Catalyst optimization for enhanced propylene formation in the methanol-to-olefins reaction

Abstract

ZSM-5 zeolites possessing different chemical compositions, acidities and crystal sizes, were synthesized and characterized by XRD, SEM and FTIR. Those as-prepared acid catalysts were tested in the conversion of methanol into light olefins at 673 K under atmospheric pressure. Propylene-to-ethylene ratios above 5 were achieved over ZSM-5 zeolite catalyst prepared via the fluoride route. This promising methanol-to-propylene (MTP) catalyst was designed both at the molecular scale, exhibiting low Brønsted acid site density , and at the microscopic level since large crystals (25 μm) with few defects were obtained. Aiming in a possible industrial application, the synthesis medium has to be seriously modified, thus avoiding harmful hydrofluoric acid use. Hydrochloric and phosphoric acids were therefore chosen as alternatives and resulted in the same ZSM-5 crystal morphologies and similar catalytic performance. De nos jours, les procédés de conversion du méthanol en oléfines légères (MTO) et plus particulièrement du méthanol en propylène (MTP) sont considérés comme des voies attractives et viables pour la valorisation des ressources en gaz naturel. Notre stratégie est de développer un catalyseur zéolithique de type ZSM-5, via la synthèse en milieu fluorure , ayant des propriétés désirées pour la réaction MTP effectuée à 400 °C. Un catalyseur présentant une densité de sites acides faible et une taille de cristal de 25 μm a démontré des performances intéressantes. De plus, nous avons été en mesure de substituer l’acide fluorhydrique par de l’acide phosphorique dans le gel de synthèse et ainsi développer une voie plus écocompatible pour le design du catalyseur.