PREPARATION OF MOLYBDENUM-BASED CATALYSTS SUPPORTED ON ALUMINA FOR HYDRODESULFURIZATION OF LIQUID FUELS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF M.S._Thesis._SADDAM_g201080780.pdf Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

في الوقت الحاضر، يعتبر النفط الخام هو المصدر الرئيسي للطاقة والمواد الخام لمختلف الصناعات في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، فإن مركبات الكبريت، التي توجد عادة بكميات كبيرة في مشتقات النفط مثل وقود المحركات النفاثة ، لها الكثير من الآثار السلبية، منها التلوث البيئي، والحد من كفاءة المحركات، وتسمم المحفزات الكيميائية في مصافي النفط و التسبب في تآكل شديد للمفاعلات الكيميائية، وأنابيب المصانع وغيرها من المعدات. نتيجة لهذه الأسباب قامت الكثير من الدول بفرض أنظمة وقيود بيئية صارمة للحد من الكبريت في المشتقات النفطية للحد الأدنى. من الوسائل الفعالة لتحقيق هذ الهدف، هو تفاعل الهدرجة )اختصاراً HDS من Hydrodesulfurization ( الذي يتضمن تفاعل غاز الهيدروجين مع الوقود السائل في وجود المحفزات الكيميائية تحت درجة حرارة مرتفعة وضغط شديد. يعتبر محفز الموليبدينوم Mo المستندة على أكسيد الألومنيوم 3O2Al والمحسن بالكوبلت Co أو النيكل Ni من المحفزات التقليدية التي تستخدم على نطاق واسع في مصافي البترول. في هذة الرسالة البحثية تم اقتراح ودراسة بعض التعديلات على هذة المحفزات التقليدية لجعلها أكثر فاعلية في عملية استخلاص الكبريت من الوقود السائل وهذة التعديلات كالتالي: 1 . تم دمج مادة الجرافين المطعمة بجزئيات النانو لمعدن النيكل Ni مع أكسيد الألومنيوم المحمل بجزئيات النانو لمعدن الموليبدينوم Mo لتكوين المحفز الكيميائي الجديد الذي رمز له اختصارا ب AlMoGNi . هذا المحفز تم تصنيعه وتوصيفه وتقييم ادائه كمحفز كيميائي لتفاعل الهدرجة HDS لمركب ثنائي بنزو ثيوفين DBT وتم مقارنته بالمحفز التقليدي الذي رمز له اختصارا ب .AlMoNi تم تقييم النشاط التحفيزي للمواد xix المحضرة في مفاعل عند درجة حرارة 300 درجة مئوية، و 53 بار ضغط جزئي هيدروجيني وتم استخدام مذيب ديكالين Decalin كوقود نموذجي يحتوي على 600 جزء في المليون من الكبريت ) ppm-S .) أثبت المحفز الكيميائي الجديد قدراته على استخلاص الكبريت بنسبة تصل الى 99 % مقارنة مع نسبة قدرها 84.2 % للمحفز التقليدي AlMoNi خلال فترة 5 ساعات من الوصول لظروف التفاعل المستهدفة. ويعزى النشاط التحفيزي الأفضل للمحفز الجديد إلى خصائصه التركيبية وحموضة السطح وتوزيع جسيمات النانو بشكل منتظم كما تم برهنت ذلك من خلال تجارب توصيف المحفزات الكيميائية. 2 . تم دمج مادة ألياف الكربون النانونية CNF مع أكسيد الألومنيوم وتحميله جسيمات نانونية من معادن الموليبدينوم Mo والكوبلت Co لتكوين المحفز الكيميائي الجديد الذي رمز له اختصارا ب AlCNFMoCo وتمت مقارنته مع المحفز التقليدي المقابل له .AlMoCo تم تقييم النشاط التحفيزي للمواد المحضرة في مفاعل عند درجة حرارة 300 درجة مئوية، و 55 بار ضغط جزئي هيدروجيني وتم استخدام مذيب ديكالين Decalin كوقود نموذجي يحتوي على 550 جزء في المليون ) ppm-S (. أستطاع المحفز الكيميائي الجديد استخلاص الكبريت بنسبة تصل الى 97 % مقارنة مع نسبة قدرها 85.6 % للمحفز التقليدي AlMoCo خلال فترة 6 ساعات من الوصول لظروف التفاعل المستهدفة. وهذا يدل على فاعلية ألياف الكربون النانونية في زيادة النشاط التحفيزي لتفاعل الهدرجة من خلال زيادة مساحة السطح للمحفز وزيادة حموضة السطح وتحسين توزيع جسيمات النانو على المحفز الكيميائي.

English Abstract

Currently, crude oil is the main source of energy and raw materials for different industries around the world. However, the sulfur compounds, that usually exist in the produced oil, gasoline, diesel and jet fuel in a significant amount, have a tremendous number of negative impacts, such as, environmental pollution, reducing the efficiency of the engine, causing a severe corrosion to reactors, pipes and other equipment, and poisoning the catalysts. As a result, many countries have enforced strict environmental regulations and constraints to reduce the contained sulfur to the minimal level. To accomplish this goal, hydrodesulfurization (HDS), which includes a reaction between a liquid fuel and H2 gas over a chosen catalyst at a high temperature and pressure, is implemented widely in most of the refinery plants. Conventionally, Mo catalysts supported on γ-Al2O3 and promoted by either Ni or Co nanoparticles are the most used catalysts for HDS process. In the current work, two modifications have been proposed to enhance the catalytic activity of γ-Al2O3 supported Mo catalysts and these modifications are: 1. γ-Al2O3-supported Mo catalyst doped with Ni nanoparticles loaded on graphene (AlMoGNi) was synthesized, characterized and evaluated for HDS of dibenzothiophene (DBT) and compared with the conventional γ-Al2O3-supported MoNi catalyst (AlMoNi). The catalytic activity of the prepared materials was evaluated in a batch reactor at T= 300 xvii °C, and 53 bar hydrogen partial pressure. The decalin solvent was used as a model fuel containing 600 (ppm-S). The AlMoGNi reduced the sulfur concentration in the liquid fuel down to (11ppm-S, 99% sulfur removal) compared to (95 ppm-S, 84.2% DBT catalytic conversion) using AlMoNi catalyst within 5h reaction time at the targeted operating conditions. The better catalytic activity of AlMoGNi was attributed to its textural properties, surface acidity and nanoparticles dispersion. 2. Alumina-CNF nanocomposite support for MoCo catalyst (AlCNFMoCo) was prepared, characterized and tested for hydrodesulfurization of dibenzothiophene in liquid fuels. The AlCNFMoCo catalysts were compared with the corresponding conventional alumina-supported catalysts (AlMoCo). The alumina-CNF composite was prepared by sol-gel method and then loaded with Mo and Co nanoparticles by the incipient wetness impregnation method. The different types of the catalysts were characterized by N2-physisorption, temperature programmed analysis by reduction, X-ray diffraction, scanning electron microscope, energy-dispersive X-ray spectroscopy etc. The BET surface areas of AlMoCo and AlCNFMoCo were 166 and 200 (m2/g), respectively. The catalysts were evaluated by HDS reaction in a batch reactor at the following operating conditions: temperature of 300 oC, 55 bar H2 partial pressure and 0.5g of the prepared catalyst. The model fuel was prepared using decalin as a solvent with 550 ppm-S. 97% and 85.8% sulfur removal were obtained using AlCNFMoCo and AlMoCo catalysts, respectively, indicating that doping CNF into γ-Al2O3 support has boosted the catalytic activity to desulfurize liquid fuels.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Al-Amer, Adnan
Committee Members:	Saleh, Tawfik and Shaikh, Abdur Razzak
Depositing User:	SADDAM AL-HAMMADI (g201080780)
Date Deposited:	28 May 2018 09:23
Last Modified:	31 Dec 2020 06:09
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140684