سنتز کاتالیست CeLa/HAPSO-34 و بررسی عملکرد آن در فرایند تبدیل متانول به پروپیلن

قلبی آهنگری, معصومه

سنتز کاتالیست CeLa/HAPSO-34 و بررسی عملکرد آن در فرایند تبدیل متانول به پروپیلن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

معصومه قلبی آهنگری

پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق کاتالیست‌های (HSAPO-34) به روش هیدروترمال سنتز شدند. از نرمال پروپیل آمین به عنوان عامل ایجاد کننده ساختار مزو، استفاده شد. این کاتالیست‌ها در اثر تشکیل کک، طول عمر کوتاهی دارند. کک‌ها که اصولا آروماتیک‌ها و ایزومرهای شاخه‌دار می‌باشند، در داخل فضاهای خالی کاتالیست تشکیل شده و به صورت بازگشت‌ناپذیری بر سایت‌های اسیدی جذب می‌شوند، در نتیجه غلظت سایت‌های اسیدی کاتالیست، کاهش می‌یابد استفاده از فلزهای گوناگون از جمله لانتانیدها به عنوان بهبود دهنده ساختار کاتالیست، اسیدیته کاتالیست را اصلاح می‌کند، لذا از ترکیب نمک فلز Ce و La جهت بهبود ساختار و افزایش طول عمر کاتالیست سنتز شده، استفاده شد. برای تعیین ویژگی‌های کاتالیست سنتز شده (CeLa/HSAPO-34)، از روش‌های گوناگون (XRD،FESEM ،NH3-TPD ، BET) استفاده شد. عملکرد کاتالیستی (CeLa/HSAPO-34) در یک راکتور بستر ثابت در واکنش تبدیل متانول به پروپیلن مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه های آزمون کاتالیستی، تبدیل متانول بالای (90%) و گزینش‌پذیری نسبت به پروپیلن (5/48 %) را نشان داد و مدت زمان 8 ساعت طول کشید تا کاتالیست غیرفعال شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

نفت، گاز و پتروشیمی

مراجع

[1] Hu H., Ying W., Fang D.J.J.o.N.G.C., Reaction and Deactivation Kinetics of Methanol-to-Olefins Process Based on a Special TGA Reactor, Journal of Natural Gas Chemistry, 19(4): 409-416 (2010).

[2] Sena, F.C., De Souza B.F., De Almeida N.C., Influence of Framework Composition Over SAPO-34 and MeAPSO-34 Acidity, Applied Catalysis A: General, 406(1-2): 59-62 (2011).

[3] Guenther D.R., Investigation of the Hydrocarbon Pool Species Responsible for Methanol to Olefin Analysis on Acidic Zeolite and Zeotype Catalysts, University of Southern California (2010).

[4] Tan J., Liu Z., Bao X., Liu X., Han X., He C., Zhai R., Crystallization and Si Incorporation Mechanisms of SAPO-34, Microporous and Mesoporous Materials, 53(1-3): 97-108 (2002).

[5] Hartmann M., Kevan L., Substitution of Transition Metal Ions Intoaluminophosphates and Silicoaluminophosphates: Characterization and Relation to Catalysis, Research on Chemical Intermediates, 28: 625-695 (2002).

[6] Zhang Y., Zhou Y., Tang M., Liu X., Duan Y., Effect of La Calcination Temperature on Catalytic Performance of PtSnNaLa/ZSM-5 Catalyst for Propane Dehydrogenation, Chemical Engineering Journal, 181-182: 530-537 (2012).

[7] Ghalbi-Ahangari M., R.Ranjbar P., Rashidi A.M., Teymuri M., Synthesis of Hierarchical SAPO-34 and Its Enhanced Catalytic Performance in Methanol to Propylene Conversion Process, Petroleum Science and Technology, 37(22): 2231-2237 (2019).

[8] Ghalbi-Ahangari M., R.Ranjbar P., Rashidi A.M., Teymuri M., The High Selectivity of Ce-Hierarchical SAPO-34 Nanocatalyst for the Methanol to Propylene Conversion Process, Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 122(2): 1265-1279 (2017).

[9] Dubois D.R., Obrzut DL., Liu J., Thundimadathil J., Conversion of Methanol to Olefins Over Cobalt-Manganese-and Nickel-Incorporated SAPO-34 Molecular Sieves, Fuel Processing Technology, 83(1-3): 203-218 (2003).

[10] Ye L., Cao F., Ying W., Fang D., Sun Q., Effect of Different TEAOH/DEA Combinations on SAPO-34’s Synthesis and Catalytic Performance, Journal of Porous Materials, 18(2): 225-232 ( 2011).

[11] Zhang D., Zhang D., Wei Y., Xu L., Chang F., Liu Z., Meng S., MgAPSO-34 Molecular Sieves with Various Mg Stoichiometries: Synthesis, Characterization and Catalytic Behavior in the Direct Transformation of Chloromethane Into Light Olefins, J. Ind. Eng. Chem, 116(1-3): 684-692 (2008).

[12] Campelo J., Campelo J.M., Garcia A., Herencia J.F., Luna D., Conversion of Alcohols (α-Methylated Series) on AlPO4 Catalysts, J. Catalysis, 151(2): 307-314 (1995).

[13] Arena F., Dario R, Parmaliana A.J.A.C.A.G., A Characterization Study of the Surface Acidity of Solid Catalysts by Temperature Programmed Methods, Appl. Catal. A: General, 170(1): 127-137 (1998).

[14] Charghand M., Haghighi M., Aghamohammadi S.J.U.S., The Beneficial Use of Ultrasound in Synthesis of Nanostructured Ce-Doped SAPO-34 Used in Methanol Conversion to Light Olefins, Ultrasonics sonochemistry, 21(5): 1827-1838 (2014).

[15] خراشه ف.، رهیده ح.، ایزد بخش ع.، کاربرد نظریه تراوش در مدل سازی افت فعالیت راکتور بستر ثابت در واکنش کاتالیستی تبدیل ; متانول به الفین های سبک. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران.، (4)32: 9 تا 24 (1390).

[16] Gunawardena D.A., Fernando S.D.J.J.O.T., Thermodynamic Equilibrium Analysis of Methanol Conversion to Hydrocarbons Using Cantera Methodology, Journal of Thermodynamics,12: 64-73 (2012).

[17] Dudukovic M.P., Mills P.L., Challenges in Reaction Engineering Practice of Heterogeneous Catalytic Systems, in Advances in Chemical Engineering, Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology, Springer, 307-389 (2012).

[18] Gandarillas A.E.M., Geem K.M.V., Reyniers M.F., Marin G.B., Coking Resistance of Specialized Coil Materials During Steam Cracking of Sulfur-Free Naphtha Ullmann›s. Encyclopedia of Industrial Chemistry, 53(35): 13644-13655 (2014).

[19] حقیقی م.، صادقپور پ.، بررسی تأثیر غلظت منگنز و نیکل در سنتز کاتالیست نانوساختار برای تبدیل متانول به الفین های سبک. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران. (1)34: 11 تا 27 (1394).

[20] Kang M., Methanol Conversion on Metal-Incorporated SAPO-34s (MeAPSO-34s), Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 160(2): 437-444 (2000).

[21] Wei Y., He Y., Zhang D., Xu L., Meng S., Liu Z., Sue B.L., Study of Mn Incorporation into SAPO Framework: Synthesis, Characterization and Catalysis in Chloromethane Conversion to Light Olefins, Microporous and Mesoporous Materials, 90(1): 188-197 (2006).