22345

ايزومريزاسيون نرمال پنتان با استفاده از كاتاليزورهاي زئوليتي ميكرو/مزوپور

كارشناسي ارشد

ترموسينتيك و كاتاليست

1399/3/12

دكتر سيد مهدي علوي املشي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

هيدروايزومريزاسيون نرمال آلكان¬ها روشي موثر براي بهبود كيفيت سوخت خودرو¬ها و كاهش استفاده از تركيبات سمي در سوخت است. كاتاليست¬هاي زئوليتي به دليل دارا بودن خاصيت اسيدي گزينه¬اي مناسب براي انجام واكنش هيدروايزومريزاسيون هستند. اگرچه محدوديت¬هاي انتقال جرمي در آنها باعث مي¬شود تا استفاده از آنها با مشكلاتي روبرو شود. به كار بردن عمليات پسا سنتزي بر روي زئوليت¬ها از مهمترين روش¬ها براي بهبود عملكرد آنها براي كاهش محدوديت-هاي انتقال جرمي در آنها مي¬باشد. هدف اين پژوهش بررسي اثر عمليات پساسنتزي بر روي عملكرد كاتاليست زئوليتي ZSM-5 در واكنش ايزومريزاسيون است. از دو روش سيليكون زدايي با محلول NaOH و سنتز كاتاليست كامپوزيتي MCM-41/ZSM-5 به منظور افزايش سطح و اندازه حفرات در ساختار زئوليتي استفاده شده است. با استفاده از آزمون¬هاي XRD، FTIR، جذب و دفع نيتروژن، FE-SEM و NH3-TPD، كاتاليست¬هاي سنتز شده مورد بررسي قرار گرفتند. مشخص شد كه عمليات¬هاي پساسنتزي باعث شده تا سطح و اندازه حفرات كاتاليست افزايش يابد و ساختار بلوري ZSM-5 نيز به خوبي حفظ شود. در روش سيليكون زدايي با محلول رقيق NaOH ساختار زئوليت به خوبي حفظ شد و همچنين اسيديته زئوليت نيز افزايش پيدا كرد. همچنين در روش سنتز كامپوزيتي مشخص شد كه 5/8=pH، براي اين سنتز كامپوزيت مناسب است و باعث افزايش سطح از m2/g 350 به m2/g 470 و تشكيل مزو حفرات منظمي شده است. عملكرد كاتاليست¬هاي سنتز شده در واكنش هيدروايزومريزاسيون نرمال پنتان با تغيير عواملي مثل دما، شدت خوراك ورودي و زمان انجام واكنش مورد بررسي قرار گرفت. مشخص شد كه افزايش سطح و اندازه حفرات با استفاده از محلول بازي باعث بهبود دسترسي مولكول¬هاي واكنش دهنده نرمال پنتان به سايت¬هاي فعال كاتاليست مي¬شود. اين اثر باعث بهبود %9 عملكرد كاتاليست در تبديل نرمال پنتان به ايزوپنتان مي¬شود. همچنين نمونه¬هاي كامپوزيتي با دارا بودن ساختار ميكرو/مزو حفره منظم و سطح بالا، علاوه بر بهود دسترسي به سايت¬هاي فعال، باعث بهبود توزيع فاز فلزي بر روي كاتاليست شده¬اند و هم افزايي اين دو اثر باعث افزايش %30 تبديل نرمال پنتان و %20 انتخاب پذيري ايزوپنتان شده است.

1399/07/09

Isomerization of n-Pentane using micro/mesoporous Zeolite catalysis

9/30/2020 12:00:00 AM

Hydroisomerization of n-alkanes is an effective way to improve the fuel quality of cars and reduce the use of toxic compounds in the fuel. Zeolite catalysts, because of their acidic properties, are suitable option for the hydroisomerization reaction. However, their mass transfer limitations may reduce their performance. Applying post-synthesis operations on zeolites is one of the most important methods to improve their performance to reduce their mass transfer limitations. The purpose of this study was to investigate the effect of post-synthesis treatments on the performance of ZSM-5 zeolite catalyst in the hydroisomerization reaction. In order to increase pore size and surface area of ZSM-5 catalysis, desilication with NaOH solution and synthesizing MCM-41/ZSM-5 with CTAB was performed on the parentzeolite. The synthesized catalysts were charactrized using XRD, FTIR, N2 adsorption-desorption, FE-SEM and NH3-TPD. It was found that post-synthesis operations increased the surface area and pore size of the catalyst and maintained the crystal structure of ZSM-5 as well. Desilication with lower concentrations of NaOH solution led to increase in acidity of parent zeolite and the crystalline structure preserved. In addition, in the composite synthesis method, it was found that pH = 8.5 is suitable and increased the specific surface area from 350 m2/g to 470 m2/g and regular meso-pores were adde to the structure. The performance of the synthesized catalysts in the n-pentane hydroisomerization reaction was investigated by varying the factors such as temperature, WHSV and mode reaction time. It was found that increasing the surface area and pore sizes improved the accessibility of the n-pentane reactive molecules to the active catalytic sites. This effect improves the catalyst performance in converting normal pentane to isopentane. In addition, having high surface area and larger pores probabley improves distribution of active metal sites and the synergy of these two effects increases the conversion rate and selectivity to iso-pentane, 30% and 20% respectively.