ساخت و ارزیابی زئولیت ZSM-5 دوپه شده با ارتقاء دهنده¬های گوناگون
نام نخستين پديدآور
محسن رستمی سخا
وضعیت نشر و پخش و غیره
نام ناشر، پخش کننده و غيره
مهندسی شیمی
تاریخ نشرو بخش و غیره
۱۳۹۹
مشخصات ظاهری
نام خاص و کميت اثر
۱۲۹ص.
مواد همراه اثر
سی دی
یادداشتهای مربوط به پایان نامه ها
جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن
کارشناسی ارشد
نظم درجات
شیمی کاربردی
زمان اعطا مدرک
۱۳۹۹/۱۱/۲۹
یادداشتهای مربوط به خلاصه یا چکیده
متن يادداشت
تولید الفینهای سبک یکی از چالشهای اصلی قرن حاضر میباشد که دلیل عمدهی آن افزایش تقاضای جهانی این مواد اولیه به ویژه پروپیلن میباشد. کافی نبودن پروپیلن تولیدی از روشهای رایج کنونی موجب شده تا یافتن روش جدیدی برای تولید پروپیلن از اهمیت فوق العادهای برخوردار باشد. روشهای کاتالیستی و تنظیم شرایط عملیاتی یکی از موثرترین تکنولوژیهای بکار گرفته شده در جهت افزایش تولید پروپیلن است. یافتن کاتالیست مناسب با فعالیت و انتخابپذیری بالا محصول مطلوب، طول عمر زیاد و قیمت پایین زمینهی تحقیقات فراوانی را برای پژوهشگران فراهم نموده است. کاتالیستهای زئولیتی با دارا بودن خصوصیات منحصر بفردی مانند وجود نقصهای ساختاری، ساختارهای سلسله مراتبی، تنوع و قابلیت تنظیم اسیدیته و ساختارهای متنوعتر با استفاده از عناصر شیمیایی مختلف نسل جدیدی را در دنیای گسترده کاتالیستها ایجاد نمودهاند. توسعه کاربرد این نوع کاتالیستها با توجه به تنوع و گستردگی جزئیات تحقیقاتی در این زمینه، تلاشهای بیشتر پژوهشگران را ایجاب میکند. روشهای کراکینگ حرارتی نفتا و تبدیل متانول به الفین از مهمترین روشهای تولید پروپیلن است که جزء اصلی آن را کاتالیست تشکیل داده است. به همین منظور در این پروژه سعی بر انجام اصلاحاتی بر روی زئولیت ZSM-5 به عنوان پرکاربردترین زئولیت مصرفی شده است. اثر همافزایی جایگزینی فلزات Fe و Ga بر ویژگی-های ساختاری و اسیدی و همچنین فرآیند تولید پروپیلن از کراکینگ کاتالیستی نفتا بررسی شد. با استفاده از طراحی آزمایش به روش D-optimal بررسی جامعی از تأثیر مقادیر مختلف Fe و Ga در ساختار زئولیت¬های سنتزی و فرآیند شکست کاتالیستی هگزان صورت گرفت. نتایج به دست آمده نشان دادند که حضور همزمان دو فلز Fe و Ga در ساختار زئولیتی علاوه بر کاهش اندازه ذرات تشکیل شده با تنظیم اسیدیته زئولیت، مسیر واکنش¬های تولید الفین¬های سبک به ویژه پروپیلن را تسهیل می¬کند. در نمونه¬های سنتزی، تفاوت در شعاع اتمی عناصر آلومینیوم، گالیم و آهن منجر به تفاوت چشمگیر در اندازه ذرات به دست آمده شد اما تغییری در اندازه نانوکریستال-های سنتزی به وجود نیامد. علاوه بر آن فلزات Fe، Ga و Al به ترتیب منجر به افزایش تعداد مکان¬های اسیدی کل، قدرت مکان¬های اسیدی ضعیف و قدرت مکان¬های اسیدی قوی شدند که تولید پروپیلن را تا نسبت 4 = P/E برای اولین بار در دنیا رساند. استفاده همزمان از آمونیوم فلوراید و تتراپروپیل آمونیوم هیدروکسید همراه با سیلیکای کلوئیدی منجر به حضور حداکثری فلزات در ساختار زئولیت¬های سنتزی شد که نتایج آنالیز H2-TPR گواه آن بود. در واقع بهره¬گیری از سیستم میکرو-مزو-ماکروپور متشکل از نانوزئولیت¬های سنتزی و نسل نوین راکتور میکروکانال موجب تسهیل خروج هرچه سریع¬تر محصولات اولیه از بستر کاتالیستی و مانع از واکنش¬های جانبی برای تولید محصولات نامطلوب مثل آروماتیک¬ها شد. علاوه بر آن خروجی¬های روش بهینه-سازی D-optimal نشان داد که کاهش مقادیر آلومینیوم، آهن و گالیم به ترتیب موجب کاهش، افزایش و رفتار سهمی¬وار فعالیت کاتالیستی شد که به تفضیل در بخش مربوطه بحث شده است. بازده الفین¬های سبک نیز با تغییر مقادیر فلزات مختلف نتایج گوناگونی را نشان داد، به گونه¬ای که کاهش مقادیر آهن برخلاف دو فلز دیگر موجب افزایش بازده تولید الفین¬های سبک به عنوان مواد خام با ارزش شد. در نهایت بهینه¬سازی صورت گرفته نشان داد که به منظور دستیابی به حداکثر فعالیت و بازده کاتالیستی نسبت به الفین¬های سبک باید از کاتالیستی با مشخصات زیر استفاده کرد:Si/Al=110 , Si/Fe=376.667, Si/Ga=123.333علاوه بر موارد ذکر شده، بررسی عملکرد زئولیت¬های سنتزی حاکی از کاهش چشمگیر تولید آروماتیک¬ها بود که یکی از محصولات اصلی نتیجه فعالیت کاتالیست¬های اصلاح¬شده با گالیم است که به دلیل اثرات هم¬افزایی آهن و گالیم رخ داده است.
متن يادداشت
The production of light olefins is one of the main challenges of the present century, the main reason being the increasing global demand for these raw materials, especially propylene. Insufficient production of propylene from current methods has made it extremely important to find a new way to produce propylene. Catalytic methods and adjustment of operating conditions are the most effective technologies used to increase propylene production. Finding a suitable catalyst with high activity and selectivity towards the desired products, long life and low costs has provided a lot of researchs for scholars. Zeolites with unique properties such as structural defects, hierarchical structures, diversity and ability to regulate acidity and more diverse structures using different chemical elements have created a new generation in the vast world of catalysts. The development of the use of these types of catalysts, due to the diversity and breadth of research details in this field, requires further efforts by researchers. Naphtha thermal cracking and methanol to olefin processes are the most important methods of propylene production, the main component of which is catalyst. For this purpose, in this project, an attempt has been made to make modifications on ZSM-5 zeolite as the most widely used zeolite. The synergistic effect of Fe and Ga metal substitution on the structural and acidic properties as well as propylene production from naphtha catalytic cracking was investigated. Using the D-optimal experimental design, a comprehensive study of the effect of different amounts of Fe and Ga on the structure of synthetic zeolites and the catalytic cracking of hexane was performed. The results showed that the simultaneous presence of Fe and Ga into the zeolite structure, in addition the reduction of particle size and regulating the acidity of the samples, facilitates the reactions towards light olefins, especially propylene. In the synthetic samples, differences in the atomic radii of the Al, Ga, and Fe atoms resulted in significant differences in the particle size, but no change in the size of the synthetic nanocrystals. In addition, Fe, Ga and Al increased the number of total acid sites, the strengths of weak and strong acid sites, respectively, bringing propylene production to P/E = 4 for the first time in the world. Concomitant use of ammonium fluoride and tetrapropyl ammonium hydroxide with colloidal silica resulted in the maximum presence of the metals into the framework of synthesized zeolites, as evidenced by the results of H2-TPR analysis. In fact, the use of micro-meso-macroporous system consisting of synthetic nanocrystals and microchannels facilitated the rapid exit of initial products from the catalytic bed and prevented side reactions to produce undesirable products such as aromatics. Moreover, the consequences of the D-optimal optimization method showed that reducing the amounts of Al, Fe and Ga led to the reduction, increment and the sagittal behavior of the catalytic activity, respectively, which is discussed in detail in the relevant section. The yield of light olefins also showed different results by changing the amounts of different metals, so that the reduction of Fe, unlike the other two metals, increased the production efficiency of light olefins as valuable raw materials. Finally, the optimization showed that in order to achieve maximum catalytic activity and yield of light olefins, a catalyst with the following characteristics should be used:Si/Al = 110, Si/Fe = 376.667, Si/Ga = 123.333 Last but not least, the study of the performance of synthesized zeolites showed a significant reduction in the production of aromatics, which is one of the main products of Ga-modified catalysts mainly due to the synergistic effect of Fe and Ga.
عنوانهای گونه گون دیگر
عنوان گونه گون
Synthesis and evaluation of ZSM-5 zeolite doped with various promoters
نام شخص به منزله سر شناسه - (مسئولیت معنوی درجه اول )