Ağır reformat model bileşiminin toluen ile transalkilasyonuna metal yüklü zeolit katalizörlerin etkisi
Effect of metal loaded zeolite catalysts on transalkylation of heavy reformate model mixture and toluene
Yazar: CÜNEYT ALTINDAŞ
Danışman: PROF. DR. ALİ KARADUMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Beta zeoliti = Beta zeolite ; Ksilen = Xylene ; Palladyum = Palladium ; Seryum = Cerium ; Toluen = Toluene

Özet:
Petrokimya sanayi reforming prosesi ürünleri olan ağır ve hafif reformat, benzinin oktan sayısını atırmak için benzin bileşimine katılmaktadır. Son yıllarda hava kirliliğini önlemek amacıyla yapılan yasal düzenlemeler, benzin bileşiminin değiştirilmesini zorunlu kılmıştır. Aromatik oranının azaltılması sebebiyle benzin bileşenlerinden ağır reformatın benzine katkısı azalmış ve böylece ağır reformat petrol rafinerilerinde talep fazlası haline gelmiştir. Toluen ve ağır reformatın katalitik transalkilasyonu ile ksilen üretimi en yaygın değerlendirme biçimidir. Transalkilasyon katalizörlerinde hızlı kok birikimi, etilbenzen gibi yan ürünlerin oluşması, düşük seçimlilik gibi sorunlar mevcuttur. Mevcut problemlerin çözümünde geniş yüzey alanları, yüksek seçimlilikleri, prosesten çıkan atık miktarını azaltmaları ve korozif olmamaları gibi avantajlarından dolayı zeolit tipi katalizörler yoğun olarak çalışılmaktadır. 
Bu çalışmada, model ağır reformat karışımının toluen ile transalkilasyonu metal yüklü zeolit katalizör üzerinde incelenmiştir. Transalkilasyonda, Beta ve ZSM-5 zeolitlerine seryum ve paladyum metalleri yüklenerek metal yüklü zeolit katalizörler sentezlenmiş ve kullanılmıştır. Katalizörlerin karakterizasyonu SEM, EDS, XRF, FTIR ve BET ile gerçekleştirilmiştir. Katalitik transalkilasyon deneylerinde toluen/ağır reformat oranı (T:AR=1, 2, 0.5) alınarak hazırlanan besleme ile gerçekleştirilmiştir. Tepkime sıcaklığı 250, 300, 350, 400 °C ve boşluk akış hızı (WHSV) 2st-1 ve 5 st-1'dir. Gerçekleştirilen deneyler sonucu en yüksek ağır reformat dönüşümü T:AR=0.5 beslemesinde, %98 ile H-ZSM5 üzerinde 400°C ve WHSV=2st-1'de sağlanmıştır. Toluen dönüşümü, T:AR=2 beslemesinde, %96.18 ile Ce-ZSM5 üzerinde 400°C ve WHSV=2st-1'de elde edilmiştir. Ksilen seçimliliği, T:AR=2 beslemesinde, 47.05 ile Ce-Beta üzerinde 250°C ve WHSV=5st-1'de elde edilmiştir. Verim, T:AR=1 beslemesinde %45.62 ile Pd-Beta üzerinde 350°C'de WHSV=5 st-1'de maksimum değerini almıştır. Katalizörler üzerindeki kok birikimi %0.4-%1.7 arasındadır. ZSM-5 katalizörleri Beta zeolite göre kok birikimine daha dirençlidir.

Abstract:
Heavy and light reformate, products of the petrochemical industry reforming process, are added to the gasoline blend to increase the octane number of gasoline. Legal arrangements to prevent air pollution have made it necessary to change the gasoline composition. Due to the reduction of the aromatic ratio in the gasoline pool, the demand of heavy reformate (which is one of the gasoline blending streams.and the primary source of aromatics) has become a surplus in the oil refineries. Xylene production by catalytic transalkylation of toluene and heavy reformate is the most common evaluation way. Catalytic transalkylation processes include problems such as rapid coke deposition, the formation of by-products (ethylbenzene etc.), and low selectivity. Zeolite catalysts are utilized extensively in the solution of aforesaid issues because of their advantages such as large surface area, high selectivity, reducing the amount of waste coming out of the process and non-corrosive nature. Heavy and light reformate, products of the petrochemical industry reforming process, are added to the gasoline blend to increase the octane number of it. Xylene production by catalytic transalkylation of toluene and heavy reformate is the most common evaluation way.
In this study, transalkylation of the model heavy reformate mixture with toluene was investigated on the metal-incorporated zeolite catalyst. On the purpose of transalkylation, zeolite catalysts were synthesized and used by incorporating cerium and palladium metals to Beta and ZSM-5 zeolites. The characterization of the catalysts was carried out with SEM, EDS, XRF, FTIR and BET. Catalytic experiments were carried out under different feed compositions i.e. Toluene:Heavy Reformate (T:HR) (v/v)=1, 2, and 0.5. The reaction temperature is 250, 300, 350, 400 °C and WHSV is 2h-1 and 5h-1. The highest heavy reformate conversion (98%) and toluene conversion (96%) was observed over H-ZSM5 with T:HR=0.5 and achieved by Ce-ZSM5 with T:HR=2 respectively at 400°C and 2h-1. The maximum xylene selectivity (47.05) was obtained by Ce-Beta with T:HR=2 at 250°C and 5h-1. The yield reached to a maximum level of 45.62% over Pd-Beta with T:HR=1 at 350°C and 5h-1. The coke deposition on the catalysts varied between 0.4% and 1.7%. ZSM-5 catalysts are more resistant to coke formation than Beta zeolite.