FLUIDIZED-BED OXIDATIVE DEHYDROGENATION OF n-BUTANE TO BUTENE OVER VOx/Ce-Al2O3: CATALYST DEVELOPMENT AND REACTION KINETICS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS thesis) MUHAMMAD_YASIR_KHAN_g201302190.pdf - Other Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

أكسيد الألمونيوم المثقب وأكسيد الألمونيوم المشوب بأكسيد السيريوم تم تحضيرها بإضافة نسب وزنيه مختلفه من أكسيد السيريوم (من 0.2 إلى 5 % وزنياً) بإستخدام طريقه التحضير السطحى الحر. أكسيد الفانديوم تم تشريبه على هذه الدعائم المحوّره بإستخدام طريقة التشريب الزائد للمذيبات. تقنيات تحديد الخصائص مثل إنحراف الأشعه السينيه, وطيف رامان وطيف الأشعه تحت الحمراء دلّت على وجود أكسيد السيريوم المتبلور, وأكسيد الفناديوم غير المتبلور على دعائم أكسيد الألمونيوم. تحليل الأكسده والإختزال لدرجة الحراره المبرمجه كشفت أن دعائم أكسيد الألمونيوم المشوبه بأكسيد السيريوم المشربه بأكاسيد الفانديوم بالإضافه إلى نشاطها العالى فإنها تتميز بإستقرار عالى يتضح ذلك من تكرار دورات الأكسده والإختزال. درجة الحرارة المبرمجه لإمتزاز جزيئات الأمونيا مع نتائج الإمتزاز الحركيه أظهرت أن العوامل الحفّازه المحضره لها حمضيه خفيفه. طاقة التنشيط المنخفضه للإمتزاز تبيّن ضعف التداخل بين المعدن والدعائم. القواعد المميعه, تجارب نزع الهيدروجين التأكسديه من غاز البيوتان على دعائم أكسيد الألمونيوم المشوبه بأكسيد السيريوم المشربه بأكسيد الفانديوم تم إجراءها تحت ظروف لا هوائيه فى المحاكى الرافع المطور فى مركز مفاعل الهندسه الكيميائيه. درجة الحراره و زمن التلامس تم تغييرها من 450 إلى 575 درجه مئويه و 5 إلى 25 ثانيه على التوالى. الإنتقائيه القصوى كانت 62.3 % للأوليفينات المحتويه على أربع ذرات كربون تم ملاحظتها عند درجة حراره 450 درجه مئويه و 5 ثوانى زمن تلامس للعامل الحفاز المحتوى على أقل كميه من أكسيد السيريوم (0.2%). الحقن المتتابع للبيوتان بدون تجديد الحفّاز للأوليفينات المحتويه على أربع ذرات كربون ترتبط مباشرةً مع درجة إختزال العامل الحفّاز. وأخيراً البيانات التجريبيه تم إخضاعها على نموزج حركى إستناداً على نموزج لانجمور-هينشيلود الذى يتضمن الإنحلال الأُسى للعامل الحفاز فى معدل معادلة التفاعل. بصوره عامه فقد أظهرت تحاليل الحركه التراجعيه توافقاً كبيرا لمعايير الحركيه التى تم تقديرها.

English Abstract

Mesoporous γ-Al2O3 (MAs) and Ceria doped MAs (Ce-MAs) supports were prepared with different wt% of ceria (0.2-5 wt%) by facile free synthesis method. VOx was impregnated on these modified supports by excessive solvent impregnation method. The XRD, Raman, and FTIR characterization techniques indicated the presence of crystalline CeO2, and amorphous VOx phases on the MAs support. TPR/TPO analysis revealed that VOx/Ce-MAs catalysts are not only very active but also very stable over the repeated reduction/oxidation cycles. NH3-TPD characterization along with desorption kinetic results showed that the prepared catalysts had mild acidity. The low activation energy for desorption presented a weak metal-support interaction. Fluidized-bed, oxidative dehydrogenation (ODH) of n-butane experiments over VOx/Ce-MAs catalysts were investigated under anaerobic condition in CREC Riser Simulator. Temperature and contact time was varied from 450-600 oC and 5-25 sec, respectively. The maximum selectivity (62.3%) of C4-olefins was observed at 450 oC and 5 sec over the catalyst containing lowest ceria wt% (0.2 wt%). The successive butane injection without catalyst regeneration showed that the selectivity of the C4-olefins is directly related with the degree of the catalyst reduction. Finally, experimental data was fitted into kinetic model based on Langmuir-Hinshelwood model that incorporates exponential catalyst decay term into the rate of reaction equation. Overall, the regression analysis has shown a good fitting for the estimation of kinetic parameters. At the low reaction temperature (450 oC) the kinetic model predicted low activation energy (130.1 kJ mol-1) for the C4-alkenes formation, as compared to high activation energies noticed for the undesired deep oxidation of the feed (135.1 kJ mol-1) and C4-olefins (149.9 kJ mol-1).

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Dr. Mohammad Mozahar Hossain, MMH
Committee Members:	Dr. Mohammad S. Ba-Shammakh, MSB and Dr. Abdalla A. Al-Shammari, AAS and Dr. Sameer Al-Ghamdi, SAG
Depositing User:	MUHAMMAD YASIR KHAN (g201302190)
Date Deposited:	06 Jan 2016 11:50
Last Modified:	01 Nov 2019 16:31
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139812