Catalytic essays and modeling of light olefin oligomerization

Abstract

Nos últimos anos tem-se observado um aumento da procura de diesel, comparativamente com a gasolina. A produção de gasolina aumentou à custa do aparecimento das unidades de FCC. Deparando com este facto, a produção de diesel tem de acompanhar a sua crescente procura, e essa reposta encontra-se precisamente nestas unidades de FCC. Aquando a formação de gasolina nestas unidades, um dos subprodutos gerados em maior quantidade é a corrente de olefinas leves. As olefinas, na presença de um catalisador, e sujeitas a alta pressão e temperatura formam produtos de elevado valor comercial na gama do diesel. Nesta dissertação foi estudada, precisamente, a oligomerização de olefinas leves através de ensaios catalíticos. O processo consiste na combinação no mesmo reator, de um catalisador zeolítico a 200 com uma alimentação de buteno, acompanhado de um caudal de inerte para diluição do reagente. A oligomerização do 1-buteno permite obter produtos na gama diesel C10 a C20. A instalação experimental foi montada no início da dissertação. Antes da sua utilização, sucessivas correcções a nível de fugas, durante vários ciclos de aquecimento, tiveram de ser efectuadas de modo a deixá-la operacional. Foi utilizada para activação do catalisador, calibração do GC e para a realização da oligomerização de 1-buteno. Foi utilizado o catalisador zeolítico H-ZSM-5 comercial (Zeolyst CBV 3024E com uma razão Si/Al=15). Este catalisador devido à sua microporosidade e estrutura permite a ocorrência de selectividade de forma, que favorece a formação de produtos lineares. A instalação foi testada e foram efectuadas experiências a alta pressão (30 bar), tendo sido possível obter produtos na gama do diesel. Estes produtos foram identificados por cromatografia gasosa com um detector FID acoplado. Um modelo de equilíbrio e cinética foi estudado e programado de modo a prever o comportamento da reacção através da variação do tempo adimensional de reacção, pressão, temperatura e da alimentação.

In past years it has been observed an increase demand of diesel compared to gasoline. The production of gasoline has increased significantly after the installation of FCC units. During gasoline production, light olefins are obtained as side product. These light olefins, in the presence of a catalyst and submitted to high temperature and pressure, form high commercial products in diesel range. In this work, 1-butene oligomerization via zeolite catalysis was studied. The process can be conducted in a reactor with an acid catalyst at 200 with 1-butene diluted in nitrogen (feed) to form products in diesel range (C10-C20). The experimental set-up was assembled at the beginning of the thesis. Before use, successive leak tests, consisting of heating-cooling cycles, have been performed to leave the equipment operational. The installation is able to carry out the catalyst activation and 1-butene oligomerization. With respect to the catalyst, commercial H-ZSM-5 (Zeolyst CBV 3024E, Si/Al=15) has been used. This catalyst due its microporosity and its structure provides shape selectivity, which favours the formation of more linear products. The installation was tested and several runs were performed at high pressure (30 bar), which allowed to obtain diesel range products. Their identification was accomplished by gas chromatography with FID detector. The modeling of literature data was studied in order to predict the reaction behaviour for distinct sets of reaction time, pressure, temperature and feed concentration.