DEVELOPMENT OF NANOSIZED ZEOLITES FOR CONVERTING METHANOL TO OLEFINS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Anas-MS_Thesis-20.04.2014.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

المواد الحفازة المستعملة في تفاعل تحويل الميثانول الى الوفينات تعاني من مشكلات سرعة الانخماد والافتقار الى الانتقائية المطلوبة للمنتج المراد انتاجه. احدى الوسائل المقترحة لحل هذه المشاكل عن طريق تصنيع حفاز ذو انتقائية عالية وحجم بلورات متناهية الصغر. تم تطوير مادة حفازة من نوع الزيولايت بخاصية المسام ذات بعد واحد مع التركيز على تصغير حجم البلورة الى المستوى النانوي وبذللك يتم ضمان التخلص من مشكلة محدودية الانتشار اثناء التفاعل الكيميائي. تم اختبار المادة الحفازة المجهزة في تفاعل تحويل الميثانول الى الوفينات. تم تصنيع المادة الحفزية (ZSM-22) نانوية الحجم عن طريق استعمال الفرن العادي والفرن المحسن باستعمال تقنية الاشعة ذات الموجات القصيرة. تم دراسة تاثير العوامل الموثرة على تصنيع البلورة مثل حرارة وزمن التبلور,كمية الماء المتحوى في البلورة. تم اجراء دراسة تفصيلية على تاثير عوامل الفعالية السطحية (surfactant) والمذيب المصاحب (co-solvent) على حجم ,شكل, تبلور البلورة الناتجة. تم تطبيق العديد من الاجهزة الوصفية لتحديد خواص بلورة المادة الحفازة (ZSM-22). على سبيل المثال تقنية الاشعة السينية (XRD), المجهر الالكتروني المسحي (SEM) ,المجهر الالكتروني النفاذي (TEM) ,جهاز قياس السطح (BET) وجهازي قياس المواقع الحمضية الكمي (TPD) والنوعي (FT-IR). من خلال اجراء التجارب على المفاعل تم التوصل الى ان معدل التغذية (1.03) هو الانسب. تم اجراء التجارب على درجات حرارة مختلفة في المدى (350-450) درجة مئوية. وجد ان المادة الحفازة نانوية الحجم لها مقدرة اعلى على مقاومة الانخماد اثناء التفاعل مصحوب بي انتقائية عالية تجاه المنتج المطلوب البروبيلين (propylene). كانت الانتقائية نحو الوفينات (87%) ونحو البروبيلين (53 %), في حين ان الانتقائية نحو المواد الاثقل الغير مرغوبة قليلة جدا (6%). من خلال انموذج ثيلي (Thiele Modulus) تم التوصل الى ان البلورة ذات الحجم الصغير (100 nm) خالية من عوائق الانتشار اثناء التفاعل في حين ان البلورة متوسطة الحجم (300 nm) اظهرت مقاومة اقل والبلورة كبيرة الحجم (0 nm010) تعاني بشكل كبير من مشكلة انتشار المواد المتفاعلة والناتجة في المادة الحفازة وبالتالي معدل اخماد عالي كما هو متوقع.

English Abstract

Commercial zeolites used for methanol to olefins (MTO) reaction suffer from serious problems of fast deactivation and poor selectivity. One of the effective methods to overcome these problems is by fabrication of nanoscale high selective catalysts. To reduce the diffusion limitation in the MTO reaction, nanoscale crystal sizes of one-dimensional pore ZSM-22 zeolite has been developed. The prepared catalysts were characterized and tested in a model reaction with mass-transfer limitation, namely the methanol to olefins (MTO) conversion reaction. Nanocrystalline zeolite ZSM-22 with TON frameworks have been synthesized using conventional autoclave and microwave assisted hydrothermal methods. The effect of different synthesis parameters, such as crystallization temperature, time, and water content on the crystal size, surface area has been studied. The effect of adding surfactant and co-solvent on the ZSM-22 crystal size, morphology and crystallinity had been studied in details. The synthesized zeolites used in this work were characterized using a variety of methods, including powder X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), N2 adsorption–desorption measurements (BET measurement), temperature programmed desorption (TPD) and infra-red Spectroscopy (FT-IR). The prepared ZSM-22 zeolite was tested for the methanol to olefins reaction (MTO), Weight hourly space velocity (WHSV) of 1.03 g. g-1.h-1 was found to be suitable in the MTO reaction, temperature range of 350 - 450 oC was used; most of the experiments were done at 450 oC. MTO reaction over ZSM-22 nanocrystals exhibited a high selectivity for propylene and light olefins. At 100% methanol conversion, the selectivity to C2= - C4= olefins was 87% with 53% selectivity of propylene. Very low amounts of heavier compounds, paraffin’s 4% and heavier olefins 6%, were detected. By reducing the crystal size of ZSM-22 zeolite, deactivation rate can be reduced and high selectivity to propylene can be maintained. ZSM-22 crystal size of 100 nm was almost free of diffusion resistance, 300 nm was in the transition period, while 1000 nm was suffering from serious diffusional problems resulted in high deactivation rates.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Amer, Adnan
Committee Co-Advisor:	Muraza, Oki
Committee Members:	Hossain, Mohammad and Shaikh, Abdur Razzak and Malaibari, Zuhair
Depositing User:	JAMIL ANAS KARRAR (g201105730)
Date Deposited:	22 Apr 2014 11:59
Last Modified:	01 Nov 2019 15:41
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139155