دراسة تأثير التحميل المعدني النشط ضمن دعامة الكاما ألومينا على توزيع المنتج في التفاعلات الأيزومرية للهبتان العادي

المؤلفون

  • محمد خليل قسم الهندسة الكيمياوية/الجامعة التكنولوجية
  • زيدون محسن شكور قسم الهندسة الكيمياوية/الجامعة التكنولوجية
  • بشير يوسف الزيدي قسم الهندسة الكيمياوية/الجامعة التكنولوجية
  • ستار جليل حسين وزارة النفط/مركز البحث والتطوير النفطي

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v15i4.839

الكلمات المفتاحية:

Keywords: Alumina Oxide, Bifunctional nanocatalyst, n-Heptane hydroisomerization, acidity , conversion

الملخص

في هذا البحث، تمت معالجة المحفز الحمضي أحادي الوظيفة γ-Al2O3 باستخدام معدن Pt بنسبة تتراوح من 0.5 إلى 1% بالوزن للحصول على محفز نانوي ثنائي الوظيفة يمثله Pt/Al2O3، بغرض زيادة مواقع المعدن النشط على سطحه. وبالتالي تعزيز تفاعلات الهدرجة/نزع الهيدروجين المهمة للغاية في تحفيز التفاعلات الأيزومرية بوجود الهيدروجين للهبتان العادي برقم أوكتان يساوي صفر. أجريت التجارب في وحدة تجريبية عند درجة حرارة 230 درجة مئوية وتحت ضغط 5 بار وبوجود غاز الهيدروجين لغرض إنتاج وقود هيدروكربوني مرغوب فيه ذو رقم أوكتان عالي. تم استخدام عدد من تقنيات التوصيف، بما في ذلك XRD وSEM وEDX وBET وFTIR، لتقييم الخواص الفيزيائية للعوامل الحفازة. تمت مقارنة السلوك التحفيزي للمحفزات المحضرة من خلال حساب تحويل الهيدروكربونات المتكونة والانتقائية تجاه توليد الأيزومرات في منتجات التفاعل. أشارت نتائج المقارنة إلى أن التحويل والانتقائية والإنتاجية تتبع الترتيب التالي وفقًا للكفاءة الحفزية للمحفزات: wt% Pt/Al2O3 > 1wt% Pt/Al2O3 > γ-Al2O30.5 . تم العثور على أعلى نسبة تحويل وانتقائية وإنتاجية على سطح المحفز Pt/Al2O3 wt%0.5 وكانت 62.50 و80.96 و50.60 وزن% على التوالي، في حين تم العثور على أقل نسب وزن للمنتجات على سطح المحفز الاساسي γ-Al2O3 غير محمل بالمعدن، وكانت 52.8 و67.7 و35.75 للتحويل والانتقائية والإنتاجية على التوالي. وقد وجد أن زيادة نسبة التحميل المعدني من 0.5% إلى 1% بالوزن تؤدي إلى إغلاق عدد من فتحات المسام الموجودة على سطح المحفز مما يقلل من مساحته السطحية. كما أنه يسبب زيادة في نشاط أحماض لويس وبالتالي يؤدي الى التكسر السريع للهيدروكربونات المتفاعلة، مما ينتج عنه انخفاض في التحويل والانتقائية للأيزومرات.

المراجع

A. Faridkhou, J.-N. Tourvieille, and F. Larachi, “Reactions, hydrodynamics and mass transfer in micro-packed beds—Overview and new mass transfer data,” Chem. Eng. Process. Process Intensif., vol. 110, pp. 80–96, 2016.

E. Blomsma, 1JA Martens, and P. A. Jacobs, “Isomerization and hydrocracking of heptane over bimetallic bifunctional PtPd/H-beta and PtPd/USY zeolite catalysts,” J. Catal., vol. 165, no. 2, pp. 241–248, 1997.

M. R. Asrami, B. Nejati, A. Tavasoli, and A. Karimi, “PERFORMANCE ENHANCEMENT OF PT-RE/AL 2 O 3 NAPHTHA REFORMING NANOCATALYSTS USING MICROEMULSION TECHNIQUE.,” Pet. & Coal, vol. 58, no. 1, 2016.

Y. Zhu, Z. An, and J. He, “Single-atom and small-cluster Pt induced by Sn (IV) sites confined in an LDH lattice for catalytic reforming,” J. Catal., vol. 341, pp. 44–54, 2016.

D. Xu et al., “Highly dispersed single-atom Pt and Pt clusters in the Fe-modified kl zeolite with enhanced selectivity for n-heptane aromatization,” ACS Appl. Mater. & interfaces, vol. 11, no. 33, pp. 29858–29867, 2019.

F. Aberuagba and A. A. Susu, “Nitrogen influence on aromatic selectivity during n-heptane reforming on fresh and deactivating platinum/alumina and platinum--rhenium/alumina catalysts,” Chem. Eng. Process. Process Intensif., vol. 38, no. 3, pp. 179–196, 1999.

J. Szczygieł, “Optimising the porous structure of heterogeneous reforming catalysts with a globular model of the grain,” Comput. & Chem. Eng., vol. 35, no. 11, pp. 2334–2350, 2011.

G. Zhang et al., “Fe3+-Mediated Pt/Y Zeolite Catalysts Display Enhanced Metal--Bronsted Acid Interaction and Synergistic Cascade Hydrogenolysis Reactions,” Ind. & Eng. Chem. Res., vol. 59, no. 39, pp. 17387–17398, 2020.

Z. M. Shakor, A. A. AbdulRazak, and K. A. Sukkar, “A detailed reaction kinetic model of heavy naphtha reforming,” Arab. J. Sci. Eng., vol. 45, no. 9, pp. 7361–7370, 2020.

N. S. Ahmedzeki, B. A. Al-Tabbakh, M. B. Antwan, and S. Yilmaz, “Heavy naphtha upgrading by catalytic reforming over novel bi-functional zeolite catalyst,” React. Kinet. Mech. Catal., vol. 125, pp. 1127–1138, 2018.

C. Lin et al., “Effects of cerium doping on Pt--Sn/Al2O3 catalysts for n-heptane reforming,” Ind. & Eng. Chem. Res., vol. 59, no. 14, pp. 6424–6434, 2020.

K. Li et al., “Deactivation of Pt/KL catalyst during n-heptane aromatization reaction,” J. Catal., vol. 361, pp. 193–203, 2018.

Z. Zhang et al., “Thermally stable single atom Pt/m-Al2O3 for selective hydrogenation and CO oxidation,” Nat. Commun., vol. 8, no. 1, p. 16100, 2017.

A. J. Therrien et al., “An atomic-scale view of single-site Pt catalysis for low-temperature CO oxidation,” Nat. Catal., vol. 1, no. 3, pp. 192–198, 2018.

H. Fei et al., “General synthesis and definitive structural identification of MN4C4 single-atom catalysts with tunable electrocatalytic activities,” Nat. Catal., vol. 1, no. 1, pp. 63–72, 2018.

H. Yan et al., “Bottom-up precise synthesis of stable platinum dimers on graphene,” Nat. Commun., vol. 8, no. 1, p. 1070, 2017.

S. Vajda et al., “Subnanometre platinum clusters as highly active and selective catalysts for the oxidative dehydrogenation of propane,” Nat. Mater., vol. 8, no. 3, pp. 213–216, 2009.

L. Liu, U. Diaz, R. Arenal, G. Agostini, P. Concepcion, and A. Corma, “Generation of subnanometric platinum with high stability during transformation of a 2D zeolite into 3D,” Nat. Mater., vol. 16, no. 1, pp. 132–138, 2017.

A. Arcoya, X. L. Seoane, and J. M. Grau, “Dehydrocyclization of n-heptane over a PtBa/Kl catalyst: reaction mechanism,” Appl. Catal. A Gen., vol. 284, no. 1–2, pp. 85–95, 2005.

B. H. Davis, “Alkane dehydrocyclization mechanism,” Catal. today, vol. 53, no. 3, pp. 443–516, 1999.

P. MÉRIAUDEAU and C. NACCACHE, “Dehydrocyclization of alkanes over zeolite-supported metal catalysts: monofunctional or bifunctional route,” Catal. Rev., vol. 39, no. 1–2, pp. 5–48, 1997.

M. Hasan, A. M. Mohamed, and H. Al-Kandari, “Semi-industrial studies of Tungsten-based catalyst for hydroisomerization/hydrocracking of n-hexane and n-heptane,” Mol. Catal., vol. 452, pp. 1–10, 2018.

I. M. Kalashnikov, E. A. Belopukhov, T. I. Gulyaeva, M. D. Smolikov, D. I. Kir’yanov, and A. S. Belyi, “A study on stability of the Pt/Al2O3--BEA catalyst in hydroisomerization of the n-heptane/benzene mixture,” in AIP Conference Proceedings, 2019, vol. 2143, no. 1, p. 20027.

R. S. Hamied, Z. M. Shakor, A. H. Sadeiq, A. A. A. Razak, and A. T. Khadim, “Kinetic Modeling of Light Naphtha Hydroisomerization in an Industrial Universal Oil Products PenexTM Unit,” 2023.

B. Medellin, R. Gomez, and G. Del Angel, “Effect of Ge and CeO2 on Pt--Ge/Al2O3--CeO2 reforming catalysts,” Catal. Today, vol. 150, no. 3–4, pp. 368–372, 2010.

V. V Pashkov et al., “Synthesis and characterization of the Pt/Al 2 O 3 systems modified with group III (Ga) and Group IV (Ge, Ti, and Zr) elements in the combined conversion of propane and n-Heptane,” Kinet. Catal., vol. 55, pp. 79–86, 2014.

R. A. van Alst and others, “The Influence of Chlorine on the Performance of Pt/Al2O3/Zeolite Y Bifunctional Catalysts,” 2018.

M. Jahangiri, F. Salehirad, and S. Alijani, “Preparation of Pt/Al2O3-Cl catalyst and investigation of operating variables effects on isomerization reaction,” J. Chem. Pet. Eng., vol. 52, no. 1, pp. 13–21, 2018.

E. V Benvenutti, L. Franken, C. C. Moro, and C. U. Davanzo, “FTIR study of hydrogen and carbon monoxide adsorption on Pt/TiO2, Pt/ZrO2, and Pt/Al2O3,” Langmuir, vol. 15, no. 23, pp. 8140–8146, 1999.

L. O. Alemán-Vázquez, J. L. Cano-Dom’inguez, E. Torres-Garc’ia, and J. R. Villagómez-Ibarra, “Industrial aplication of catalytic systems for n-heptane isomerization,” Molecules, vol. 16, no. 7, pp. 5916–5927, 2011.

C. Huang et al., “Bimetallic Ni-Zn site anchored in siliceous zeolite framework for synergistically boosting propane dehydrogenation,” Fuel, vol. 307, p. 121790, 2022.

S. Wang et al., “Selective hydroisomerization of isobutane to n-butane over WO3-ZrO2 supported Ni-Cu alloy,” Fuel, vol. 280, p. 118274, 2020.

Y. Lyu, W. Zhan, X. Wang, Z. Yu, X. Liu, and Z. Yan, “Regulation of synergy between metal and acid sites over the Ni-SAPO-11 catalyst for n-hexane hydroisomerization,” Fuel, vol. 274, p. 117855, 2020.

J. Lee, E. J. Jang, D. G. Oh, J. Szanyi, and J. H. Kwak, “Morphology and size of Pt on Al2O3: The role of specific metal-support interactions between Pt and Al2O3,” J. Catal., vol. 385, pp. 204–212, 2020.

P. Zhao et al., “Understanding the Role of NbO x on Pt/Al2O3 for Effective Catalytic Propane Oxidation,” Ind. & Eng. Chem. Res., vol. 58, no. 48, pp. 21945–21952, 2019.

C. Evangelisti, L. A. Aronica, M. Botavina, G. Martra, C. Battocchio, and G. Polzonetti, “Chemoselective hydrogenation of halonitroaromatics over $γ$-Fe2O3-supported platinum nanoparticles: The role of the support on their catalytic activity and selectivity,” J. Mol. Catal. A Chem., vol. 366, pp. 288–293, 2013.

S. Komhom, O. Mekasuwandumrong, P. Praserthdam, and J. Panpranot, “Improvement of Pd/Al2O3 catalyst performance in selective acetylene hydrogenation using mixed phases Al2O3 support,” Catal. Commun., vol. 10, no. 1, pp. 86–91, 2008.

Q. Bai, D. Li, L. He, H. Xiao, N. Sui, and M. Liu, “Solvent-free selective hydrogenation of o-chloronitrobenzene to o-chloroaniline over alumina supported Pt nanoparticles,” Prog. Nat. Sci. Mater. Int., vol. 25, no. 3, pp. 179–184, 2015.

R. Garidzirai, P. Modisha, I. Shuro, J. Visagie, P. van Helden, and D. Bessarabov, “The effect of Mg and Zn dopants on Pt/Al2O3 for the dehydrogenation of perhydrodibenzyltoluene,” Catalysts, vol. 11, no. 4, p. 490, 2021.

Z. Y. Nuru et al., “Thermal stability of multilayered Pt-Al2O3 nanocoatings for high temperature CSP systems,” Vacuum, vol. 120, pp. 115–120, 2015.

L. Silva, E. Luis, and C. Ana, “Sulphur-Tolerant Catalyst for Use in Water-Gas Shift Reactions, and Water-Gas Shift Process,” Pat. WO2016197211Al, vol. 15, 2016.

A. H. Samia, M. S. Mohammed, S. Faramawy, S. A. Ahmed, and H. B. Ahmed, “Influence of Pt nanoparticles modified by La and Ce oxides on catalytic dehydrocyclization of n-alkanes,” Egypt. J. Pet., vol. 24, no. 2, pp. 163–174, 2015.

Y. H. Khalaf, B. Y. S. Al-Zaidi, and Z. M. Shakour, “Experimental and Kinetic Study of the Effect of using Zr-and Pt-loaded Metals on Y-zeolite-based Catalyst to Improve the Products of n-heptane Hydroisomerization Reactions,” Orbital Electron. J. Chem., pp. 153–167, 2022.

A. K. Dalai, R. Sethuraman, S. P. R. Katikaneni, and R. O. Idem, “Synthesis and characterization of sulfated titania solid acid catalysts,” Ind. & Eng. Chem. Res., vol. 37, no. 10, pp. 3869–3878, 1998.

A. Al-Shathr et al., “Experimental and kinetic studies of the advantages of coke accumulation over Beta and Mordenite catalysts according to the pore mouth catalysis hypothesis,” Catal. Commun., p. 106718, 2023.

B. Y. Al-Zaidi et al., “Hydroisomerisation and Hydrocracking of n-Heptane: Modelling and Optimisation Using a Hybrid Artificial Neural Network--Genetic Algorithm (ANN--GA),” Catalysts, vol. 13, no. 7, p. 1125, 2023.

H. A. Benesi, R. M. Curtis, and H. P. Studer, “Preparation of highly dispersed catalytic metals: Platinum supported on silica gel,” J. Catal., vol. 10, no. 4, pp. 328–335, 1968.

M. Vadi, “Investigation of Activity and Selectivity of n-Heptane by Reforming Pt-Ta Catalyst Supported on $γ$-Alumina,” 2010.

M. E. Potter, J. J. M. Le Brocq, A. E. Oakley, E. B. McShane, B. D. Vandegehuchte, and R. Raja, “Butane isomerization as a diagnostic tool in the rational design of solid acid catalysts,” Catalysts, vol. 10, no. 9, pp. 1–35, 2020, doi: 10.3390/catal10091099.

F. Ribeiro, C. Marcilly, and M. Guisnet, “Hydroisomerization of n-hexane on platinum zeolites. I. Kinetic study of the reaction on platinum/Y-zeolite catalysts: Influence of the platinum content,” J. Catal., vol. 78, no. 2, pp. 267–274, 1982, doi: 10.1016/0021-9517(82)90311-6.

M. Saito and T. Iwasaki, “Isomerization of Pentanes on Platinum/Rare Earths-Hydrogen-Zeolite Y Catalysts,” Bull. Japan Pet. Inst., vol. 18, no. 2, pp. 117–126, 1976.

F. R. Ribeiro, “Use of platinum HY zeolite and platinum H mordenite in the hydroisomerization of n-hexane,” Zeolites Sci. Technol., pp. 545–569, 1984.

التنزيلات

منشور

2025-12-21

كيفية الاقتباس

(1)
Khalil, M. .; Shakor, Z. M. .; Al-Zaidi, B. Y.; hussein, S. J. دراسة تأثير التحميل المعدني النشط ضمن دعامة الكاما ألومينا على توزيع المنتج في التفاعلات الأيزومرية للهبتان العادي. Journal of Petroleum Research and Studies 2025, 15, 88-108.

الأعمال الأكثر قراءة لنفس المؤلف/المؤلفين