Highly stable and dispersed Bi modified NiO catalyst for the oxidative dehydrogenation of n-butane to butadiene. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis_final.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

تأثير أنواع أكاسيد المعادن المختلفة (النيكل، الحديد و/أو الكوبالت) وأكسيد البيزموث المحمول على الألموينا، تأثير إستبدال البيزموث كليا أو جزئيا مع المولوبيدنيوم المحمول على التنجستن، و دور الحاملات و تعديل الحاملات مع أكسيد المغنيسيوم تمت دراستها على نزع الهيدروجين المؤكسد من البيوتان لإنتاج البيوتاديين. في حالة المعادن الأحادية الرئيسية،الترتيب من حيث أنتقائية البوتاديين هو النيكل> الحديد> الكوبالت. في حين أن الترتيب من حيث تحويل البوتان العادي هو النيكل> الكوبالت> الحديد. بين التركيبات الثنائية النيكل-الحديد، والنيكل-الكوبالت والحديد-الكوبالت، عملت على تحسين أنتقائية البيوتاديين من البيوتان العادي، على التوالي. أظهر التركيب الثلاثي النيكل-الحديد-الكوبالت (10Ni5Fe5Co30Bi-O/Al2O3) الأنتقائية الأعلى للبيوتاديين و هي 46.3% عند أعلى نسبة تحويل و هي 30% مع أستقرار حفاز جيد نتج عنه تحسينات مضاعفة عن النيكل في أنتقائية البيوتاديين عن طريق الحديد و في نسبة تحويل البيوتان العادي عن طريق الكوبالت. المواقع الحمضية و القاعدية تم تعديلها التعديل الأفضل عن طريق التركيب الثلاثي للمعادن الرئيسية في أزدواج هرمية الجسيمات الصغيرة لأكاسيد المعادن الأساسية (النيكل، الحديد و الكوبالت)، و يعمل معا كل من أكسيد البيزموث و الألمونيا على تسريع أنتقائية البيوتاديين عن الخطوتيين الأولى و الثانية في نزع الهيدروجين المؤكسد. تم التحقق من هذه الحقيقة عن طريق تغير درجة حرارة الإختزال إلى درجة حرارة أقل و تغيلر خاصية الحمضية/ القاعدية إالى معتدلة مع إختزال الهيدروجين مبرمج درجة حرارة و إمتزاز ثاني أوكسيد الكربون/ النشادر، على التوالي. إستبدال البيزموث مع المولوبيدنيوم و التنجستن أظهر انخفاضا في الأداء مما يدل أساسا أنها ليست نشطة مثل أوكسيد البيزموث في تعزيز دورة الأكسدة و الإختزال من الأنواع النشطة. الحوامل المختلفة التي درست أظهرت أداء مختلف نظرا للاختلاف في قدرتها على التفاعل النشط مع أنواع المعادن من حيث التشتت والقدرة على الإختزال وكذلك الخاصية الحمضية/ القاعدية. تم التحقق من حركية التفاعلات لنزع الهيدروجين المؤكسد من البيوتان على التركيب الثلاثي للمعادن للعامل الحفاز (10Ni5Fe5Co30Bi-O/Al2O3). تم تطوير النماذج الحركية أستنادا على البيانات العملية لإختبار الحفاز في مفاعل مثبت عند دراجات حرارة تتراوح من 350-450 درجة مئوية. و قد أستخدم نموذج قانون القوة لتقدير المعاملات الحركية بإستخدام برنامج Matlab

English Abstract

The effect of different metal oxide species (Ni, Fe and/or Co) oxide-Bi2O3 over alumina support, influence of substituting Bi partially/fully with Mo/W, role of different supports and support modifications with MgO were investigated for n-butane oxidative dehydrogenation (ODH) to butadiene. Co-impregnation technique was used to prepare all the catalysts and the physic-chemical properties were studied using BET, XRD, NH3/CO2 TPD and H2-TPR. The catalytic evaluation shows that, for the case of mono main metal, the order of the butadiene selectivity is Ni > Fe > Co, whereas the order of n-butane conversion is Ni > Co > Fe. Among the binary Ni-Fe, Ni-Co and Fe-Co systems, Fe and Co worked to improve the butadiene selectivity and n-butane conversion, respectively. The ternary Ni-Fe-Co system (10Ni5Fe5Co30Bi-O/Al2O3) showed the highest butadiene selectivity of 46.3% at the highest n-butane conversion of 30% with good catalytic stability at the reaction condition. The acid and base sites preferably adjusted by ternary main metal combination in hierarchical nano-particle cohabitation of main metal (Ni, Fe and Co) oxide, Bi2O3 and Al2O3 cooperate to accelerate butadiene selectivity at both 1st and 2nd step dehydrogenations. This fact was verified by the reduction temperature shift to lower and acid/base property change to moderate with temperature programmed H2 reduction and CO2/NH3 desorption, respectively. Substituting Bi with Mo and W showed decrease in performance indicating mainly that they are not as active as Bi2O3 (oxygen mobile oxide) in enhancing redox cycle of the active species. The different supports investigated showed varying performance due to difference in their ability to interact actively with the metal species in terms of dispersion and reducibility as well as acidic/basic character. The kinetics of n-butane oxidative dehydrogenation was also investigated over the ternary metal (10Ni5Fe5Co30Bi-O/Al2O3) catalyst system. The kinetic models were developed based on the experimental data for the catalytic test as obtained in a fixed bed reactor at reaction temperatures ranging from 350-450oC. Power law model was used and the kinetic parameters were estimated using MATLAB program.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Alkhattaf, Suleiman Saleh
Committee Members:	Bashammakh, Muhammad S. and Albaghli, Nadhir A. and Aljundi, Isam
Depositing User:	TANIMU GAZALI (g201403460)
Date Deposited:	12 Jun 2016 12:47
Last Modified:	01 Nov 2019 16:34
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140018