ عليه عند 1.2% و 2.8% على التوالي لعملية إختبار العامل الحفاز في المفاعل عند درجات حرارة مختلفة بين 525 و 600 درجة مئوية لمدة 180 دقيقة. 1.2Cr2.8V/M-41 و 1.2Cr2.8V/ZSM-5 أظهرا اعلى نسبة تحويل بقيمة 14% و 13.1% على التوالي عند 10 دقائق و 600 درجة مئوية. بشكل واضح تم ملاحظة إنتاجية عالية للبيوتين على MCM-41 بنسبة 86.27% بالمقارنة مع 58.1% ل ZSM-5. المسامية الدقيقة ل ZSM-5 كان لها تأثير سلبي على درجة التحويل بقيمة 7.1% و لكنها حسنت بدرجة قليلة الإنتقائية للبيوتين. أظهر 1.2Cr2.8V/M-41 أعلى قدرة على التكسير مؤديا لتقليل عام في إنتقائية البيوتين (57.9%). أظهرت هذه الدراسة أنه على جميع العوامل الحفاز المستخدمة أن نسبة التحويل للبيوتان لا تعتمد على درجة تحويل ثاني أوكسيد الكربون. أظهر 1.2Cr2.8V/M-41 أعلى نسبة تحويل لثاني أوكسيد الكربون في المدى 2.35% إلى 2.2% بين 525 و 550 درجة مئوية. تم دراسة حركية عملية نزع الهيدروجين من البيوتان على العامل الحفاز 1.2Cr2.8V/M-41. تم تطوير منظومة معادلات بناء على تجارب تقييم العامل الحفاز التي أجريت في المفاعل عند درجات حرارة بين 525 و 575 درجة مئوية. بناء على نتائج التجارب, تم تكوين معادلات من نوع المعادلات الأسية و تم حساب قيم الثوابت في هذه المعادلات بمقارنة النتائج المعملية مع المعادلات الأسية المقترحة بإستخدام برنامج MATLAB.
English Abstract
The study investigates the simple dehydrogenation of n-butane over mono (Cr or V) and bimetal (Cr-V) loaded MCM-41 catalysts. Wet impregnation technique was used, where the metal content maintained around 4wt.%. The unique properties of bimetal supported catalysts were evaluated by means of XRD, N2 adsorption, pyridine FT-IR, Raman spectroscopy, SEM-EDX, temperature programmed analysis (H2-TPR, NH3-TPD, CO2-TPD). The catalytic evaluation shows that Cr content of 1.2wt% and V content of 2.8wt% over MCM-41 designated as 1.2Cr2.8V/M-41 exhibited the highest butane conversion of 20.1% and butenes selectivity of 88.5% at 600 °C. In the presence of CO2, the stability of 1.2Cr2.8V/M-41catalyst was quite improved. The improved performance of bimetal catalysts can be correlated to synergetic effect of uniformly dispersed Cr-V-O mixed oxides over MCM-41, high reducibility and surface acidity. Oxidative dehydrogenation of n-butane was tested using CO2 as a mild oxidant over bimetallic Cr-V supported catalysts (MCM-41, ZSM-5, MCM-22 and mesoZSM-5). The metal content of Cr and V was maintained around 1.2wt.% and 2.8wt.% for the catalytic test in packed bed reactor at different temperatures (525-600°C) for 180 min. 1.2Cr2.8V/MCM-41 and 1.2Cr2.8V/ZSM-5 exhibited maximum conversion of 14 % and 13.1%, respectively at 10 min and 600 °C. Significantly, high butenes selectivity was observed over MCM-41 (86.27%) than ZSM-5 support (58.1%). The mesoporousity in ZSM-5 had a negative impact on conversion level (7.1%) but improved the butenes selectivity slightly. 1.2Cr2.8V/M-22 showed the highest cracking ability leading to overall reduced butenes selectivity (57.9%). The study shows that over all catalysts, n-butane conversion is independent of CO2 conversion. 1.2Cr2.8V/M-22 showed highest CO2 conversion in the range 2.35-2.2% between 525-550oC. The kinetics of n-butane dehydrogenation over 1.2Cr2.8V/M-41 catalyst was studied. The models were developed based on the catalyst tests carried out in a fixed bed reactor at reaction temperature varied from 525-575°C. Based on the experimental observations, power law type models were formulated and parameters were estimated by fitting the experimental data implemented in MATLAB.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Chemical Engineering |
| Department: | College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering |
| Committee Advisor: | Abussaud, Basim |
| Committee Co-Advisor: | Al-Khattaf, Sulaiman |
| Committee Members: | Hossain, Mozahar and Al-Yassir, Nabil and Al-Shammari, Abdullah |
| Depositing User: | AJAYI BADA PATRICK (g201103750) |
| Date Deposited: | 04 Jul 2013 05:25 |
| Last Modified: | 01 Nov 2019 15:38 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138902 |