بررسی تأثیر اصلاح پسا تهیه زئولیت های فوجاسیت (X, Y) بر عملکرد کاتالیست فرایند گوگردزدایی هیدروژنی گازوئیل
محورهای موضوعی : مهندسی شیمی
حمید کرمی
1
,
محمد کاظمینی
2
,
سعید سلطانعلی
3
,
مهدی رشیدزاده
4
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
2 - استاد مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
3 - استادیار مهندسی شیمی، پژوهشکده توسعه فناوری‌های کاتالیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
4 - دانشیار شیمی، پژوهشکده توسعه فناوری‌های کاتالیست، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
کلید واژه: گوگردزدایی هیدروژنی, زئولیت فوجاسیت, آلومینیم‌زدایی, پسا تهیه,
چکیده مقاله :
برای دستیابی به اسیدینگی و حجم مزوحفره های بیشتر در زئولیت های فوجاسیت که نقشی مهم در کاتالیست های فرایند گوگردزدایی هیدروژنی (HDS) دارند، روش اصلاح پسا تهیه (آلومینیم زدایی) با روش های اسید شویی (با H4EDTA) و گرمادهی به کارگرفته شد. نمونه های اصلاح‌شده در تهیه کاتالیست HDS برپایه آلومینا استفاده شدند. برای بررسی ویژگی های فیزیکی- شیمیایی نمونه ها، روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، طیف سنجی جذب اتمی (AAS)، طیف سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR)، میکروسکوپی الکترونی پویشی گسیل میدانی (FESEM)، واجذب برنامه ریزی شده دمایی آمونیاک (NH3-TPD) به کارگرفته شدند. جذب اتمی، افزایش نسبت سیلیکون به آلومینیم در نمونه های اصلاح‌شده را نشان داد. در زئولیت های Na-Y و Na-X نسبت Si/Al به ترتیب از مقادیر اولیه 2/27 و 1/2 پس از آلومینیم زدایی به 7/8 و 2/2 افزایش پیدا کرد. فرایند آلومینیم زدایی منجر به خروج آلومینیم‌های ساختاری زئولیت ها و افزایش اسیدینگی شد. در طی فرایند آلومینیم زدایی، اسیدینگی زئولیت Na-Y از 0/72 به mmol NH3/g 1/96 و در زئولیت Na-X اسیدینگی از 0/32 به mmol NH3/g 0/95 افزایش پیدا کرد. مساحت سطح و حجم حفره‌های نمونه ها با روش های BET و BJH تعیین شدند. پس از آلومینیم زدایی، مساحت سطح نمونه ها کاهش و حجم مزوحفره های آن ها افزایش یافت. نتیجه های به کارگیری کاتالیست ها در فرایند گوگردزدایی هیدروژنی نشان داد که کاتالیست های تهیه شده عملکرد بهتری در حذف ترکیب های گوگردی داشتند و با افزایش اسیدینگی حذف ترکیب های گوگردی افزایش پیدا کرد، به طوری که در حضور کاتالیست Cat-De-Y که بیشترین اسیدینگی را داشت، مقدار حذف گوگرد (تبدیل 89 %) بود.
Faujasite zeolites are considered as the main and important component of catalysts of hydrotreating process; In order to zeolites to be achieved higher acidity and volume of mesopores, post-synthetic modification method (dealumination) with different techniques such as: acid treatment (H4EDTA) and thermal (calcination) was used. The dealumination process, while maintaining the crystal lattice of zeolite, led to exit of structural aluminum of zeolite and increase of acidity. NH3-TPD, BET, FESEM, FT-IR, AAS, XRD analyzes were used to investigate the physicochemical properties of zeolite. Atomic adsorption analysis shows an increase in the ratio of silicon to aluminum in the modified zeolite that in the De-Y and De-X zeolites, the Si/ Al ratio increased from 2.27 and 1.2 to 7.8 and 2.2 from the initial values, respectively. Measurement of surface area of zeolite and pore volume were performed by BET and BJH methods; decrease in surface area and increase in mesopore volume in modified zeolites is evident. During the dealumination process, acidity of De-Y zeolite increased from 0.72 mmol NH3 /g to 1.96 mmol NH3 /g and in De-X zeolite, the acidity increased from 0.95 mmol NH3/ g to 0.32 mmol (Na-X). Modified zeolites were used in the synthesis of HDS catalyst. The results showed that the synthesized catalysts had a better performance in removing sulfur compounds and by increasing acidity, the removal of sulfur compounds increased so that Cat-De-Y catalyst has the highest acidity and sulfur removal rate (Conversion= 89%).
[1] Zhou, W.; Wei, Q.; Zhou, Y.; Liu, M.; Ding, S.; Yang, Q.; Appl. Catal. B 238, 212–24, 2018.
[2] Rangarajan, S.; Mavrikakis, M.; ACS Catal. 7, 501–9, 2017.
[3] van Haandel, L.; Bremmer, M.; Kooyman, PJ.; Van Veen, J.; Weber, T.; Hensen, E.; ACS Catal. 5, 7276–7287, 2015.
[4] Stanislaus, A.; Marafi, A.; Rana, M.S.; Catal. Today. 153,1–68, 2010.
[5] Tao, X.; Zhou Y.; Wei, Q.; Yu, G.; Cui, Q.; Liu, J.; Liu, T.; Fuel Process. Technol. 118, 200–207, 2014.
[6] López-Benítez, A.; Berhault, G.; Guevara-Lara, A.; Appl. Catal. B 213, 28–41, 2017.
[7] Hajjar, Z.; Soltanali, S.; Tayyebi, S.; Masoumi, M.; Journal of Applied Research in Chemistry 12(3), 71-78, 1397.
[8] Bej, S.K.; Maity, S.K.; Turaga, U.T.; Energy Fuels 18, 1227–1237, 2004.
[9] Shi, Y.; Wang, G.; Mei, J.; Xiao, C.; Hu, D.; Wang, A.; Song, Y.; Ni, Y.; Jiang, G.; Duan, A.; ACS Omega. 5,15576–15585, 2020.
[10] Okamoto, Y.; Bull. Chem. Soc. Jpn. 87, 20–58, 2014.
[11] Verboekend, D.; Keller, T.C.; Mitchell, S.; Pérez‐Ramírez.; J.; Adv. Funct. Mater. 23,1923–1934, 2013.
[12] Zhang, D.; Jin, C.; Zou, M.; Huang, S.; Chem. Eur. J. 25, 2675–2683, 2019.
[13] Verboekend, D.; Vilé, G, .;Pérez-ramírez, J.; Adv. Funct. Mater. 916–928, 2012.
[14] Verboekend, D.; Nuttens, N.; Locus, R.; Van Aelst, J.; Verolme, P.; Groen, JC.; Pérez‐Ramírez, J.; Sels, B.F.; Chem. Soc. Rev. 45, 3331–3352, 2016.
[15] Karge, H.G.; Beyer, H.K.; Solid-State Ion Exchange in Microporous and Mesoporous Materials (Chp. 2) in: "Molecular Sieves (Science and Technology)", Vol. 3, Springer, Berlin, 2002.
[16] Asadi, A.A.; Alavi, S.M.; Royaee, S.J.; Bazmi, M.; Microporous Mesoporous Mater. 259, 142–154, 2018.
[17] Lutz, W.; Adv. Mater. Sci. Eng. 22, 102-120, 2014.
[18] Gola, A.; Rebours, B.; Milazzo, E.; Lynch, J.; Benazzi, E.; Lacombe, S.; Delevoye, L.; Fernandez, C.; Microporous Mesoporous Mater. 40, 73–83, 2000.
[19] Asadi, A.A.; Royaee, S.J.; Alavi, S.M.; Bazmi, M.; Fuel Process Technol. 187, 36–51, 2019.
[20] Wang, W.; Zhang, W.; Chen, Y.; Wen, X.; Li, H.; Yuan, D.; Guo, Q.; Ren, S.; Pang, X.; Shen, B.; J. Catal. 362, 94–105, 2018.
[21] Baerlocher, C.; McCusker, L.B.; Olson, DH.; Atlas of zeolite framework types. Elsevier, USA, 2007.
[22] Yue, MB.; Xue, T.; Jiao, WQ.; Wang, YM.; He, M-Y.; Microporous Mesoporous Mater. 159, 50–56, 2012.
[23] Li, K.; Valla, J.; Garcia-Martinez, J.; ChemCatChem 6, 46–66, 2014.
[24] Chen, X.; Liu, X.; Wang, L.; Li, M.; Williams, C.T.; Liang, C.H.; RSC Adv. 3, 1728-1731, 2013.
[25] Marín, C.; Escobar, J.; Galván, E.; Murrieta, F.; Zárate, R.; Vaca, H.; Fuel Process Technol. 86, 391–405, 2005.
[26] Kunisada, N.; Choi, K.-H.; Korai, Y.; Mochida, I.; Nakano, K.; Appl. Catal. A 276, 51–59, 2004.
[27] Dědeček, J.; Sobalík, Z.; Wichterlová, B.; Catal. Rev. 54, 135–223, 2012.
[28] Chen, W.; Maugé, F.; van Gestel, J.; Nie, H.; Li, D.; Long, X.; J. Catal. 304, 47–62, 2013.
[29] Han, W.; Nie, H.; Long, X.; Li, M.; Yang, Q.; Li, D.; Catal. Today 292, 58–66, 2017.
_||_
[1] Zhou, W.; Wei, Q.; Zhou, Y.; Liu, M.; Ding, S.; Yang, Q.; Appl. Catal. B 238, 212–24, 2018.
[2] Rangarajan, S.; Mavrikakis, M.; ACS Catal. 7, 501–9, 2017.
[3] van Haandel, L.; Bremmer, M.; Kooyman, PJ.; Van Veen, J.; Weber, T.; Hensen, E.; ACS Catal. 5, 7276–7287, 2015.
[4] Stanislaus, A.; Marafi, A.; Rana, M.S.; Catal. Today. 153,1–68, 2010.
[5] Tao, X.; Zhou Y.; Wei, Q.; Yu, G.; Cui, Q.; Liu, J.; Liu, T.; Fuel Process. Technol. 118, 200–207, 2014.
[6] López-Benítez, A.; Berhault, G.; Guevara-Lara, A.; Appl. Catal. B 213, 28–41, 2017.
[7] Hajjar, Z.; Soltanali, S.; Tayyebi, S.; Masoumi, M.; Journal of Applied Research in Chemistry 12(3), 71-78, 1397.
[8] Bej, S.K.; Maity, S.K.; Turaga, U.T.; Energy Fuels 18, 1227–1237, 2004.
[9] Shi, Y.; Wang, G.; Mei, J.; Xiao, C.; Hu, D.; Wang, A.; Song, Y.; Ni, Y.; Jiang, G.; Duan, A.; ACS Omega. 5,15576–15585, 2020.
[10] Okamoto, Y.; Bull. Chem. Soc. Jpn. 87, 20–58, 2014.
[11] Verboekend, D.; Keller, T.C.; Mitchell, S.; Pérez‐Ramírez.; J.; Adv. Funct. Mater. 23,1923–1934, 2013.
[12] Zhang, D.; Jin, C.; Zou, M.; Huang, S.; Chem. Eur. J. 25, 2675–2683, 2019.
[13] Verboekend, D.; Vilé, G, .;Pérez-ramírez, J.; Adv. Funct. Mater. 916–928, 2012.
[14] Verboekend, D.; Nuttens, N.; Locus, R.; Van Aelst, J.; Verolme, P.; Groen, JC.; Pérez‐Ramírez, J.; Sels, B.F.; Chem. Soc. Rev. 45, 3331–3352, 2016.
[15] Karge, H.G.; Beyer, H.K.; Solid-State Ion Exchange in Microporous and Mesoporous Materials (Chp. 2) in: "Molecular Sieves (Science and Technology)", Vol. 3, Springer, Berlin, 2002.
[16] Asadi, A.A.; Alavi, S.M.; Royaee, S.J.; Bazmi, M.; Microporous Mesoporous Mater. 259, 142–154, 2018.
[17] Lutz, W.; Adv. Mater. Sci. Eng. 22, 102-120, 2014.
[18] Gola, A.; Rebours, B.; Milazzo, E.; Lynch, J.; Benazzi, E.; Lacombe, S.; Delevoye, L.; Fernandez, C.; Microporous Mesoporous Mater. 40, 73–83, 2000.
[19] Asadi, A.A.; Royaee, S.J.; Alavi, S.M.; Bazmi, M.; Fuel Process Technol. 187, 36–51, 2019.
[20] Wang, W.; Zhang, W.; Chen, Y.; Wen, X.; Li, H.; Yuan, D.; Guo, Q.; Ren, S.; Pang, X.; Shen, B.; J. Catal. 362, 94–105, 2018.
[21] Baerlocher, C.; McCusker, L.B.; Olson, DH.; Atlas of zeolite framework types. Elsevier, USA, 2007.
[22] Yue, MB.; Xue, T.; Jiao, WQ.; Wang, YM.; He, M-Y.; Microporous Mesoporous Mater. 159, 50–56, 2012.
[23] Li, K.; Valla, J.; Garcia-Martinez, J.; ChemCatChem 6, 46–66, 2014.
[24] Chen, X.; Liu, X.; Wang, L.; Li, M.; Williams, C.T.; Liang, C.H.; RSC Adv. 3, 1728-1731, 2013.
[25] Marín, C.; Escobar, J.; Galván, E.; Murrieta, F.; Zárate, R.; Vaca, H.; Fuel Process Technol. 86, 391–405, 2005.
[26] Kunisada, N.; Choi, K.-H.; Korai, Y.; Mochida, I.; Nakano, K.; Appl. Catal. A 276, 51–59, 2004.
[27] Dědeček, J.; Sobalík, Z.; Wichterlová, B.; Catal. Rev. 54, 135–223, 2012.
[28] Chen, W.; Maugé, F.; van Gestel, J.; Nie, H.; Li, D.; Long, X.; J. Catal. 304, 47–62, 2013.
[29] Han, W.; Nie, H.; Long, X.; Li, M.; Yang, Q.; Li, D.; Catal. Today 292, 58–66, 2017.