Καταλυτική Υδρογονοεπεξεργασία Υποβαθμισμένων Πετρελαϊκών Κλασμάτων και Λιπιδίων προς Παραγωγή Υβριδικών Καυσίμων

Νταγκονίκου, Βασιλική

dc.contributor.author	Νταγκονίκου, Βασιλική	el
dc.date.accessioned	2021-02-08T11:00:31Z
dc.date.available	2021-02-08T11:00:31Z
dc.date.issued	2021-02-08
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52882
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20580
dc.rights	Default License
dc.subject	Συν-υδρογονοεπεξεργασία	el
dc.subject	Gasoil καταλυτικής πυρόλυσης	el
dc.subject	Τηγανέλαιο	el
dc.subject	Απόσταξη	el
dc.subject	LCO	en
dc.subject	Distillation	en
dc.subject	WCO	en
dc.subject	Co-hydroprocessing	en
dc.title	Καταλυτική Υδρογονοεπεξεργασία Υποβαθμισμένων Πετρελαϊκών Κλασμάτων και Λιπιδίων προς Παραγωγή Υβριδικών Καυσίμων	el
dc.contributor.department	Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών Εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-11-25
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η αναβάθμιση υποβαθμισμένων πετρελαϊκών κλασμάτων με χρήση υγρής υπολειμματικής βιομάζας, ώστε να εξεταστεί το δυνητικά διπλό όφελος της ενσωμάτωσης βιομάζας σε υφιστάμενες μονάδες διυλιστηρίου. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκε η αναβάθμιση του Gasoil καταλυτικής πυρόλυσης (Light Cycle Oil, LCO) με χρήση τηγανελαίου (Waste Cooking Oil, WCO) μέσω της καταλυτικής συν-υδρογονοεπεξεργασίας. Από τη μία πλευρά, τo LCO αποτελεί ένα από τα βασικά προϊόντα του διυλιστηρίου καθώς αποτελεί το 7,5% των συνολικών προϊόντων του διυλιστηρίου και το 25% των προϊόντων της καταλυτικής πυρόλυσης (FCC). Θεωρείται ένα δυνητικό συστατικό ανάμιξης του ντήζελ καθώς το σημείο ζέσεως του βρίσκεται στο εύρος του ντήζελ. Παρ΄ όλα αυτά, η αναβάθμισή του παρουσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις λόγω κάποιων αρνητικών και ανασταλτικών ιδιοτήτων που παρουσιάζει. Από την άλλη, το WCO είναι μία υπολειμματική υγρή βιομάζα, η οποία συναντάται σε σημαντικές ποσότητες και η αξιοποίηση της οποίας απασχολεί όλο και περισσότερο την επιστημονική κοινότητα. Προκειμένου να επιτευχθεί η αναβάθμιση του LCO εφαρμόστηκαν δύο τεχνολογίες: η τεχνολογία της απόσταξης και η τεχνολογία της υδρογονοεπεξεργασίας. Η θερμοκρασία της απόσταξης επιλέχθηκε με βάση το σημείο ζέσεως μερικών ενώσεων που είναι επιθυμητό να απομακρυνθούν, ενώ οι συνθήκες λειτουργίες των πειραμάτων υδρογονοεπεξεργασίας που επιλέχθηκαν προσομοιάζουν τις πραγματικές συνθήκες ενός διυλιστηρίου. Πιο συγκεκριμένα, σε όλα τα πειράματα υδρογονοεπεξεργασίας εφαρμόστηκαν τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες (340 °C, 360 °C, 380 °C), οι υπόλοιπες λειτουργικές παράμετροι παρέμειναν σταθερές και ως καταλύτης χρησιμοποιήθηκε εμπορικός καταλύτης υδρογονοεπεξεργασίας νικελίου-μολυβδενίου (NiMo). Αρχικά, έλαβε χώρα η υδρογονοεπεξεργασία καθαρού LCO και η συν-υδρογονοεπεξεργασία του μίγματος LCO με WCO σε αναλογία 90/10 v/v αντίστοιχα, προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση του WCO στην υδρογονοεπεξεργασία του LCO. Tα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη του WCO βελτιώνει τις περισσότερες ιδιότητες των τελικών προϊόντων αλλά παρεμποδίζει το βαθμό υδρογονοαποθείωσης (HDS) και άρα και τη μείωση της περιεκτικότητας σε θείο (S), κυρίως στη χαμηλή και στην ενδιάμεση θερμοκρασία. Δεδομένου ότι ούτε η υδρογονοεπεξεργασία του LCO ούτε η συν-υδρογονοεπεξεργασία του μίγματος LCO/WCO οδήγησαν σε θετικά αποτελέσματα όσον αφορά την περιεκτικότητα σε θείο, επιλέχθηκε να εφαρμοστεί στη συνέχεια απόσταξη του LCO, και να αξιοποιηθεί μόνο το ελαφρύ κλάσμα που προέκυψε από την απόσταξη (LCO_cut) το οποίο οδηγήθηκε προς υδρογονοεπεξεργασία. Ουσιαστικά εφαρμόζοντας την τεχνολογία της απόσταξης, το LCO_cut που χρησιμοποιήθηκε ήταν απαλλαγμένο από τις βαριές θειούχες ενώσεις οι οποίες απομονώθηκαν στο βαρύ κλάσμα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την υδρογονοεπεξεργασία του LCO_cut συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα της υδρογονοεπεξεργασίας όλου του LCO προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση της απόσταξης της τροφοδοσίας στην ποιότητα των τελικών προϊόντων. Τα αποτελέσματα έδειξαν εμφανή βελτίωση όλων των ιδιοτήτων των τελικών προϊόντων στην περίπτωση που χρησιμοποιήθηκε το LCO_cut. Σε αυτό το σημείο αξίζει να τονισθεί η έντονη μείωση της περιεκτικότητας σε θείο των τελικών προϊόντων για την περίπτωση που χρησιμοποιήθηκε το LCO_cut, τα οποία πλησίασαν εμφανώς την προδιαγραφή για το ντήζελ κίνησης. Αφού η υδρογονοεπεξεργασία του LCO_cut οδήγησε σε τελικά προϊόντα με βελτιωμένες ιδιότητες, στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πειράματα συν-υδρογονοεπεξεργασίας του ελαφρού κλάσματος LCO_cut με WCO σε αναλογία 90/10 προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση της απόσταξης του LCO στην συν-υδρογονοεπεξεργασία αυτού με το WCO. Tα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα που είχαν προκύψει από την συν-υδρογονοεπεξεργασία LCO/WCO. Ουσιαστικά η σύγκριση έδειξε ότι ο συνδυασμός των τροφοδοσιών LCO_cut/WCO οδήγησε σε καλύτερα αποτελέσματα μέσω της συν-υδρογονοεπεξεργασίας σε σχέση με το μίγμα LCO/WCO. Η αποτελεσματικότατα όλων των κυρίων αντιδράσεων υδρογονοεπεξεργασίας ήταν υψηλότερη και τα προϊόντα παρουσίασαν πιο βελτιωμένες ιδιότητες στην περίπτωση της τροφοδοσίας LCO_cut/WCO. Έπειτα, δεδομένου ότι η αξιοποίηση του LCO θα πραγματοποιηθεί σε ανάμιξη με κάποιο πετρελαϊκό κλάσμα, και όχι αυτούσιο, εξετάστηκε για πρώτη φορά η συν-υδρογονοεπεξεργασία του LCO_cut με πετρελαϊκό κλάσμα προκειμένου να προσομοιαστούν πραγματικές συνθήκες. Προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση της προσθήκης του LCO_cut στο gasoil αρχικά εφαρμόστηκε υδρογονοεπεξεργασία καθαρού του gasoil, το οποίο αποτελεί τη βάση ή συνθήκη ελέγχου. Στη συνέχεια, vii πραγματοποιήθηκε ανάμιξη του LCO_cut στο gasoil σε αναλογία 20/80 v/v και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν και εφαρμόστηκαν με τα αντίστοιχα του καθαρού gasoil. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη του LCO_cut επηρέασε τις ιδιότητες των τελικών προϊόντων, ωστόσο παρέμειναν οι περισσότερες στα ποιοτικά όρια του ντήζελ (ΕΝ590). Πολύ σημαντικό αποτέλεσμα καθώς η προσθήκη του LCO σε μονάδες υδρογονοεπεξεργασίας του διυλιστηρίου με σκοπό την υδρογονοαποθείωση για παραγωγή ντήζελ επιβάρυνε την ποιότητα του ντήζελ και προκαλούσε έντονη απενεργοποίηση του καταλύτη υδρογονοαποθείωσης. Στη συνέχεια, προκειμένου να αξιολογηθεί η προσθήκη του WCO στο μίγμα Gasoil/ LCO_cut πραγματοποιήθηκε συν-υδρογονοεπεξεργασία τριών τροφοδοσιών: του πετρελαϊκού κλάσματος (Gasoil), του LCO_cut και της υγρής υπολειμματικής βιομάζας (WCO) σε αναλογία 80/15/5 v/v. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα της συν-υδρογονοεπεξεργασίας Gasoil/LCO_cut έτσι ώστε να αξιολογηθεί η ενσωμάτωση του WCO σε αυτό το μίγμα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το WCO δυσχεραίνει ελαφρώς την αντίδραση της υδρογονοαποθείωσης βελτιώνοντας όμως όλες τις υπόλοιπες ιδιότητες όπως είναι η πυκνότητα, η περιεκτικότητα σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες, ο αριθμός κετανίου κ.α. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μία σύγκριση μεταξύ των προϊόντων που προέκυψαν από τη συν-υδρογονοεπεξεργασία Gasoil/LCO_cut και των προϊόντων που προέκυψαν από την ανάμιξη υδρογονοεπεξεργασμένου Gasoil και υδρογονοεπεξεργασμένου LCO_cut αντίστοιχα στις ίδιες θερμοκρασίες. Αυτή η σύγκριση πραγματοποιήθηκε για να αξιολογηθεί αν η υδρογονοεπεξεργασία του μίγματος των δύο τροφοδοσιών είναι πιο αποτελεσματική σε σχέση με την ανάμιξη των δύο προϊόντων που προέκυψαν από την υδρογονοεπεξεργασία των δύο τροφοδοσιών μεμονωμένα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι από την ανάμιξη προέκυψαν προϊόντα με πιο βελτιωμένες ιδιότητες σε σχέση με αυτά που προέκυψαν από τη συν-υδρογονοεπεξεργασία.	el
heal.advisorName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μπεζεργιάννη, Στέλλα	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Κυρανούδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Βουτετάκης, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Στεφανίδης, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	203 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false