Μελέτη της καταλυτικής υδρογόνωσης διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή υδρογονανθράκων

Ξυνογαλά, Μυρτώ; Xynogala, Myrto

dc.contributor.author	Ξυνογαλά, Μυρτώ
dc.contributor.author	Xynogala, Myrto	en
dc.date.accessioned	2019-10-29T11:52:01Z
dc.date.available	2019-10-29T11:52:01Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49361
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17059
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	Καταλυτική υδρογόνωση	el
dc.subject	Διοξείδιο του άνθρακα	el
dc.subject	Μεθανόλη	el
dc.subject	Κινητική μελέτη	el
dc.subject	Μηχανισμός αντίδρασης	el
dc.subject	Catalytic hydrogenation	en
dc.subject	Carbon dioxide	en
dc.subject	Methanol	en
dc.subject	Kinetics	en
dc.subject	Mechanism of reaction	en
dc.title	Μελέτη της καταλυτικής υδρογόνωσης διοξειδίου του άνθρακα για την παραγωγή υδρογονανθράκων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Κατάλυση	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-25
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η καταλυτική υδρογόνωση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) για την παραγωγή υδρογονανθράκων και συγκεκριμένα μεθανόλης. Ο καταλύτης που χρησιμοποιήθηκε ήταν εμπορικός CuΟ/ZnO/Al2O3 άγνωστης σύστασης, μάζας 0.208 g και κοκκομετρίας 0.315mm<d<0.400mm. Η αντίδραση πραγματοποιήθηκε σε αντιδραστήρα εμβολικής ροής διαμέτρου 4 mm και η ανάλυση του ρεύματος εξόδου έγινε με αέρια χρωματογραφία, με ανιχνευτές FID και TCD. Αρχικά έγινε κινητική μελέτη της αντίδρασης παραγωγής μεθανόλης. Τα πειράματα αυτά πραγματοποιήθηκαν σε πρώτο στάδιο μεταβάλλοντας την μερική πίεση του Η2 και στη συνέχεια του CO2 ώστε να βρεθούν οι ρυθμοί για το κάθε αντιδρών και στη συνέχεια συνδυάζοντας τα αποτελέσματα βρέθηκε η συνολική έκφραση του ρυθμού για το εύρος των μερικών πιέσεων PH2=0.3-4.6 bar και PCO2= 0.06-1.2 bar. Ο ρυθμός ήταν πρώτης τάξης ως προς το CO2 και το Η2 ενώ είχε ανάσχεση για το CO2. Η κινητική σταθερά βρέθηκε ίση με 1.34∙108 μmol/mingkatm και η σταθερά προσρόφησης του CO2 ίση με kCO2=668.8 atm-1. Επιπλέον βρέθηκε η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης Ea=15.7kcal/mol K . Ακολούθησε η μελέτη της Reverse Water Gas Swift που συμβαίνει παράλληλα με την επιθυμητή αντίδραση παραγωγής μεθανόλης. Τα πειράματα αυτά πραγματοποιήθηκαν αρχικά μεταβάλλοντας την μερική πίεση του Η2 και στη συνέχεια του CO2 ώστε να βρεθούν οι ρυθμοί για το κάθε αντιδρών. Ο ρυθμός ήταν πρώτης τάξης και με ανάσχεση και για τα δύο αντιδρώντα. Επιπλέον, μελετήθηκε και ο μηχανισμός της αντίδρασης. Για τον σκοπό αυτό, η αντίδραση πραγματοποιήθηκε in situ σε κελί FT IR για την εύρεση των ενδιαμέσων, ενώ πάλι η ανάλυση του ρεύματος εξόδου έγινε στους χρωματογράφους. Σε αυτήν την περίπτωση έλαβε χώρα αρχικά μια θερμοκρασιακή σάρωση στα 2.5 bar στο θερμοκρασιακό εύρος 100-350 οC και στη συνέχεια διατηρώντας σταθερή την θερμοκρασία στους 220 οC άλλαζε η πίεση από τα 2.5 μέχρι τα 20.5 bar. Και στις δύο περιπτώσεις η τροφοδοσία αποτελούταν από CO2 και Η2 σε αναλογία 1:5. Τα ενδιάμεσα προϊόντα που βρέθηκαν είναι τα καρβονικά και μυρμηκικά καθώς και το μεθόξυ και θεωρήθηκε ότι το CO2 και το Η2 προρροφάται στην επιφάνεια του χαλκού. Το προσροφημένο CO2 παίρνει την μορφή του καρβονικού το οποίο υδρογονώνεται ταχύτατα προς μυρμηκικό στον Cu. Η περαιτέρω υδρογόνωση των μυρμηκικών οδηγεί στην παραγωγή του μεθοξέως το οποίο εντοπίζονται στον Cu.Tέλος παράγεται και η μεθανόλη από την υδρογόνωση του μεθoξέως. Το ρυθμοκαθοριστικό στάδιο είναι η υδρογόνωση του μυρμηκικού. Τέλος μελετήθηκε η επίδραση που έχει η παρουσία CO στην τροφοδοσία στην παραγωγή της μεθανόλης. Έγιναν δύο θερμοκρασιακές σαρώσεις στο διάστημα 100-350οC σε σταθερή πίεση 5.4 bar, η μία παρουσία και η άλλη απουσία CO. Η αντίδραση έλαβε χώρα εντός του κελιού ανάλυσης του FT IR, και βρέθηκε ότι η ύπαρξη του CO σε ποσοστό 4% μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της παραγωγής της μεθανόλης έως και 75% όπως και ότι η παραγωγή της μεθανόλης ξεκινάει από μικρότερες θερμοκρασίες.	el
heal.abstract	The research subject of this thesis was catalytic hydrogenation of carbon dioxide (CO2) to form hydrocarbons, specifically methanol. The catalyst used was the commercial Cu/ZnO/Al2O3 of unknown composition, 0.208 g mass and 0.315 mm<d<0.400 mm particle size distribution. The reaction took place in a plug flow reactor (4 mm diameter) and the analysis of the current output was carried out with gas chromatography, with flame ionization and thermal conductivity detectors. A kinetic study of methanol formation was initially carried out. These experiments were carried out by initially modifying the partial pressure of Η2 and then of CO2, in order to discover the rate expression of each reactant. After combining the results, the rate expression in temperature range of 130-210οC and with pressures of 2-5 bar was calculated. There was a first order rate regarding CO2 and Η2 while there was retention for CO2. The kinetic constant was calculated to be equal to 1.338∙108 μmol/mingkatm and the adsorption constant of CO2 equal to kCO2=668.8 atm-1. The activation energy of the reaction was also calculated Ea=15.7 kcal/min*K. The Reverse Water Gas Swift that happens simultaneously with the desired reaction of methanol production was then studied. These experiments were carried out by initially modifying the partial pressure of Η2 and then of CO2, in order to discover rate expression of each reactant. There were first order absorptions and with retention for both reactants. The reaction mechanism was also studied. For this purpose, the reaction was carried out in situ in am FT IR cell in order to locate the intermediates, while the analysis of current output was carried out in the chromatographers. In this case, a temperature scanning was carried out with 2.5 bar and in 100-350οC temperature range. Afterwards, while maintaining temperature at 220οC there was a change in pressure from 2.5 up to 20.5 bar. In both cases, the supply consisted of CO2 and Η2 with ratio 1:5. The found intermediates were carbonate and formate as well as methoxy. In was considered that CO2 and Η2 were initially absorbed in the copper. The carbonate is first produced and then through hydrogenation the formate, which is the rate-determining step. With further hydrogenation, methoxy is produced and finally methanol. Lastly, the influence of CO on the supply of methanol production was studied. Two temperature scannings were carried out in the range 100-350οC with steady pressure of 5.4 bar, one with and one without CO. The reaction was carried out within the FT IR analysis cell and it was found that the presence of 4% CO may lead to an increase in methanol production up to 75%, and that methanol production begins from lower temperatures.	en
heal.advisorName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Γρηγοροπούλου, Ελένη
heal.committeeMemberName	Τσιβιλής, Σωτήριος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	91 σ.
heal.fullTextAvailability	false