THE AROMATIZATION OF LIGHT NAPHTHA VIA MODIFIED FIBROUS SILICA ZSM5 WITH GALLIUM AND ZINC. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF MS_Thesis_RASHEED IBRAHIM (1).pdf Restricted to Repository staff only until 1 January 2026. Download (6MB)

Arabic Abstract

أثارت عملية تحويل النفثا الخفيفة الى المركبات الهيدروكربونات العطرية اهتمامًا متزايدًا في صناعة البتروكيماويات كوسيلة لترقية التيارات منخفضة القيمة إلى هيدروكربونات عطرية قيمة، مما يقدم مزايا اقتصادية وبيئية. في هذا البحث، تم تخليق وتقييم نوعين من محفزات الزيوليت: ZSM-11 النانوي (NZ11) بنسب مختلفة من السيليكا إلى الألومينا (35 و70) تم تحضيرها عبر التخليق الحراري المائي، وZSM-5 السيليكا الليفية (FSZSM-5) التي تم تخليقها باستخدام طرق بمساعدة الميكروويف. تم تعديل كلا المحفزين بالغاليوم (Ga) والزنك (Zn) من خلال تشريب الرطوبة الابتدائية. تم إجراء توصيف شامل باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، وتحليل مساحة السطح باستخدام طريقة برونور-إيميت-تيلر (BET)، وامتصاص الأمونيا المبرمج حراريًا (NH₃-TPD). أظهر المحفز NZ11(70) بلورية أعلى وتوزيعًا أكثر انتظامًا لحجم الجسيمات، بينما أظهر FSZSM-5 زيادة في مساحة السطح والبلورية مع جزيئات أكبر ومتساوية الحجم. تم تقييم الأداء التحفيزي في عملية أرومة النفثا الخفيفة باستخدام مفاعل سرير ثابت بتدفق مستمر على المقياس الميكروي يعمل عند 550 درجة مئوية وضغط جوي، مع سرعات فراغية وزنية (WHSV) تبلغ 1 ساعة⁻¹ لمحفزات NZ11 و2 ساعة⁻¹ لمحفزات FSZSM-5. حققت جميع المحفزات تحويلات نفثا عالية تتراوح بين 97٪ إلى 99٪. أنتج المحفز NZ11(70) غير المعدل 40.7٪ من المواد العطرية، والتي زادت إلى 77٪ عند التعديل بالغاليوم. وبالمثل، أنتج المحفز FSZSM-5 غير المعدل 35.9٪ من المواد العطرية، مع تعزيز تعديل الغاليوم لإنتاج BTX (البنزين، التولوين، والزيلين) إلى 53.2٪. نُسب الأداء المتفوق لمحفزات NZ11(70) وFSZSM-5 المعدلة بالغاليوم إلى خصائصها الهيكلية، التي وفرت زيادة في مساحة السطح وتقليل مسارات الانتشار، مما سهل الوصول الأفضل إلى المواقع النشطة وتحسين نقل الكتلة. أدخل تضمين الغاليوم مواقع إضافية لنزع الهيدروجين، مما يعزز تحويل الألكانات إلى أوليفينات وهي وسيطة رئيسية في الأرومة. سهلت الهياكل المسامية المترابطة بشكل كبير للمحفزات الامتزاز الانتقائي وتفاعل الهيدروكربونات مع تقليل التفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها مثل تكوين الكربون. أدى التآزر بين أنواع الغاليوم والمواقع الحمضية للزيوليتات إلى تحقيق كفاءة تحويل عالية وانتقائية نحو الهيدروكربونات العطرية

English Abstract

Light naphtha aromatization has garnered increasing interest in the petrochemical industry as a means to upgrade low-value streams into valuable aromatic hydrocarbons, offering economic and environmental advantages. In this research, two types of zeolite catalysts were synthesized and evaluated: nano-sized ZSM-11 (NZ11) with varying silica-to-alumina ratios (35 and 70) prepared via hydrothermal synthesis, and fibrous silica ZSM-5 (FSZSM-5) synthesized using microwave-assisted methods. Both catalysts were modified with gallium (Ga) and zinc (Zn) through incipient wetness impregnation. Comprehensive characterization was conducted using XRD, BET, SEM, TEM, and NH₃-TPD. The NZ11(70) catalyst exhibited higher crystallinity and a more uniform particle size distribution, while FSZSM-5 demonstrated enhanced surface area and crystallinity with larger, uniformly sized particles. Catalytic performance was assessed in the aromatization of light naphtha using a micro-scale continuous-flow fixed-bed reactor operated at 550 °C and atmospheric pressure, with weight hourly space velocities (WHSV) of 1 h⁻¹ for NZ11 catalysts and 2 h⁻¹ for FSZSM-5 catalysts. All catalysts achieved high naphtha conversions ranging from 97% to 99%. The unmodified NZ11(70) catalyst yielded 40.7% aromatics, which increased to 77.8% upon modification with gallium. Similarly, the unmodified FSZSM-5 catalyst produced 35.9% aromatics, with gallium modification enhancing the BTX (benzene, toluene, and xylene) yield to 53.2%. The superior performance of Ga-modified NZ11(70) and FSZSM-5 catalysts was attributed to their structural properties, which provided increased surface area and shortened diffusion paths, facilitating better access to active sites and improved mass transfer. The incorporation of gallium introduced additional dehydrogenation sites, promoting the conversion of alkanes to olefins key intermediates in aromatization. The highly interconnected pore structures of the catalysts facilitated selective adsorption and reaction of hydrocarbons while minimizing undesirable side reactions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Committee Advisor:	Malaibari, Zuhair
Committee Co-Advisor:	Qureshi, Ziyauddin
Committee Members:	Alasiri, Hassan and Abussaud, Basim and Siddiquee, Muhammad
Depositing User:	RASHEED IBRAHIM (g202113430)
Date Deposited:	02 Jan 2025 09:49
Last Modified:	02 Jan 2025 09:49
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143217