Selective Production of Propylene from Methanol using Monolith Structured Zeolite and Modified Zeolite ZSM-5 Catalysts. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Nisar_Thesis_Final.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

تمت دراسة إنتاج انتقائي للبروبيلين من الميثانول باستخدام هيكلة متراصة لـZSM-5. في ذلك، تم استخدام P ،Ce ، Fe وLa كحفازات ZSM-5 على نظام مفاعل سرير ثابت. وقد تم في البداية التحقيق في النشاط الحفزي للزيوليت ZSM-5 مع نسبة جزيئية SiO2/AL2O3 30، 50، 80، 280 و 410، حيث وجد أن ZSM-5-280 يظهر أفضل أداء كمحفز. تم البحث في ظروف التفاعل لنستنتج أن أفضلها كان في درجة حرارة 500 مئوية، وضغط 1 بار و سرعة تدفق وزنية 15 1/ساعة مع الميثانول كعلف. في أفضل ظروف التفاعل أنتج الزيوليت ZSM-5-280 الانتقائية 47.3%، و الانتاج 17.4 % للبروبيلين مع تحويل الميثانول بنسبة 100%. تم الحصول على أفضل حافز باستخدام نسبة 0.1% من وزن الفوسفور محملا على ZSM-5-280 مما أدى إلى تحسن انتقائية البروبيلين بنسبة 14% و انتاج بنسبة 24.7 %. تم تحضير الحفازات ذات الهيكلية المتراصة من طبقة واحدة (6.8%)، طبقة مزدوجة (10.3%) و طبقة ثلاثية (13.1%) من الطلاء ZSM-5-280 حافزا. الحفازات المطلية بطبقة واحدة زادت الانتقائية للبروبيلين بنسبة 19.2% الانتاج بنسبة 34.5%. هذا التغير الفعلي سببه النشر الداخلي الأفضل والحد من مقاومة نقل الكتلة في القنوات المتراصة، مما يسبب وقت إقامة قصيرة وبالتالي يقلل من المركبات المتطايرة عن طريق فصل التفاعلات الجوهرية وزيادة الأوليفينات. تم تطبيق تقنيات تحليلية مثل XRD، SEM-EDX، BET وNH3-TPD للتحقيق في الخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل من الحفازات النقية المطلية، والمعدلة بالفسفور والمحضرة بهيكلة متراصة ZSM-5-280 . تكشف نتائج NH3-TPD أن الحموضة تتناقص مع زيادة في النسبة الجزيئيةSiO2/AL2O3 لحفازات ZSM-5. تم خفض حموضة ZSM-5-280 المعدل بالفسفور حافزا بنسبة 43.0% وذلك بسبب القضاء الجزئي على مواقع الحمض قوية. .انماط XRD التي تم الحصول عليها للحافز ذو الهيكلية المتراصة ZSM-5-280 أكدت عدم التغير في تبلور الحافز. وكشفت صور SEM طلاءا حافزا ذا نمط منتظمٍ متساوٍ داخل قنوات متراص الهيكلية.

English Abstract

Selective production of propylene from methanol over monolith structured ZSM-5 and ‘P, Ce, Fe, La’ modified ZSM-5 catalysts were studied on a fixed bed reactor system. Catalytic activity of zeolites ZSM-5 with SiO2/Al2O3 molar ratio of 30, 50, 80, 280 and 410 were investigated initially and it was found that ZSM-5-280 exhibit best catalyst performance. The reaction conditions were optimized and found to be temperature 500 °C, 1 bar pressure and weight hourly space velocity (WHSV) of 15 h−1 with methanol as feed. At optimum reaction conditions zeolite ZSM-5-280 result propylene selectivity of 47.3%, yield 17.4% with 100% methanol conversion. Best modified catalyst was obtained with 0.1 wt% phosphorus loading on ZSM-5-280 which improved propylene selectivity by 14% and yield by 24.7%. Monolith structured catalysts were prepared by single layer (6.8%), double layer (10.3%) and triple layer (13.1%) coating of ZSM-5-280 catalyst. ZSM-5-280 single layer monolith coated structured catalyst effectively increased propylene selectivity by 19.2% and yield by 34.5%. This effective change is due to better internal diffusion and reduction in mass transfer resistances in monolith channels which causes short residence time and hence reduces aromatics by decoupling of intrinsic reactions and increases olefins. Analytical techniques such as XRD, SEM-EDX, BET and NH3-TPD were applied to investigate physical and chemical characteristics of pelletized parent, P-modified and prepared monolith structured ZSM-5-280 catalysts. The NH3-TPD results reveal that the acidity decreases with increase in SiO2/Al2O3 molar ratio of ZSM-5 catalysts. Acidity of P-modified ZSM-5-280 catalyst reduced by 43.0% due to partial elimination of strong acid sites. The XRD pattern obtained for monolith structured catalyst confirmed the presence of washcoat on monolith structured support. The SEM images of P-modified and monolith structured ZSM-5-280 catalysts confirmed that there is no change in crystallinity of ZSM-5-280 catalyst. SEM images revealed a uniform catalyst coating inside the channels of monolith structured support.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Dr. Nadhir A. H. Al-Baghli, Nadhir
Committee Members:	Dr. Shakeel Ahmed, Dr. Shakeel and Dr. M. Mozahar Hossain, Dr. Mozahar
Depositing User:	MOHAMMAD NISAR (g201309190)
Date Deposited:	22 Aug 2017 12:53
Last Modified:	01 Nov 2019 16:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140449