Altaoba, Hussien (2026) Engineering Zsm-5 Properties for Application in the Crude Oil to Chemicals Conversion. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Master_Thesis_Hussien AlTaoba.pdf Restricted to Repository staff only until 24 August 2027. Download (3MB)

Arabic Abstract

الطلب المتزايد على الأوليفينات الخفيفة، وخاصة البروبيلين والإيثيلين، يؤكد الحاجة إلى إضافات للتكسير الحفزي المائع (FCC) قادرة على معالجة مواد خام أثقل وأكثر تعقيدًا. ويتطلب التكسير الفعال لمثل هذه المواد حفازات ذات حموضة مثلى، وثبات حراري مائي، ومسام يسهل الوصول إليها تسمح بانتشار الجزيئات العطرية متعددة الحلقات كبيرة الحجم نحو المواقع النشطة للحفاز. في هذه الدراسة، تم تحضير زيوليتات ZSM-5 ذات المسامية الهرمية عن طريق إزالة السيليكا بعد التخليق باستخدام هيدروكسيد رباعي بوتيل الأمونيوم (TBAOH) عند درجات حرارة ومدد معالجة مختلفة. وقد جرى تقييم هذه الزيوليتات، إلى جانب الزيوليت الأصلي غير المعالج، كإضافات للتكسير الحفزي المائع في تكسير النفط الخام العربي فائق الخفة (Arab Extra Light). وتم توصيف الحفازات باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD)، وتقنية BET، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، والامتزاز الحراري المبرمج للأمونيا (NH3-TPD)، والأشعة تحت الحمراء بامتزاز البيريدين (Py-FTIR). وقد جرى تقييم الأداء الحفزي في وحدة اختبار النشاط الدقيق (MAT) ذات الطبقة الثابتة عند ٦٥٠ درجة مئوية وبنسبة حفاز إلى زيت مقدارها ٥. وأظهر الزيوليت المعالَج عند ١٠٠ درجة مئوية لمدة ٣ ساعات (Z3100) أداءً حفزيًا متفوقًا مقارنة بنظيريه المعالَجين عند ٥٠ درجة مئوية لمدة ٣ و٦ ساعات (Z350 وZ650). ويمكن أن تُعزى هذه الأفضلية إلى حموضته المحفوظة وحجم مساماته المتوسطة الأكبر مقارنة بالزيوليتات المعالَجة الأخرى. وقد تحقق أعلى معدل تحول للتغذية (٩٠٫٩٤٪) وأعلى إنتاجية للجازولين (٤٥٫٠١٪ وزنًا) باستخدام هذا الحفاز. غير أن أيًا من الزيوليتات المعالَجة لم يحقق إنتاجية أعلى للأوليفينات الخفيفة مقارنة بالزيوليت الأصلي غير المعالج. وقد يُعزى هذا القصور إلى ضعف تطور المسامية المتوسطة وانخفاض الحموضة الناتج عن إزالة المواقع الحمضية أثناء عملية إزالة السيليكون.

English Abstract

Growing demand for light olefins, particularly propylene and ethylene, underscores the need for fluid catalytic cracking (FCC) additives capable of processing heavier, more complex crude feedstocks. Effective cracking of such feeds requires catalysts with optimized acidity, hydrothermal stability, and accessible pores that allow the diffusion of bulky polyaromatic molecules to the active sites of the catalyst. In the present study, hierarchical ZSM-5 zeolites were prepared by postsynthesis desilication with tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) at varying treatment temperatures and time. These zeolites, alongside the untreated parent zeolite, were evaluated as FCC additives for the catalytic cracking of Arab Extra Light crude oil. The catalysts were characterized using XRD, BET, SEM, TEM, NH3-TPD, and Py-FTIR. Catalytic performance was assessed in a fixed-bed microactivity test (MAT) unit at 650 °C using a catalyst-to-oil ratio of 5. The zeolite treated at 100 °C for 3 h (Z3100) exhibited superior catalytic performance compared to its counterparts treated at 50 °C for 3 and 6 h (Z350 and Z650). This superiority can be attributed to its preserved acidity and higher mesopore volume compared to the other treated zeolites. The highest feed conversion (90.94 %) and gasoline yield (45.01 wt.%) were attained using this catalyst. However, none of the treated zeolites achieved a higher light olefin yield than the untreated parent zeolite. This limitation may be attributed to underdeveloped mesoporosity and the reduced acidity resulting from acid-site removal during the desilication process.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemical Engineering
Thesis Advisor:	Zuhair Malaibari,
Thesis Committee Members:	Faysal Al-Khulaifi, Abdulkadir Tanimu,
Depositing User:	HUSSIEN ALTAOBA
Date Deposited:	25 Aug 2026 11:54
Last Modified:	25 Aug 2026 11:54
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144733