عنوان پایان‌نامه
ساخت و بررسی تله های فلزی نانو ساختاری برای کراکینگ کاتالیستی بستر سیال باقیمانده ها
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1447.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 63364
- تاریخ دفاع
- ۲۰ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- رضا تفرشی
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- در این تحقیق کاتالیست FCC/RFCC با بهبود ساختار آن به صورت هسته ای از زئولیت H-Y و پوسته ای از ماتریس آمورف به منظور جلوگیری از سموم آلی- فلزی اصلاح شد. بدین منظور زئولیت NaY با نسبت 2< Si/Al به عنوان هسته و با اندازه های زیر میکرون به روش هیدروترمال و هم چنین سیلیکا آلومینای آمورف (ASA) به عنوان پوسته با wt% Al2O3 13 به روش رسوب همزمان سنتز شده و با یون آمونیوم تعویض یونی شدند. نتایج حاصل از آنالیزهای XRD، SEM موید دستیابی به زئولیت H-Y و سیلیکا آلومینای آمورف بوده و دفع برنامه ریزی شده دمایی آمونیاک (TPD) نیز مشخص کننده نوع و میزان سایت های اسیدی در موارد سنتز شده می¬باشد. برای ایجاد ساختار هسته¬پوسته روش¬های بستر فواره¬ای (Spouted Bed) و روغن داغ مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. نتایج حاصل از تصویر¬برداری SEM نشان می¬دهد که ساختار هسته¬پوسته ایجاد شده به روش بستر فواره ای(پاششی) دارای پوسته تقریبا یکنواخت، متشکل از ذرات نانومتری بودند و با افزایش تعداد سیکل های لایه نشانی می توان ضخامت پوسته را کنترل نمود. به منظور ارزیابی عملکرد ساختار هسته¬پوسته در به تله انداختن ترکیبات حاوی فلزات آلوده کننده، پیشنهاد شد زئولیت Y و ماتریس آمورف با نسبت¬های وزنی متناسب با کاتالیست FCC به صورت دولایه مجزا روی قطعات مونولیتی با ارتفاع cm 5/2 و 32 حفره قرار داده شوند وبه عنوان مدلی از کاتالیست هسته¬پوسته با حالتی که مخلوطی از زئولیت و ماتریس روی قطعات مونولیتی قرار دارد مقایسه شوند. نتایج حاصل از آنالیز EDS نقطه ای که از سطح مقطع این نمونه ها بعد از آلوده شدن با نیکل استیل استنات گرفته شد نشان می دهدکه مونولیت شماره 21 که در آن سطح مونولیت به ترتیب توسط سه لایه¬ متوالی از زئولیت (15% وزنی)، ماتریس آمورف (75% وزنی) و نانوذرات CeO2 و MgO (5% وزنی) پوشیده شده بود بیشترین افت غلظت نیکل را در ضخامت کاتالیست به خود اختصاص داده است و بخش قابل¬توجهی از نیکل را روی سطح خود متوقف کرده است به طوریکه در فاصله کمتر از 10 میکرون از سطح کاتالیست غلظت نیکل از 35% وزنی در سطح به کمتر از 20% وزنی کاهش می¬یابد. نتایج EDS نشان می¬دهند که ساختار مونولیت شماره 16 که متشکل از لایه¬ای از ماتریس آمورف روی لایه زئولیتی می¬باشد نیز قابلیت خوبی در جلوگیری از دسترسی نیکل به هسته زئولیت از خود نشان داده است. در نمونه شماره 13 که در آن سطح مونولیت فقط دارای لایه ای از زئولیت می باشد غلظت نیکل در ضخامت کاتالیست تغییر اندکی داشته به گونه¬ای که غلظت نیکل از 11% وزنی در سطح کاتالیست به 9% وزنی در فاصله 30 میکرون کاهش می¬یابد. این امر نشان می¬دهد که Ni به شدت توانسته در ضخامت زئولیت که فاقد هرگونه تله فلزی است نفوذ نماید و آنرا آلوده کند. در سری دوم آزمایش¬ها به جهت بررسی اثرات نیکل و تله¬های فلزی روی فعالیت کاتالیستی، نمونه-هایی از کاتالیست تجاری با ppm 10000 نیکل آلوده شده و با و بدون نانوذرات CeO2 و MgO طی 10 سیکل پیاپی مورد کراکینگ کاتالیستی خوراک کیومن قرار گرفتند. نتایج حاصل از آنالیز GC و اکسیداسیون برنامه¬ریزی شده دمایی (TPO) نشان¬دهنده فعالیت کاتالیستی بالاتر و کک کمتر در مورد کاتالیست حاوی نانوذرات تله فلزی بود.
- Abstract
- In this study, core-shell structure of FCC/RFCC catalyst was developed by covering H-Y zeolite core with a shell of amorphous silica-alumina (ASA) with (or without) MgO and CeO2 nanoparticles (NPs), which are supposed to entrap the organometallic poisons and protecting the zeolitic core. Na-Y zeolite, ASA and MgO, CeO2 NPs were synthesized by hydrothermal, co-precipitation and combustion methods respectively, and confirmed by XRD patterns. Na-Y zeolite and ASA were ion-exchanged with ammonium nitrate solutions. Temperature programmed desorption of ammonia (NH3-TPD) shows two major peaks at 217°C and 340°C for H-Y zeoilte which are attributed to Lewis and Bronsted acid sites respectively, and the same but less intense peaks for ASA. Zeolite cores of 50 µm sizes were coated by ASA in two innovative procedures named as "spouted bed" and "hot oil" coatings. To have a better understanding of the performance of the proposed core-shell structure, the layers of H-Y, ASA and NPs with identical ratios of FCC catalyst were coated on monolithic structures simply by dip-coating method and contaminated by nickel-acetylacetonate (Ni-acac) at the reaction conditions. The results of EDS analysis along the thickness of the catalyst showed the most dramatic decline in concentration of nickel for monolith 21 that its surface was covered by three layers of H-Y zeolite, amorphous matrix (ASA and kaoline) and MgO, CeO2 NPs. For this monolith the concentration of nickel was dropped from 35 to 20 wt% in the first 10 µm of the catalytic layer thickness, indicating that most of the nickel was trapped by the NPs and amorphous matrix. Monolith 16 also showed acceptable but less profound performance, not having MgO and CeO2 Nps layer on the surface. The lowest decline in concentration was seen for monolith 13, having only a layer of H-Y zeolite with no metal trap, the nickel concentration was only dropped from 11 to 9 wt% which indicates the poor metal entrapment. In the second series of the experiments, the effects of Ni and metal traps on the catalytic activity was investigated. The samples of commercial catalysts with and without CeO2 and MgO NPs, contaminated with 10000 ppm nickel and then subjected to 10 consecutive cycles of catalytic cracking of cumene. The results of GC analysis and temperature programmed oxidation (TPO) showed higher catalytic activity and less coke for the catalysts containing MgO and CeO2 NPs as metal traps.
