مطالعه فرایند تبدیل متانول به اولفین و بررسی پارامترهای بارگذاری لانتانیوم و نسبت Si/Al بر کاتالیست HZSM-5

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران

2 منطقه شش انتقال گاز، شرکت ملی گاز، بندر عباس، ایران

3 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران

چکیده

به تازگی فناوری­ های کاتالیستی تبدیل متانول به اولفین بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش تأثیر پارامترهای بارگذاری لانتانیوم و نسبت Si/Al در دماهای گوناگون بر عملکرد کاتالیستی HZSM-5 در فرایند تبدیل متانول به اولفین بررسی شد. در این پژوهش پایه کاتالیستی HZSM-5 با نسبت های گوناگون Si/Al با استفاده از فلز لانتانیوم و روش تلقیح تر اصلاح شد. پس از بارگذاری فلز لانتانیوم به روش تلقیح مرطوب، کاتالیست­ های اصلاح شده برای تعیین دقیق ویژگی­ ها و ارزیابی آن ها، مورد آنالیزهای XRD و SEM، BET و FT-IR قرار گرفتند. نتیجه­ های آنالیز XRD و FT-IR نشان داد که افزودن فلز لانتانیوم به زئولیت HZSM-5 باعث تخریب ساختار نمی ­شود و ساختار پس از افزودن فلز لانتانیوم همچنان دارای بلورینگی بالایی بود. برای بررسی تاثیر پارامترهای لانتانیوم، نسبت Si/Al و دما و بررسی تاثیر برهمکنش بین آن­ ها برای تولید اتیلن و پروپیلن در فرایند متانول به اولفین از طراحی آزمایش Box-Behnken استفاده شد. برای این منظور از بارگذاری لانتانیوم در بازه­ی 10-0 درصد وزنی، نسبت Si/Al در بازه­ی 180-60 و دما در بازه­ی 450-350 درجه سلسیوس به عنوان متغیرهای ورودی روش Box-Behnken استفاده شد.  با استفاده از نتیجه­ های طراحی آزمایش Box-Behnken مشخص شد بیش ­ترین میزان بازده اتیلن بر روی کاتالیستی که در حد بالای بارگذاری لانتانیوم، نسبت Si/Al پایین و دمای بالا بود، به­ دست می­ آید.برای بیشینه پروپیلن تولیدی نیز برای سه متغیر نسبت Si/Al، دما و میزان بارگذاری لانتانیوم یک حالت بهینه وجود داشت، یعنی نخست با افزایش این متغیرها بازده پروپیلن افزایش و سپس کاهش پیدا می­ کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Plotkin J., The Changing Dynamics of Olefin Supply/Demand, Catalysis Today, 106(1-4):10-14 (2005).

[2] Feng X., Jiang G., Zhao Z., Wang L., Li X., Duan A., ... & Gao, J., Highly Effective F-Modified HZSM-5 Catalysts for the Cracking of Naphtha to Produce Light Olefins, Energy & Fuels, 24(8): 4111-4115 (2010).

[3] Wei F.F., Cui Z.M., Meng X.J., Cao C.Y., Xiao F.S., Song W.G., Origin of the Low Olefin Production over HZSM-22 and HZSM-23 Zeolites: External Acid Sites and Pore Mouth Catalysis, ACS Catalysis, 4(2): 529-534 (2014).

[4] Baliban R.C., Elia J.A., Floudas C.A., Biomass to Liquid Transportation Fuels (BTL) Systems: Process Synthesis and Global Optimization Framework, Energy & Environmental Science, 6(1): 267-287 (2013).

[6] Degnan T.F., Chitnis G.K., Schipper P.H., History of ZSM-5 Fluid Catalytic Cracking Additive Development at Mobil, Microporous and Mesoporous Materials, 35: 245-252 (2000).

[7] Xue N., Chen X., Nie L., Guo X., Ding W., Chen Y., ... & Xie, Z., Understanding the Enhancement of Catalytic Performance for Olefin Cracking: Hydrothermally Stable Acids in P/HZSM-5, Journal of catalysis248(1): 20-28 (2007).

[8] ایزدبخش، علی؛ رهیده، حسین؛ خراشه، فرهاد، کاربرد نظریه تراوش در مدل­سازی افت فعالیت راکتور بستر ثابت واکنش کاتالیستی تبدیل متانول به الفین­های سبک، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)30: 9 تا 24 (1390).

[9] ممیز، فروغ؛ توفیقی داریان، جعفر؛ علیزاده؛ علی محمد، اثر بارگذاری فلزهای سریم و زیرکونیم بر پایه HZSM-5 برای تولید الفین های سبک از نفتا، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)33: 37 تا 47 (1393).

[10] صادقپور، پریسا؛ حقیقی، محمد، بررسی تاثیر غلضت منگنز و نیکل در سنتز کاتالیست نانوساختار MnNiApSO-34 برای تبدیل متانول به الفین­های سبک، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)34: 11 تا 27 (1394).

[11] Jiang J., Duanmu, C., Yang Y., Gu X., & Chen, J., Synthesis and Characterization of High Siliceous ZSM-5 Zeolite from Acid-Treated Palygorskite, Powder Technology, 251: 9-14 (2014).

[12] Furumoto Y., Tsunoji N., Ide Y., Sadakane M., Sano T., Conversion of Ethanol to Propylene over HZSM-5 (Ga) Co-Modified with Lanthanum and Phosphorous, Applied Catalysis A: General, 417: 137-144 (2012).

[13] Nawaz Z., Qing S., Jixian G., Tang X., & Wei F., Effect of Si/Al Ratio on Performance of Pt–Sn-Based Catalyst Supported on ZSM-5 Zeolite for n-butane Conversion to Light Olefins, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 16(1): 57-62 (2010).

[14] Montgomery D.C., “Design and Analysis of Experiments”, John Wiley & Sons, Inc., New York, (2001).

[15] Grosso C., Ferreres F., Gil-Izquierdo A., Valentão P., Sampaio M., Lima J., Andrade P.B., Box–Behnken Factorial Design to Obtain a Phenolic-Rich Extract from the Aerial Parts of Chelidonium Majus L, Talanta, 130: 128-136 (2014).

[16] Wei R., Li C., Yang C., Shan H., Effects of Ammonium Exchange and Si/Al Ratio on the Conversion of Methanol to Popylene over a Novel and Large Partical size ZSM-5, Journal of Natural Gas Chemistry, 20(3): 261-265 (2011).

[17] Xiaoning W., Zhen Z., Chunming X., Aijun D., Li Z., Guiyuan J., Effects of Light Rare Earth on Acidity and Catalytic Performance of HZSM-5 Zeolite for Catalytic Cracking of Butane to Light Olefins, Journal of Rare Earths, 25(3): 321-328 (2007).