Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη καταλυτών για τη μετατροπή τηγανελαίων σε ανανεώσιμο-πράσινο ντίζελ, μέσω εκλεκτικής αποξυγόνωσης που επιτυγχάνεται με υδρογονοεπεξεργασία. Για την επίτευξη αυτού του στόχου παρασκευάστηκε μια σειρά καταλυτών κοβαλτίου-μολυβδαινίου (CoMo) στ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2019
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/11933 |
| id |
nemertes-10889-11933 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ντίζελ Καταλύτες Υδρογονοαποξυγόνωση Diesel Catalysts Hydrodeoxygenation 665.37 |
| spellingShingle |
Ντίζελ Καταλύτες Υδρογονοαποξυγόνωση Diesel Catalysts Hydrodeoxygenation 665.37 Ντεκουμέ, Διονυσία Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ |
| description |
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη καταλυτών για τη μετατροπή τηγανελαίων σε ανανεώσιμο-πράσινο ντίζελ, μέσω εκλεκτικής αποξυγόνωσης που επιτυγχάνεται με υδρογονοεπεξεργασία. Για την επίτευξη αυτού του στόχου παρασκευάστηκε μια σειρά καταλυτών κοβαλτίου-μολυβδαινίου (CoMo) στηριγμένων σε αλούμινα (Al2O3) με διάφορες περιεκτικότητες σε κοβάλτιο-μολυβδαίνιο διατηρώντας σταθερή τη συνολική ποσότητα των δύο μετάλλων (60% κ.β.) και μεταβάλλοντας την ατομική αναλογία Co/(Co+Mo) στην περιοχή 0,86-1,0. Για την παρασκευή αυτών των καταλυτών υιοθετήθηκε η μέθοδος της συγκαθίζησης.
Η καταλυτική συμπεριφορά των δειγμάτων αξιολογήθηκε σε αντιδραστήρα ημιδιαλείποντος έργου στους 310 oC και σε πίεση υδρογόνου 40 atm, χρησιμοποιώντας 1 g καταλύτη και 100 mL τηγανέλαιου. Kάθε καταλυτική δοκιμή διαρκούσε 9 ώρες και κάθε μία ώρα γινόταν δειγματοληψία. Τα δείγματα που λήφθηκαν από τον αντιδραστήρα αναλύθηκαν σε αέριο χρωματογράφο έτσι ώστε να προσδιοριστούν τα προϊόντα της αντίδρασης και η απόδοση στο επιθυμητό προϊόν που είναι οι υδρογονάνθρακες.
Η δομή και η υφή αυτών των δειγμάτων μελετήθηκαν με διάφορες φυσικοχημικές μεθόδους (Ρόφηση-Εκρόφηση Αζώτου, Περίθλαση Ακτίνων-Χ, Υπέρυθρη Φασματοσκοπία με Μετασχηματισμό Fourier, Θερμοπρογραμματισμένη Αναγωγή με Η2 και Θερμοπρογραμματισμένη Εκρόφηση Αμμωνίας), ώστε να συνδεθεί η καταλυτική τους συμπεριφορά με τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες.
Η μελέτη αυτή επέτρεψε να εξαχθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα:
1) Η μέθοδος της συγκαθίζησης οδήγησε στην παρασκευή καταλυτών με μεσοπορώδη υφή και σχετικά μεγάλες ειδικές επιφάνειες (102-148 m2/g). Η αύξηση του ποσοστού του Μο είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της ειδική επιφάνειας.
2) Οι κρυσταλλικές φάσεις που ανιχνεύτηκαν μέσω περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD) ήταν το μεταλλικό Co, το CoO και το CoAl2O4. Η ύπαρξη του CoO επιβεβαιώθηκε και με υπέρυθρη φασματοσκοπία Fourier (FTIR).
3) Τα πειράματα θερμοπρογραμματισμένης αναγωγής με υδρογόνο (Η2-TPR) απεκάλυψαν ότι κατά την παρασκευή των καταλυτών δημιουργούνται διάφορα κοβαλτικά και μολυβδαινικά είδη. Τέλος, πειράματα θερμοπρογραμματισμένης εκρόφησης αμμωνίας (ΝΗ3-TPD) έδειξαν ότι οι όξινες θέσεις των καταλυτών είναι ασθενούς και μέτριας ισχύος, ενώ η συνολική τους ποσότητα αυξάνει με το ποσοστό του Mo.
4) Ο μονομεταλλικός καταλύτης κοβαλτίου παρουσίασε αξιόλογη καταλυτική δραστικότητα για τη μετατροπή των τηγανελαίων σε πράσινο ντίζελ. Η προσθήκη μικρής ποσότητας Μο δεν επηρέασε την καταλυτική του συμπεριφορά. Έτσι, οι αντίστοιχοι καταλύτες εμφάνισαν τη μεγαλύτερη απόδοση σε υδρογονάνθρακες, γεγονός που τους καθιστά πολλά υποσχόμενους για τη μετατροπή τηγανελαίων σε ανανεώσιμο ντίζελ μέσω εκλεκτικής αποξυγόνωσης.
5) Αντίθετα, η προσθήκη μεγάλων ποσοστών Μο οδηγεί σε μείωση της δραστικότητας επηρεάζοντας σημαντικά το μηχανισμό της εκλεκτικής αποξυγόνωσης, καθώς ευνοεί την υδρογονοαποξυγόνωση έναντι της αποκαρβονυλίωσης/αποκαρβοξυλίωσης. |
| author2 |
Κορδούλης, Χρήστος |
| author_facet |
Κορδούλης, Χρήστος Ντεκουμέ, Διονυσία |
| format |
Thesis |
| author |
Ντεκουμέ, Διονυσία |
| author_sort |
Ντεκουμέ, Διονυσία |
| title |
Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ |
| title_short |
Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ |
| title_full |
Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ |
| title_sort |
ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ |
| publishDate |
2019 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/11933 |
| work_keys_str_mv |
AT ntekoumedionysia anaptyxēenischymenōnkatalytōnkobaltiougiatēnparagōgēananeōsimountizel AT ntekoumedionysia developmentofpromotedcobaltcatalystsfortheproductionofrenewablediesel |
| _version_ |
1771297265007198208 |
| spelling |
nemertes-10889-119332022-09-05T14:11:48Z Ανάπτυξη ενισχυμένων καταλυτών κοβαλτίου για την παραγωγή ανανεώσιμου ντίζελ Development of promoted cobalt catalysts for the production of renewable diesel Ντεκουμέ, Διονυσία Κορδούλης, Χρήστος Κορδούλης, Χρήστος Καραπαναγιώτη, Χρυσή Μπουρίκας, Κυριάκος Ntekoume, Dionysia Ντίζελ Καταλύτες Υδρογονοαποξυγόνωση Diesel Catalysts Hydrodeoxygenation 665.37 Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη καταλυτών για τη μετατροπή τηγανελαίων σε ανανεώσιμο-πράσινο ντίζελ, μέσω εκλεκτικής αποξυγόνωσης που επιτυγχάνεται με υδρογονοεπεξεργασία. Για την επίτευξη αυτού του στόχου παρασκευάστηκε μια σειρά καταλυτών κοβαλτίου-μολυβδαινίου (CoMo) στηριγμένων σε αλούμινα (Al2O3) με διάφορες περιεκτικότητες σε κοβάλτιο-μολυβδαίνιο διατηρώντας σταθερή τη συνολική ποσότητα των δύο μετάλλων (60% κ.β.) και μεταβάλλοντας την ατομική αναλογία Co/(Co+Mo) στην περιοχή 0,86-1,0. Για την παρασκευή αυτών των καταλυτών υιοθετήθηκε η μέθοδος της συγκαθίζησης. Η καταλυτική συμπεριφορά των δειγμάτων αξιολογήθηκε σε αντιδραστήρα ημιδιαλείποντος έργου στους 310 oC και σε πίεση υδρογόνου 40 atm, χρησιμοποιώντας 1 g καταλύτη και 100 mL τηγανέλαιου. Kάθε καταλυτική δοκιμή διαρκούσε 9 ώρες και κάθε μία ώρα γινόταν δειγματοληψία. Τα δείγματα που λήφθηκαν από τον αντιδραστήρα αναλύθηκαν σε αέριο χρωματογράφο έτσι ώστε να προσδιοριστούν τα προϊόντα της αντίδρασης και η απόδοση στο επιθυμητό προϊόν που είναι οι υδρογονάνθρακες. Η δομή και η υφή αυτών των δειγμάτων μελετήθηκαν με διάφορες φυσικοχημικές μεθόδους (Ρόφηση-Εκρόφηση Αζώτου, Περίθλαση Ακτίνων-Χ, Υπέρυθρη Φασματοσκοπία με Μετασχηματισμό Fourier, Θερμοπρογραμματισμένη Αναγωγή με Η2 και Θερμοπρογραμματισμένη Εκρόφηση Αμμωνίας), ώστε να συνδεθεί η καταλυτική τους συμπεριφορά με τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Η μελέτη αυτή επέτρεψε να εξαχθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα: 1) Η μέθοδος της συγκαθίζησης οδήγησε στην παρασκευή καταλυτών με μεσοπορώδη υφή και σχετικά μεγάλες ειδικές επιφάνειες (102-148 m2/g). Η αύξηση του ποσοστού του Μο είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της ειδική επιφάνειας. 2) Οι κρυσταλλικές φάσεις που ανιχνεύτηκαν μέσω περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD) ήταν το μεταλλικό Co, το CoO και το CoAl2O4. Η ύπαρξη του CoO επιβεβαιώθηκε και με υπέρυθρη φασματοσκοπία Fourier (FTIR). 3) Τα πειράματα θερμοπρογραμματισμένης αναγωγής με υδρογόνο (Η2-TPR) απεκάλυψαν ότι κατά την παρασκευή των καταλυτών δημιουργούνται διάφορα κοβαλτικά και μολυβδαινικά είδη. Τέλος, πειράματα θερμοπρογραμματισμένης εκρόφησης αμμωνίας (ΝΗ3-TPD) έδειξαν ότι οι όξινες θέσεις των καταλυτών είναι ασθενούς και μέτριας ισχύος, ενώ η συνολική τους ποσότητα αυξάνει με το ποσοστό του Mo. 4) Ο μονομεταλλικός καταλύτης κοβαλτίου παρουσίασε αξιόλογη καταλυτική δραστικότητα για τη μετατροπή των τηγανελαίων σε πράσινο ντίζελ. Η προσθήκη μικρής ποσότητας Μο δεν επηρέασε την καταλυτική του συμπεριφορά. Έτσι, οι αντίστοιχοι καταλύτες εμφάνισαν τη μεγαλύτερη απόδοση σε υδρογονάνθρακες, γεγονός που τους καθιστά πολλά υποσχόμενους για τη μετατροπή τηγανελαίων σε ανανεώσιμο ντίζελ μέσω εκλεκτικής αποξυγόνωσης. 5) Αντίθετα, η προσθήκη μεγάλων ποσοστών Μο οδηγεί σε μείωση της δραστικότητας επηρεάζοντας σημαντικά το μηχανισμό της εκλεκτικής αποξυγόνωσης, καθώς ευνοεί την υδρογονοαποξυγόνωση έναντι της αποκαρβονυλίωσης/αποκαρβοξυλίωσης. The aim of the present thesis is the development of catalysts for the conversion of waste cooking oil into renewable-green diesel via selective deoxygenation achieved by hydroprocessing. So, a series of cobalt-molybdenum catalysts (CoMo) supported on alumina (Al2O3) was prepared with various cobalt-molybdenum loadings, keeping constant the total metal loading (60 wt %) and varying the atomic ratio Co/(Co+Mo) in the range 0.86-1.0. The co-precipitation method has been adopted for the catalysts’ preparation. The catalytic behavior of the samples was evaluated in a semi-batch reactor at 310 oC and 40 atm of hydrogen pressure using 1 g of catalyst and 100 mL waste cooking oil. Each catalytic test lasted 9 hours and sampling of the liquid reaction mixture was performed in 1h intervals. The samples taken from the reactor were analyzed in gas chromatograph so that was determined the reaction products and the yield of the desired product which are hydrocarbons. The structure and the texture of the prepared samples were studied using various physicochemical methods (N2-physisorption, X-ray diffraction, FTIR, Temperature programmed reduction with H2 and Temperature programmed desorption of NH3) in order correlations between physicochemical properties and catalytic behavior to be established. This study has led to the following conclusions: 1) Co-precipitation resulted to mesoporous catalysts preparation with relatively large specific surface areas (102-148 m2/g). The increase of Mo loading provoked an increase of the specific surface area values. 2) The crystal phases detected in the prepared catalysts by X-ray diffraction (XRD) were those of metallic Co, CoO and CoAl2O4. CoO formation was also confirmed by FTIR. 3) Η2-TPR experiments revealed the formation of various cobalt and molybdenum phases upon catalysts preparation. Finally, ΝΗ3-TPD experiments indicated that all the prepared catalysts possess mainly weak and moderate acid sites, the total number of which increases with Mo loading. 4) The monometallic Co catalyst exhibited significant catalytic activity for the transformation of waste cooking oils to green diesel. The addition of low Mo amount in this catalyst did not affect its catalytic activity. Thus, the corresponding samples exhibited the highest yield of hydrocarbons, being the most promising for the transformation of waste cooking oils to renewable diesel via selective deoxygenation. 5) In contrast, the addition of higher amount of Mo results to the activity decrease, affecting drastically the selective deoxygenation mechanism, as it favors the hydrodeoxygenation pathway instead of decarbonylation/decarboxylation ones. 2019-02-01T19:26:55Z 2019-02-01T19:26:55Z 2018-10-15 Thesis http://hdl.handle.net/10889/11933 gr 0 application/pdf |
