Refining of phenolic and polyaromatic compounds from lignocellulosic bio-oils
Falck, Mira (2023)
Diplomityö
2023
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023080793178
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023080793178
Tiivistelmä
Bio-oils can be made from wood, e.g. by hydrothermal liquefaction or pyrolysis, which can partially replace fossil fuels. Refining bio-oils derived from wood into transportation fuels requires removing of the oxygen and decomposing polyaromatic structures prevailing in the oil. The composition of bio-oils is very complex, which makes studying it challenging. With the help of model compounds, the reactivity of individual components can be studied under different conditions and thus achieve a better understanding of the whole.
The HDO and hydrogenation reactions of guaiacol and phenanthrene were studied in a semi-batch reactor under different conditions in a hydrogen atmosphere. In the experiments, nickel and molybdenum catalysts were tested at temperatures of 320–380 ˚C and at pressures of 50 and 100 bar. From the results, the effect of conditions and catalysts on the conversion and product distribution of model substances was compared.
The HDO of guaiacol produced mainly cyclohexane and bicyclohexyl, and phenanthrene mostly reacted with the saturation of aromatic rings. Based on the product distribution in the different stages of the reaction, the order of reaction was assumed to be demethylation > deoxygenation > ring saturation > polymerization. Among the catalysts, the sulphided NiMo catalyst on an alumina support was the most effective, and the NiS finely dispersed catalyst was the least effective. Puusta voidaan valmistaa fossiilisia polttoaineita korvaavaa bioöljyä mm. hydrotermisesti nesteyttämällä tai pyrolyysillä. Puusta johdettujen bioöljyjen jalostaminen liikenteeseen sopiviksi polttoaineiksi vaatii sen sisältävän hapen poistamista ja polyaromaattirakenteiden hajottamista pienemmiksi yhdisteiksi. Bioöljyjen koostumus on erittäin kompleksinen, mikä tekee sen tutkimisesta haastavaa. Malliaineiden avulla voidaan tutkia yksittäisten komponenttien reaktiivisuutta eri olosuhteissa ja täten saavuttaa parempi ymmärrys kokonaisuudesta.
Guajakolin ja fenantreenin hapenpoisto- ja vedytysreaktioita tutkittiin puolipanosreaktorissa eri olosuhteissa vetyatmosfäärissä. Kokeissa käytettiin nikkeli- ja molybdeenikatalyyttejä 320–380 ˚C lämpötiloissa, sekä 50 ja 100 bar paineissa. Tuloksissa vertailtiin olosuhteiden ja katalyyttien vaikutusta malliaineiden konversioon ja tuotejakaumaan.
Guajakolin hajoamisesta syntyi pääosin sykloheksaania ja bisykloheksyyliä, ja fenantreeni reagoi enimmäkseen aromaattirenkaiden saturaatiolla. Tuotejakauman perusteella reaktion eri vaiheissa reaktiojärjestyksen oletettiin olevan demetylaatio > deoxygenaatio > renkaiden saturaatio > polymerisaatio. Katalyyteistä tehokkain oli alumiinioksidikantajalla oleva rikitetty NiMo katalyytti, ja vähiten tehokas oli NiS hienojakoinen katalyytti.
The HDO and hydrogenation reactions of guaiacol and phenanthrene were studied in a semi-batch reactor under different conditions in a hydrogen atmosphere. In the experiments, nickel and molybdenum catalysts were tested at temperatures of 320–380 ˚C and at pressures of 50 and 100 bar. From the results, the effect of conditions and catalysts on the conversion and product distribution of model substances was compared.
The HDO of guaiacol produced mainly cyclohexane and bicyclohexyl, and phenanthrene mostly reacted with the saturation of aromatic rings. Based on the product distribution in the different stages of the reaction, the order of reaction was assumed to be demethylation > deoxygenation > ring saturation > polymerization. Among the catalysts, the sulphided NiMo catalyst on an alumina support was the most effective, and the NiS finely dispersed catalyst was the least effective.
Guajakolin ja fenantreenin hapenpoisto- ja vedytysreaktioita tutkittiin puolipanosreaktorissa eri olosuhteissa vetyatmosfäärissä. Kokeissa käytettiin nikkeli- ja molybdeenikatalyyttejä 320–380 ˚C lämpötiloissa, sekä 50 ja 100 bar paineissa. Tuloksissa vertailtiin olosuhteiden ja katalyyttien vaikutusta malliaineiden konversioon ja tuotejakaumaan.
Guajakolin hajoamisesta syntyi pääosin sykloheksaania ja bisykloheksyyliä, ja fenantreeni reagoi enimmäkseen aromaattirenkaiden saturaatiolla. Tuotejakauman perusteella reaktion eri vaiheissa reaktiojärjestyksen oletettiin olevan demetylaatio > deoxygenaatio > renkaiden saturaatio > polymerisaatio. Katalyyteistä tehokkain oli alumiinioksidikantajalla oleva rikitetty NiMo katalyytti, ja vähiten tehokas oli NiS hienojakoinen katalyytti.