Συγκριτική αξιολόγηση καταλυτών νικελίου και κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ

• Κύριος συγγραφέας: Γιαννακοπούλου, Ναταλία
• Άλλοι συγγραφείς: Κορδούλης, Χρήστος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2019
• Θέματα: Καταλύτες; Νικέλιο; Κοβάλτιο; Αλουμίνα; Συγκαθίζηση; Υδρογονοεπεξεργασία; Τηγανέλαια; Υδρογονάνθρακες; Πράσινο ντίζελ; Εκλεκτική αποξυγόνωση; Catalysts; Nickel; Cobalt; Alumina; Coprecipitation; Hydroprocessing; Waste cooking oils; Hydrocarbons; Green diesel; Selective deoxygenation; 665.37

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκαν καταλύτες νικελίου και κοβαλτίου στηριγμένοι σε οξείδιο του αργιλίου (Ni/Al2O3 και Co/Al2O3), με περιεκτικότητα 60% κ.β. σε νικέλιο και κοβάλτιο αντίστοιχα (60NiAl και 60CoAl), για τη μετατροπή των τηγανελαίων σε ανανεώσιμο ντίζελ (πράσινο ντίζελ), μέσω της εκλεκτικής αποξυγόνωσης που επιτυγχάνεται με υδρογονοεπεξεργασία. Βασικός στόχος ήταν η σύγκριση των δύο καταλυτών κάτω από τις ίδιες συνθήκες για την ανάδειξη του καταλληλότερου προς παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ. Οι δύο καταλύτες παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της συγκαθίζησης από ευδιάλυτα νιτρικά άλατα κοβαλτίου, νικελίου και αργιλίου σε αλκαλικό pH. Η συγκαθίζηση διήρκησε περίπου 4 ώρες με πρωταρχικό σκοπό την παραγωγή στερεών όσο γίνεται πιο ομοιογενών, στα οποία τα μεταλλικά ιόντα θα αναμιγνύονται όσο γίνεται περισσότερο και στις αναλογίες που επιβάλλουν οι συστάσεις των τελικών καταλυτών. Ακολούθησε η ξήρανση των δειγμάτων και η ενεργοποίησή τους μέσω αναγωγής με υδρογόνο. Τα δείγματα χαρακτηρίστηκαν ως προς την ειδική τους επιφάνεια, τον όγκο και την κατανομή μεγέθους των πόρων τους μέσω της μεθόδου ρόφησης – εκρόφησης αζώτου σε θερμοκρασία υγρού αζώτου (BET). Χαρακτηρίστκαν, επίσης, ως προς την αναγωγιμότητά τους μέσω της θερμοπρογραμματισμένης αναγωγής με υδρογόνο (Η2-TPR) και την επιφανειακή τους οξύτητα μέσω της θερμοπρογραμματισμένης εκρόφησης αμμωνίας (TPD-NH3), ως προς τη φύση και το μέγεθος των κρυσταλλικών φάσεων με τη μέθοδο περίθλασης ακτίνων – Χ (XRD) και ως προς τη δομή μέσω της φασματοσκοπίας υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (FT-IR). Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων έδειξε ότι ακολουθώντας την παραπάνω μέθοδο, παρασκευάσαμε καταλύτες με επιθυμητές ιδιότητες υφής: μεγάλη ειδική επιφάνεια, κατάλληλο πορώδες και διάμετρο πόρων στην περιοχή των μεσοπόρων. Ο χαρακτηρισμός των καταλυτών μετά την ενεργοποίησή τους έδειξε την παρουσία των φάσεων Ni, NiO και NiAl2O4 για τον καταλύτη 60NiAl και των φάσεων Co, Co, CoAl2O4 για τον καταλύτη 60CoAl, με πολύ μικρούς νανοκρυστάλλους. Οι καταλυτικές δοκιμές έγιναν στους 310ο C και σε πίεση υδρογόνου 40 atm χρησιμοποιώντας 1 g καταλύτη και 100 ml τηγανελαίων σε αντιδραστήρα ημιδιαλείποντος έγου υψηλής πίεσης. Ο χρόνος αντίδρασης για κάθε προς μελέτη καταλύτη ήταν 9 ώρες και κάθε μία ώρα γινόταν δειγματοληψία. Τα υγρά δείγματα που ελήφθησαν κατά την 9η ώρα από τον αντιδραστήρα αναλύθηκαν σε αέριο χρωματογράφο. Τα δύο δείγματα αποδείχτηκε πως είναι πολύ αποτελεσματικά στην εκλεκτική αποξυγόνωση των τριγλυκεριδίων των τηγανελαίων, αφού οδήγησαν στην παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ. Ωστόσο, ο 60CoAl αναδείχθηκε ως ο αποδοτικότερος, οδηγώντας σε 100% μετατροπή του τηγανελαίου και παρουσιάζοντας απόδοση 83,4% σε ανανεώσιμο ντίζελ. Ο καταλύτης 60NiAl επιταχύνει κυρίως τις αντιδράσεις deCOx, ενώ ο καταλύτης 60CoAl επιταχύνει εξίσου τόσο τις αντιδράσεις deCOx όσο και την HDO. Ο καταλύτης 60CoAl εκτός των αντιδράσεων deCOx και HDO λόγω της αυξημένης οξύτητας του προωθεί και αντιδράσεις υδρογονοπυρόλυσης.