Orientador: Gustavo Paim Valença

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A peneira molecular SAPO-34 foi sintetizada pelo método de cristalização hidrotérmica com razões molares de 'SiO IND. 2/Al IND. 2 O IND. 3' (SAR) de 0,3, 0,5 e 0,7. As amostras foram secas e calcinadas para serem utilizadas na reação catalítica de conversão de metanol para olefinas leves...

Resumo: A peneira molecular SAPO-34 foi sintetizada pelo método de cristalização hidrotérmica com razões molares de 'SiO IND. 2/Al IND. 2 O IND. 3' (SAR) de 0,3, 0,5 e 0,7. As amostras foram secas e calcinadas para serem utilizadas na reação catalítica de conversão de metanol para olefinas leves (eteno e propeno). Os sólidos foram caracterizados e foi observado através da técnica de difração de raios-X que a fase chabasita (CHA) correspondente à peneira molecular SAPO-34 foi formada. A fase AlPO-5 (AFI) também foi observada como fase contaminante deste zeólito. As medidas de área superficial (BET) obtidas através da adsorção de N2 apresentaram valores para a SAPO-34 com SAR de 0,3, 05 e 0,7 de 549, 337 e 122 m2 g-1, respectivamente, sugerindo que ocorrem reduções significativas das áreas superficiais quando o teor de Si é aumentado. Com os resultados de microscopia eletrônica de varredura foram observados estruturas uniformes cúbicas e romboédricas típicas da morfologia da SAPO-34. Os testes catalíticos foram realizados em fase gasosa em reator de leito fixo construído em quartzo nas temperaturas de 600, 625, 650, 675, 700, 725 e 750 K para a SAPO-34 com SAR de 0,3 e 700 e 750 K para SAPO-34 com SAR de 0,5 e 0,7. A massa de catalisador utilizada foi de 0,020 g com pressão de vapor de metanol de 0,04 bar e fluxo de nitrogênio de 160 mL 'min POT.-1', fornecendo um WHSV (Weight Hourly Space Velocity) de 1,47 x10-1 s-1 e um tempo de contato (razão W/F) de 0,05 g h mol-1. Os produtos identificados por cromatografia gasosa com a coluna empacotada Porapak - Q foram água, metano, eteno e propeno, quantificados a partir de curvas de calibração obtidas pela injeção de padrões de alta pureza cromatográfica. O dimetiléter foi quantificado a partir do balanço de massa obtido a partir dos coeficientes estequiométricos da reação em função da água. O catalisador que apresentou maior rendimento inicial a propeno e eteno foi a SAPO-34 com SAR de 0,3 nas temperaturas de 675, 725 e 750 K que foram superiores a 80%, enquanto os outros dois catalisadores (SAR de 0,5 e 0,7) apresentaram rendimentos inferiores a 70%. Foram realizados também estudos de atividade catalítica para determinação das constantes de desativação da equação de Voorhies e determinação da ordem de desativação catalítica

Abstract: The molecular sieve SAPO-34 was synthesized by hydrothermal crystallization with molar ratios of 'SiO IND. 2/Al IND. 2 O IND. 3' (SAR) of 0.3, 0.5 and 0.7. The samples were dried, calcined and characterized in order to be used in the catalytic conversion of methanol to light olefins...

Abstract: The molecular sieve SAPO-34 was synthesized by hydrothermal crystallization with molar ratios of 'SiO IND. 2/Al IND. 2 O IND. 3' (SAR) of 0.3, 0.5 and 0.7. The samples were dried, calcined and characterized in order to be used in the catalytic conversion of methanol to light olefins (ethylene and propylene). The formation of the chabazite (CHA) phase, corresponding to SAPO-34, was proved by X-Ray diffraction analysis, as well as the contamination of the zeolite with the AlPO-5 (AFI) phase. Nitrogen adsorption showed BET surface areas for the SAPO-34 with SAR of 0.3, 0.5 and 0.7 of 549, 337 and 122 m2 g-1, respectively, suggesting that the surface area decreases significantly with a rising Si content. Uniform cubic and rhombohedral structures, typical for the SAPO-34 morphology, were observed by scanning electron microscopy. Catalytic tests were carried out in gas phase in a fixed bed quartz reactor at various temperatures between 600 and 750 K for SAPO-34 with a SAR of 0.3 and at 700 and 750 K for SAPO-34 with SARs of 0.5 and 0.7. The utilized catalyst mass was 0.020 g, the methanol vapor pressure was 0.04 bar and the total flux of methanol and nitrogen added up to 160 mL min-1, resulting in a weight hourly space velocity (WHSV) of 1,47 × 10-1 s-1 and a mass/flow ratio (W/F) of 0.05 g h mol-1. The reaction products, identified by gas chromatography employing a packed Porapak - Q column and quantified with calibration curves obtained by injection of highly pure standard samples, were water, methane, ethylene and propylene. The quantification of dimethyl ether was based on the mass balance and the reaction stoichiometry as a function of water. The catalyst exhibiting the highest initial ethylene and propylene yield was a SAPO-34 with a SAR of 0.3 at temperatures of 675, 725 and 750 K, reaching more than 80% yield, while the other catalysts (SARs of 0.5 and 0.7) showed yields of less than 70%. Studies of catalytic activity also were carried out in order to determine the deactivation constants of the Voorhies' equation and the order of catalytic deactivation