2-methylpentane catalytic reactions on Pt(3%wt)-HNaβ-zeolite. Kinetic studies

Laboratoire d'Études de la Réactivité des Surfaces et Interfaces, UMR 7515 du CNRS, ECPM, Université Louis Pasteur, Institut Le Bel, 4 rue Blaise Pascal, 67070 Strasbourg cedex, France

Abstract

The system Pt(2.9 wt%)-HNaβ zeolite is an interesting catalyst for hydrocarbon reforming. Kinetic studies of 2-methylpentane reaction on this catalyst were performed. Apparent activation energies and reaction orders versus respectively temperature and partial pressures of hydrogen and hydrocarbon allowed us to explain the bifunctional behavior of this catalyst and to determine the respective function of the platinum and of the support. The reaction orders versus hydrocarbon do not vary with reaction temperature and are positive (+0.6±0.1), but the reaction orders versus hydrogen increases when the temperature increases from –0.3 at 160°C to 0 at 200°C. There are two groups of apparent activation energy values differing by about 10 Kcal/mol. The superior values are obtained for higher partial pressures of hydrogen or hydrocarbon (25±2 Kcal/mol) and the lower ones for lower partial pressures of hydrogen or hydrocarbon 16±2 (Kcal/mol). The reaction process would be at the metal-support interface. The adsorption step of 2-methylpentane would be a reactive (associative) adsorption step followed by a dissociative step of dehydrogenation leading to the most abundant surface intermediate (MASI). This kinetic process explains the experimental values.

Résumé

Le système Pt(2,9 % en masse)-HNa zéolithe β est un catalyseur intéressant pour le reformage des hydrocarbures. Nous avons effectué des études cinétiques de la réaction du 2-méthylpentane sur ce catalyseur. Les énergies d'activation et les ordres de réaction en fonction respectivement de la température et des pressions partielles d'hydrogène et d'hydrocarbure nous ont permis d'expliquer le caractère bifonctionnel et de déterminer respectivement la fonction du métal et du support. Les ordres de réaction par rapport à l'hydrocarbure ne varient pas avec la température de réaction et sont positifs (+0.6±0.1), mais les ordres de réaction par rapport à l'hydrogène augmentent quand la température croît de –0,3 à 160 °C à 0 à 200 °C. D'autre part, il existe deux groupes de valeurs d'énergies d'activation apparentes qui diffèrent d'environ 10 Kcal/mol. Les valeurs supérieures sont obtenues à hautes pressions partielles d'hydrogène ou d'hydrocarbure (25±2Kcal/mol) et les valeurs inférieures à basses pressions partielles d'hydrogène ou d'hydrocarbure (16±2 Kcal/mol). La réaction chimique se ferait à l'interface métal-support. L'étape d'adsorption du 2-méthylpentane serait une étape d'adsorption réactive (associative) suivie d'une étape dissociative de déshydrogénation conduisant à l'espèce intermédiaire la plus importante. Ce schéma cinétique explique les valeurs expérimentales.