Catalytic Production of para-ethyltoluene by Alkylation of mono-alkylbenzenes with Alcohols. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MSc_Thesis.pdf - Submitted Version Download (10MB) | Preview

Arabic Abstract

تمت دراسة إنتاج بارا إيثيلين في وجود المحفز الزوليوتي إم إف أي عن طريقتين. هذه الطريقتين هما عن طريق التلوين مع الإيثانول و عن طريق الإيثايل بنزين مع الميثانول. تم اختبار التفاعل في مفاعل مغلق في وجود عدة تراكيز من كمية الألومينيوم في المادة الزوليوتية (نسبة السيلكا إلى الألومنا (SiO2/Al2O3))، وكذالك ذات مسامية مختلفة في الحجم عند درجات حرارة تتراوح بين 250-400 درجة مئوية. حيث كانت نسب السيليكا إلى الألومينيوم 80، 280 و 2000. مدة التفاعل المختارة كانت بين 5 و 20 ثانية مع إبقاء نسبة المواد المتفاعلة متساوية. من خلال الدراسة على المحفز الزوليوتي إم إف أي، تبين أن الناتج إيثايل بنزين كان المنتج الرئيسي مع عائد عال يصل إلى 26%، و إختيارية يصل إلى 27% لمادة بارا إيثايل تولوين عند استخدام الزيوليت إم إف أي-80 بينما كانت الإختيارية لمادة بارا إيثايل تولوين وصلت إلى 48 و 100% عند إستخدام إم إف أي-280 و إم إف أي-2000 بالتتابع. و يعزي ارتفاع الإختيارية في وجود إم إف أي-2000 إلى الأثار المشتركة لارتفاع نسبة السيلكا إلى الألومنا (SiO2/Al2O3), ضعف مواقع الحامضية بالإضافة إلى كبر حجم الكريستال (أطول طول انتشار). أما في طريقة الألكلة و حجم مسامية الزيوليت، ألكلة التلوين أعطت أعلى عائد و إختيارية لإيثايل تولوين في وجود جميع أنواع الزيوليت المستخدمة مقارنة بألكلة إيثايل بنزين. كان العائد الأقصى لمادة الإيثايل تولوين 13.7% باستخدام إي إم-5 و زي إس إم-5 بينما تم الحصول على 12.5% في ألكلة الإيثايل بنزين في وجود الزيوليت إس إس زد-33. كما تبين أن إس إس زد-33 أعطى انتقائية أعلى وصلت إلى 50% لمادة الإيثايل تولوين بسبب الجمع بين تأثير طوبولوجيا ثلاثية الأبعاد و قنواتها ذات الإثني عشر رابطة. في المقابل، نسبة الإختيارية لمادة البارا إيثايل تولوين كانت متشابه في حدود 26% بغض النظر عن طوبولوجيا الزيوليت أو الطريق الألكلة. وقد جرت دراسات الحركية لألكلة التولوين في وجود المحفزات الزوليوتية باستخدام نموذج التثبيط و قانون القوة إلى جانب مدة التفاعل. كان الارتباط بين نتيجة النمذجة والبيانات التجريبية مرضيا، وكانت طاقة التنشيط من مختلف الزيوليت المستخدمة في ألكلة التولوين إلى الإيثايل تولوين أي إم-5 (58.2 كيلوجول/ مول) > إس إس زد-33 (39.7 كيلوجول/ مول)> تي إن يو-9 (27.3 كيلوجول/ مول)> إم أو أر (20.2 كيلوجول/ مول)>زد إس إم-5 (17.0 كيلوجول/ مول).

English Abstract

The production of para-ethyltoluene (p-ET) from two alkylation routes; toluene with ethanol and ethylbenzene (EB) with methanol was investigated over MFI zeolites with varying SiO2/Al2O3 ratio (80, 280, and 2000) and zeolites with different pore dimensions in a batch fluidized-bed reactor at a temperature range of 250-400 oC, reaction times of 5-20 s and molar feed ratio of 1:1. For the MFI zeolites study, the product distribution exhibited ethyltoluenes as major product with a maximum yield of 26% over MFI-80 with para-ET selectivity of 100% over MFI-2000 compared with 27% and 48% over MFI-80 and MFI-280, respectively. The high para-selectivity over MFI-2000 was attributed to the combined effects of higher SiO2/Al2O3 ratio, very weak acid sites and larger crystal size (longer diffusion length). In the alkylation route and zeolite pore dimension studies, toluene ethylation gave higher yield and selectivity to ethyltoluenes over all the zeolites compared to ethylbenzene methylation. The maximum ET yield achieved for toluene ethylation was 13.7 wt.% using IM-5 and ZSM-5 whereas 12.5 wt.% was obtained in EB methylation over SSZ-33. SSZ-33 also gave the highest ET-selectivity of ~50 % due to the combine effect of its 3-D topology and 12- membered ring (MR) channels. In contrast to ET selectivity, para-ET (p-ET) selectivity obtained was almost the same, ~26 %, irrespective of the zeolite topology or alkylation route. Kinetic studies of toluene ethylation reaction over the zeolites were conducted using power law coupled with Time-on-Stream (TOS) deactivation model. The correlation between the modelled result and experimental data was satisfactory and the activation energy of the various zeolites used for the alkylation of toluene to ET were IM-5 (58.2 kJ/mol) > SSZ-33 (39.7 kJ/mol) > TNU-9 (27.3 kJ/mol) > MOR-18 (20.2 kJ/mol) > ZSM-5 (17.0 kJ/mol).

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Khattaf, Sulaiman
Committee Members:	Hossain, Mohammad and Al-Shammari, Abdallah
Depositing User:	BABATUNDE AZEEZ OGUNABADEJO (g201303490)
Date Deposited:	14 May 2015 08:42
Last Modified:	01 Nov 2019 15:45
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139534