Purification of Hydrocarbon Waste Streams
Silvonen, Timka (2014)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014102445602
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014102445602
Tiivistelmä
Purification of hydrocarbon waste streams is needed to recycle valuable hydrocarbon products, reduce hazardous impacts on environment, and save energy. To obtain these goals, research must be focused on the search of effective and feasible purification and re-refining technologies.
Hydrocarbon waste streams can contain both deliberately added additives to original product and during operation cycle accumulated undesired contaminants. Compounds may have degenerated or cross-reacted. Thus, the presence of unknown species cause additional challenges for the purification process.
Adsorption process is most suitable to reduce impurities to very low concentrations. Main advantages are availability of selective commercial adsorbents and the regeneration option to recycle used separation material.
Used hydrocarbon fraction was purified with various separation materials in the experimental part. First screening of suitable materials was done. In the second stage, temperature dependence and adsorption kinetics were studied. Finally, one fixed bed experiment was done with the most suitable material. Additionally, FTIR-measurements of hydrocarbon samples were carried out to develop a model to monitor the concentrations of three target impurities based on spectral data.
Adsorption capacities of the tested separation materials were observed to be low to achieve high enough removal efficiencies for target impurities. Based on the obtained data, batch process would be more suitable than a fixed bed process and operation at high temperatures is favorable. Additional pretreatment step is recommended to improve removal efficiency. The FTIR-measurement was proven to be a reliable and fast analysis method for challenging hydrocarbon samples. Hiilivetyjätevirtojen puhdistaminen mahdollistaa arvokkaiden hiilivetytuotteiden kierrättämisen, ympäristöhaittojen vähentämisen ja energian säästämisen. Jotta nämä puhdistustavoitteet saavutetaan, tutkimusta tarvitaan toimivien ja kustannustehokkaiden puhdistus- ja uudelleenjalostusteknologioiden löytämiseksi.
Hiilivetyjätevirrat voivat sisältää useita eri epäpuhtauksia vaihtelevin pitoisuuksin. Nämä sisältävät tarkoituksella alkuperäiseen tuotteeseen lisätyt lisäaineet sekä käytön aikana kertyneet ei-toivotut yhdisteet. Yhdisteet ovat voineet hajota tai reagoida keskenään. Siten tuntemattomien yhdisteiden mukanaolo aiheuttaa lisähaasteita puhdistusprosessille.
Adsorptioprosessi on sopivin vaihtoehto epäpuhtauksien vähentämiseen mataliin pitoisuuksiin. Pääedut liittyvät kaupallisten ja selektiivisten adsorbenttien saatavuuteen ja mahdollisuuteen regeneroida käytetty erotusmateriaali.
Kokeellisessa osassa puhdistettiin käytettyä hiilivetyjaetta erilaisilla erotusmateriaaleilla. Ensimmäisessä vaiheessa selvitettiin sopivimmat materiaalit. Toisessa vaiheessa tutkittiin lämpötilan vaikutusta ja adsorptiokinetiikkaa. Lopuksi tehtiin kiintopetikoe sopivimmaksi osoittautuneella materiaalilla. Lisäksi näytteille tehtiin FTIR-mittauksia mahdollistamaan spektridataan perustuvan pitoisuusmallin kehittäminen kolmen valitun epäpuhtauskomponentin pitoisuuksien tarkkailuun.
Testattujen erotusmateriaalien adsorptiokapasiteetit osoittautuivat mataliksi, joten tehokasta poistumaa ei saavutettu. Tulosten perusteella panosprosessi sopisi paremmin kiintopetiprosessin sijaan. Ylimääräinen esikäsittelyvaihe on suosituksena poistuman parantamiseksi. FTIR-mittauksen todistettiin olevan melko luotettava ja nopea analyysimenetelmä haastaville hiilivetynäytteille.
Hydrocarbon waste streams can contain both deliberately added additives to original product and during operation cycle accumulated undesired contaminants. Compounds may have degenerated or cross-reacted. Thus, the presence of unknown species cause additional challenges for the purification process.
Adsorption process is most suitable to reduce impurities to very low concentrations. Main advantages are availability of selective commercial adsorbents and the regeneration option to recycle used separation material.
Used hydrocarbon fraction was purified with various separation materials in the experimental part. First screening of suitable materials was done. In the second stage, temperature dependence and adsorption kinetics were studied. Finally, one fixed bed experiment was done with the most suitable material. Additionally, FTIR-measurements of hydrocarbon samples were carried out to develop a model to monitor the concentrations of three target impurities based on spectral data.
Adsorption capacities of the tested separation materials were observed to be low to achieve high enough removal efficiencies for target impurities. Based on the obtained data, batch process would be more suitable than a fixed bed process and operation at high temperatures is favorable. Additional pretreatment step is recommended to improve removal efficiency. The FTIR-measurement was proven to be a reliable and fast analysis method for challenging hydrocarbon samples.
Hiilivetyjätevirrat voivat sisältää useita eri epäpuhtauksia vaihtelevin pitoisuuksin. Nämä sisältävät tarkoituksella alkuperäiseen tuotteeseen lisätyt lisäaineet sekä käytön aikana kertyneet ei-toivotut yhdisteet. Yhdisteet ovat voineet hajota tai reagoida keskenään. Siten tuntemattomien yhdisteiden mukanaolo aiheuttaa lisähaasteita puhdistusprosessille.
Adsorptioprosessi on sopivin vaihtoehto epäpuhtauksien vähentämiseen mataliin pitoisuuksiin. Pääedut liittyvät kaupallisten ja selektiivisten adsorbenttien saatavuuteen ja mahdollisuuteen regeneroida käytetty erotusmateriaali.
Kokeellisessa osassa puhdistettiin käytettyä hiilivetyjaetta erilaisilla erotusmateriaaleilla. Ensimmäisessä vaiheessa selvitettiin sopivimmat materiaalit. Toisessa vaiheessa tutkittiin lämpötilan vaikutusta ja adsorptiokinetiikkaa. Lopuksi tehtiin kiintopetikoe sopivimmaksi osoittautuneella materiaalilla. Lisäksi näytteille tehtiin FTIR-mittauksia mahdollistamaan spektridataan perustuvan pitoisuusmallin kehittäminen kolmen valitun epäpuhtauskomponentin pitoisuuksien tarkkailuun.
Testattujen erotusmateriaalien adsorptiokapasiteetit osoittautuivat mataliksi, joten tehokasta poistumaa ei saavutettu. Tulosten perusteella panosprosessi sopisi paremmin kiintopetiprosessin sijaan. Ylimääräinen esikäsittelyvaihe on suosituksena poistuman parantamiseksi. FTIR-mittauksen todistettiin olevan melko luotettava ja nopea analyysimenetelmä haastaville hiilivetynäytteille.