Καταλυτική Υδρογονοαποξυγόνωση Φαινολικών Μορίων

Ρέβελας, Κωνσταντίνος; Revelas, Constantinos

dc.contributor.author	Ρέβελας, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Revelas, Constantinos	en
dc.date.accessioned	2017-09-05T07:43:34Z
dc.date.available	2017-09-05T07:43:34Z
dc.date.issued	2017-09-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45509
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14247
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	Φαινόλη	el
dc.subject	Υδρογονοαποξυγόνωση	el
dc.subject	Βιοέλαιο	el
dc.subject	Λιγνοκυτταρινούχα βιομάζα	el
dc.subject	Υυδρογονοεπεξεργασία	el
dc.subject	Phenol	en
dc.subject	Hydrodeoxygenation	el
dc.subject	Bio-oil	el
dc.subject	Lignocellulosic biomass	el
dc.subject	Hydrotreatment	el
dc.title	Καταλυτική Υδρογονοαποξυγόνωση Φαινολικών Μορίων	el
dc.title	Catalytic Hydrodeoxygenation of Phenolic Molecules	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική Χημικών Διεργασιών	el
heal.classification	Chemical Reaction Engineering	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-20
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και κινητική μοντελοποίηση της καταλυτικής υδρογoνο-αποξυγόνωσης της φαινόλης, χρησιμοποιώντας εμπορικούς και εργαστηριακά παρασκευασμένους καταλύτες. Αναλυτικότερα, για τη διεργασία αυτή δοκιμάστηκαν οι εξής καταλύτες: τετράλοβος εμπορικός καταλύτης NiMo/γ-Αl2O3 στις εμπορικές του διαστάσεις και στην αναγμένη του μορφή, λειοτριβημένα σωματίδια εμπορικού καταλύτη NiMo/γ- Αl2O3 στη θειωμένη του μορφή, καθώς και λειοτριβημένα σωματίδια εργαστηριακά παρασκευασμένου καταλύτη Ru/γ-Al2O3 (1% κ.β. Ru) σε αναγμένη μορφή. Όσον αφορά στην αναγμένη μορφή του εμπορικού καταλύτη NiMo/γ-Αl2O3, έγινε επίσης επεξεργασία παλιότερων πειραματικών δεδομένων που είχαν λάβει χώρα με τη λειοτριβημένη μορφή του καταλύτη, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των εσωτερικών φαινομένων μεταφοράς μάζας. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε μίνι- κλίμακας σπειροειδή αντιδραστήρα υπό σταθερή πίεση υδρογόνου ίση με 30 bar. Ο λόγος παροχών αέριας προς υγρή φάση ήταν υψηλός (>400 Nl/l) προς αποφυγή των περιορισμών από εξωτερικά φαινόμενα μεταφοράς μάζας. Για καθέναν από τους καταλύτες εξετάστηκαν διάφορες θερμοκρασίες και ταχύτητες χώρου, ώστε να καταστεί δυνατός ο προσδιορισμός των παραμέτρων του κινητικού μοντέλου της αντίδρασης. Δεδομένης της διαφορετικής δραστικότητας των καταλυτών, το εύρος θερμοκρασιών στο οποίο διεξήχθησαν τα πειράματα ήταν διαφορετικό. Επιπλέον, πρότυπα πειράματα διεξήχθησαν για τον υπολογισμό της αποδραστικοποίησης των καταλυτών συναρτήσει του χρόνου λειτουργίας τους, η οποία ελήφθη υπόψη για την αξιόπιστη επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων. Σε όλα τα πειράματα, η τροφοδοσία ήταν μίγμα φαινόλης σε διαλύτη κανονικό δωδεκάνιο (υψηλής καθαρότητας) περιεκτικότητας 1% κ.β. σε φαινόλη. Η ροή θεωρήθηκε ιδανική εμβολική και η επίλυση των διαφορικών εξισώσεων που προέκυψαν από την κατάστρωση των ισοζυγίων μάζας κατά μήκος του αντιδραστήρα, έγινε με τη μέθοδο Runge-Kutta 4ης τάξης. Για καθέναν από τους καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν, οι κινητικές παράμετροι της υδρογονο- αποξυγόνωσης προσδιορίστηκαν με μη γραμμική πολυ-παραμετρική αριστοποίηση, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Nelder-Mead Simplex. Ειδικότερα για τη μελέτη των εσωτερικών φαινομένων διάχυσης στην περίπτωση του αναγμένου εμπορικού καταλύτη NiMo/γ-Αl2O3 στις εμπορικές του διαστάσεις, έγινε επιπλέον μονο-παραμετρική αριστοποίηση ως προς το φαινόμενο συντελεστή διάχυσης της φαινόλης στο εσωτερικό του καταλυτικού σωματιδίου, για καθεμία από τις διαφορετικές θερμοκρασίες που εξετάστηκαν, ενώ προσδιορίστηκαν και οι αντίστοιχοι παράγοντες αποτελεσματικότητας. Ακόμη, επιχειρήθηκε η επίλυση του ισοζυγίου μάζας κατά μήκος της ακτίνας του καταλυτικού σωματιδίου με πολυωνυμική προσέγγιση της κατανομής της συγκέντρωσης της φαινόλης από την επιφάνεια του καταλυτικού σωματιδίου έως το κέντρο του. Ο καταλύτης NiMo/γ-Αl2O3 στην αναγμένη του μορφή ήταν περισσότερο δραστικός στη μετατροπή της φαινόλης σε σχέση με τη θειωμένη μορφή του. Η θειωμένη μορφή του εν λόγω καταλύτη εμφάνισε δραστικότητα σε σχετικά υψηλότερες θερμοκρασίες, ενώ έδειξε ότι αποδραστικοποιείται με το χρόνο απουσία κάποιας θειούχας ένωσης στην τροφοδοσία, λόγω αποθείωσής του. Τέλος, ο καταλύτης ρουθηνίου επέδειξε αρκετά υψηλή αρχική δραστικότητα και έντονη αποδραστικοποίηση με το χρόνο. Η δραστικότητά του περιορίζεται στο μονοπάτι παραγωγής κυκλοεξανόλης και κυκλοεξανόνης, και όχι αποξυγονωμένου προϊόντος, δηλαδή κυκλοεξανίου ή βενζολίου.	el
heal.abstract	The subject of the present diploma thesis is the investigation and kinetic modelling of the catalytic hydrodeoxygenation of phenol, using commercial and laboratory produced catalysts. The catalysts tested for the deoxygenation process were as follows: four-lobe industrial NiMo/γ-Αl2O3 catalyst at its commercial dimensions and at reduced form, small particles of industrial NiMo/γ-Αl2O3 catalyst at sulfurized form, and small particles of laboratory produced Ru/γ-Al2O3 catalyst (1% wt. Ru) at reduced form. Concerning the reduced commercial NiMo/γ-Αl2O3 catalyst, previous phenol hydrotreatment experiments with small particles have also been processed, in order to investigate the influence of internal mass transport phenomena. The experiments were performed at a mini-scale spiral reactor, under a constant hydrogen pressure of 30 bar. High hydrogen to liquid flow-rate ratio (>400 Nl/l) was implemented, so as to avoid external mass transfer limitations. For each of the catalysts, different temperatures and space velocities have been tested in order to collect experimental data and determine the kinetic parameters of phenol hydrotreatment reaction. Given the different activity of the catalysts, each of them was tested at different temperature range. Furthermore, standard experiments were performed in order to calculate catalyst deactivation in each case. The feed of the reactor, for all experiments, was a 1 wt. % solution of phenol into dodecane. Considering an ideal plug-flow reactor, the differential equations obtained from the mass balance along the reactor, were solved using the 4th order Runge-Kutta method. For each of the catalysts, the kinetic parameters of the phenol hydrodeoxygenation kinetic model were determined by non-linear multivariable optimization using the Nelder-Mead Simplex method. Concerning the investigation of internal diffusion phenomena in the case of reduced industrial NiMo/γ-Αl2O3 at its commercial dimensions, an additional one-variable optimization was applied with respect to the diffusion coefficient of phenol for each one of the tested temperatures. The effectiveness factor of the catalyst has also been calculated. Moreover, the differential mass balance was solved across the particle radius using a polynomial approximation of phenol concentration from catalyst’s surface to catalyst’s center. The reduced NiMo/γ-Αl2O3 catalyst was proven to be more active than the sulfurized one. The sulfurized catalyst was active at higher temperatures and it was deactivated in the absence of a sulfur compound in reactor’s feed, because of its desulfurization. Finally, the ruthenium catalyst performed high initial activity and sharp deactivation with respect to the operation time. However, its activity is confined to a high yield towards cyclohexanol and cyclohexanone and not deoxygenated products such as cyclohexane or benzene.	en
heal.advisorName	Παπαγιαννάκος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Γρηγοροπούλου, Ελένη	el
heal.committeeMemberName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	157 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true