Καταλυτική μετατροπή μεθανόλης σε DME σε μίνι-κλίμακας εργαστηριακό αντιδραστήρα

Καλλίτσης, Κωνσταντίνος; Kallitsis, Konstantinos

dc.contributor.author	Καλλίτσης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Kallitsis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2017-07-27T08:34:01Z
dc.date.available	2017-07-27T08:34:01Z
dc.date.issued	2017-07-27
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45394
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14192
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διμεθυλαιθέρας	el
dc.subject	Αφυδάτωση μεθανόλης	el
dc.subject	Αλούμινα	el
dc.subject	Ζιρκονία	el
dc.subject	Εσωτερικά φαινόμενα διάχυσης	el
dc.subject	Dimethyl ether	en
dc.subject	DME	el
dc.subject	Methanol dehydration	el
dc.subject	Alumina	el
dc.subject	Zirconia	el
dc.subject	Internal diffusion effects	el
dc.title	Καταλυτική μετατροπή μεθανόλης σε DME σε μίνι-κλίμακας εργαστηριακό αντιδραστήρα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική τεχνολογία και μηχανική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/26ef8a85171bd6096109bf5b78a055756bca69b8
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-29
heal.abstract	Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της καταλυτικής αφυδάτωσης μεθανόλης για την παραγωγή DME. Το DME αποτελεί ένα εναλλακτικό, μη πετρελαϊκής προέλευσης καύσιμο, με παρόμοιες ιδιότητες με το υγραέριο, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο του ντίζελ. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η κινητική μελέτη της αντίδρασης αφυδάτωσης της μεθανόλης σε καταλύτες με βάση αλούμινα και η σύγκριση της δραστικότητάς τους. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε μίνι-κλίμακας, σπειροειδή, εργαστηριακό αντιδραστήρα σταθερής κλίνης. Στους πρώτους κύκλους πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε ως τροφοδοσία διάλυμα μεθανόλης σε κανονικό-εξάνιο, συγκέντρωσης 3% κατά βάρος. Όμως, η μεθοδολογία αυτή εγκαταλείφτηκε, λόγω ασταθειών που παρατηρήθηκαν στο μίγμα εξόδου. Αντίθετα, αξιόπιστα πειραματικά δεδομένα προέκυψαν από πειράματα στα οποία ως τροφοδοσία χρησιμοποιήθηκε καθαρή μεθανόλη. Ως αέριος φορέας της υγρής τροφοδοσίας χρησιμοποιήθηκε H2. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε πίεση 30 atm, σε θερμοκρασιακό εύρος 220-325οC και σε ροές υγρής και αέριας τροφοδοσίας 3-9 g/h και 0,5-2 NL/h, αντίστοιχα. Οι καταλύτες που εξετάστηκαν ήταν μία εμπορική Al2O3 σε μεγέθη 0,315-0,5 mm και 1,8 mm και τρεις εργαστηριακά παρασκευασμένοι καταλύτες Al2O3-ZrO2, με συγκέντρωση Zr 0, 5 και 10% κατά βάρος, σε μέγεθος 0,315-0,5 mm. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο εμπορικός καταλύτης Al2O3 παρουσιάζει σημαντική καταλυτική δραστικότητα στο θερμοκρασιακό εύρος 275-320οC. Κατά την επεξεργασία θεωρήθηκαν τρία κινητικά μοντέλα αμφίδρομής αντίδρασης, δεύτερης τάξης ως προς μεθανόλη και πρώτης τάξης ως προς DME και νερό. Το πρώτο, το οποίο δεν περιείχε όρους ανάσχεσης, δεν έδειξε καλή προσαρμογή στα πειραματικά δεδομένα. Τα άλλα δύο περιείχαν στον παρανομαστή όρο ανάσχεσης μεθανόλης, υψωμένο στην πρώτη και στο τετράγωνο. Και τα δύο μοντέλα με ανάσχεση παρουσίασαν ικανοποιητική προσαρμογή, ενώ, η φαινόμενη ενέργεια ενεργοποίησης προέκυψε 94,02 kJ/mol και 93,13 kJ/mol, αντίστοιχα. Οι κινητικές παράμετροι των δύο μοντέλων προσδιορίστηκαν με εφαρμογή της μεθόδου αριστοποίησης Nelder-Mead. Με αξιοποίηση των πειραματικών δεδομένων που προέκυψαν με τον εμπορικό καταλύτη Al2O3 μεγέθους 1,8 mm, πραγματοποιήθηκε μελέτη των εσωτερικών φαινομένων διάχυσης. Οι παράγοντες αποτελεσματικότητας προσδιορίστηκαν πολύ κοντά στη μονάδα, γεγονός που υποδηλώνει απουσία διαχυτικών περιορισμών. Όσον αφορά τους εργαστηριακούς καταλύτες, διαπιστώθηκε ότι και οι τρεις παρουσίασαν πολύ μικρότερη δραστικότητα από τον εμπορικό, με τον καταλύτη Al2O3-ZrO2 με συγκέντρωση Zr 10% να παρουσιάζει την μεγαλύτερη δραστικότητα, σε σχέση με τους άλλους δύο.	el
heal.abstract	The subject of this diploma thesis is the study of catalytic dehydration of methanol for the production of DME. DME is an alternative, non-petroleum derived fuel with similar properties to LPG, which can be used as a substitute for diesel. The aim of the diploma thesis is the kinetic study of the dehydration reaction of methanol over alumina based catalysts and the comparison of their activity. For this reason experiments were performed on a mini-scale, spiral, fixed bed laboratory reactor. In the first experiments a solution of methanol in normal-hexane, 3% by weight, was used as feed. However, this methodology was abandoned due to instability observed in the output mixture. Instead, reliable experimental data resulted from experiments in which pure methanol was used as feed. H2 was used as the carrier gas of the liquid feed. The experiments were carried out at pressure of 30 atm, in temperature range of 220-325οC and in liquid and gaseous feed flow rates of 3-9 g/h and 0,5-2 NL/h, respectively. The catalysts tested were a commercial Al2O3, in sizes of 0,315-0,5 mm and 1,8 mm and three laboratory-prepared Al2O3-ZrO2 catalysts with a Zr concentration of 0, 5 and 10% by weight, in size of 0,315-0,5 mm. The results showed that the commercial catalyst Al2O3 was significantly active in the temperature range 275-320οC. Three, two-way reaction, kinetic models, of second-order with respect to methanol and first-order respect to DME and water, were considered. The first model, which did not contain inhibition terms, did not show a good fitting to the experimental data. The other two contained in the denominator a methanol inhibition term, raised to the power of one and to the power of two. Both models with inhibition terms showed satisfactory fitting to the experimental results, while, the estimated apparent activation energy was 94,02 kJ/mol and 93,13 kJ/mol, respectively. The kinetic parameters of the two models were estimated applying the optimization method Nelder-Mead. Using the experimental data obtained with the 1,8 mm commercial Al2O3 catalyst, a study of internal diffusion effects was carried out. Effectiveness factors were determined very close to the unit, suggesting no diffusional restrictions. Concerning the laboratory catalysts, it was found that all three catalysts showed much lower activity than the commercial Al2O3 catalyst. The Al2O3-ZrO2 catalyst having a Zr concentration of 10% showed the highest activity, compared to the other two.	en
heal.advisorName	Παπαγιαννάκος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Παπαγιαννάκος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	138 σ.
heal.fullTextAvailability	true