Catalytic Conversion of C5 Olefins to Propylene by Metathesis Reactions. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Master_Thesis.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

C5 تنتج اوليفينات ال كمركبات ثانوية من وحدتي التكسير الحفزي و التكسير بواسطه البخار وتكون ذات قيمة منخفضة عند اضافتها لخليط الوقود. يمكن تحويل هذه القيمة المنخفضة الي مركبات ذات قيمة عالية كالبروبيلين باستخدام تفاعلات الاحلال و الابدال. حيث تم تحضير مجموعه من المواد الحفازة المبنية علي اكاسيد عنصري التنجستن و الموليبدنيوم المثبتة علي السيليكا العادية (SiO2) و المواد المسامية (MCM-41 و SBA-15) والمواد متناهية الصغر (MCM-22) وفق طريقتين للتحضير هما الانتشار الحراري و التلقيح المبلل. في حالة الانتشار الحراري يتم خلط المواد المدعمة المحمصة مع اكاسيد المعادن عن طريق الطحن, اما في حالة التلقيح المبلل يتم خلط محلول المواد المدعمة مع محلول اكسيد المعدن المطلوب. لقد تم فحص خصائص المواد الحفازة المصنعة و ذلك باستخدام جهاز انكسار الاشعة السينية (XRD) , و امتصاص وطرح النتروجين (N2 Isotherm) و جهاز ICP-OES. جهازي ال XRD و N2 isotherm لاثبات ان الخصائص المسامية و البنية الاساسية التي تتمتع بها المواد المدعمة قد تمت المحافظة عليها عند تحضير العامل الحفاز , اما جهاز ICP-OES لحساب كمية المعدن المضافة للمواد المدعمة. ايضا تم اختبار فعالية جميع المواد الحفازة المنتجة (نسبة المعدن 6%) في تحويل 2-بنتين باستخدام مفاعل انبوبي ثابت الحشوة عند درجات حرارة مختلفة. اظهر الحفاز MoO3/SiO2 نسبة تحويلية بسيطة من المواد الخام قدرت بي 8% و معظمها تفاعلات ازمرة ل 2-بنتين , بينما اعلي نسبة تحويلية قدرت ب 79% بواسطة الحفاز MoO3/MCM-22 و معظمها تفاعلات تكسير و ازمرة كتفاعلات اساسية. اما المواد الحفازه المبنية علي MoO3 و WO3 المثبتة علي المواد المسامية قد اظهرت جميعها تفاعلات الاحلال و الابدال كتفاعلات اساسية لانتاج البروبيلين و اوليفينات ال C4 و C6+ كمركبات اساسية. اثبتت النتائج ان المواد الحفازة المثبتة علي MCM-41 ذات كفاءة عالية و فعالية اكبر من تلك المثبتة علي SBA-15 . و ان النسبة التحويلية للمادة الخام تزيد باستخدام العوامل الحفازة المنتجة وفق الترتيب التالي MoO3/SBA-15 < MoO2(acac)2/SBA-15 < MoO2(acac)2/MCM-41 < WO3/SBA-15 < WO3/MCM-41. اضافة الايثيلين كمادة خام مع ال 2-بنتين وفق النسبة المولية ايثلين:2-بنتين (1:1) ادي الي زيادة انتاج البروبلين نتيجة لي تغيير التفاعل من احلال و ابدال ذاتي الي متقاطع مما ادي ايضا لزيادة انتاج ال 1-بيوتين و خفض انتاج ال C6+ .

English Abstract

C5 olefins produced as a by-product from steam crackers and FCC units have low value as gasoline blending stock. However, low value C5 olefins can be converted to valuable product such as propylene by metathesis reaction. A series of catalyst were prepared based on metal (molybdenum and tungsten) oxide supported on conventional silica (SiO2), mesoporous material (MCM-41 and SBA-15) and microporous material (MCM-22). Catalysts were prepared following two methods i.e. thermal spreading and wet impregnation. In case of thermal spreading method, the support was mixed with metal oxide by grinding, whereas wet impregnation method was obtained by suspension of support in aqueous solution of metals. Catalysts were characterized using X-ray powder diffraction (XRD), N2 adsorption/desorption isotherms and ICP-OES. XRD and N2 adsorption-desorption study revealed that the architecture and mesoporous character of supports were preserved in catalysts while ICP-OES used to determine catalyst metal loading. Also prepared catalysts (6 wt. % of metal) were investigated in the transformation of 2-pentene in a flow fixed-bed reactor at different reaction temperatures. The MoO3 catalysts based on conventional silica exhibited the lowest activity (8%) and mostly isomerization of 2-C5= proceeded. MoO3 on MCM-22 exhibited the highest conversions (79%) but catalyzed isomerization and cracking of 2-C5= as major reactions. MoO3 and WO3 catalysts supported on mesoporous MCM-41 and SBA-15 showed metathesis reaction of 2-C5= resulting in the formation of propylene, C4 olefins and C6+= (hexenes and higher olefins) as major products. The results revealed that catalysts based on MCM-41 exhibited higher activity and stability as compared to that of SBA-15. The 2-pentene conversion increased in the following order of catalysts used MoO3 /SBA-15 < MoO2(acac)2 /SBA-15 < MoO2(acac)2 /MCM-41 < WO3 /SBA-15 < WO3 /MCM-41. Addition of ethylene to the 2-C5= feed with 2-C5= : C2= molar ratio (1:1) increased selectivity to propylene due to cross metathesis of ethylene with 2-pentene to produce propylene and 1-butene whereas production of C6+ olefins were substantially limited.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Khattaf, Sulaiman
Committee Members:	Akhtar, Muhammad and Ba-Shammakh, Mohammed and Al-Jundi, Isam and Al-Baghli, Nadhir
Depositing User:	MOHAMED ALI IBRAHIM (g201408640)
Date Deposited:	26 Jan 2017 10:50
Last Modified:	01 Nov 2019 16:36
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140162