Katalytische Konversion von gecracktem Planzenöl unter Wasserstoffatmosphäre im kontinuierlichen Betrieb

Publication date
2016
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Baldauf, Emanuel
Advisor
Niemeyer, Bernd
Referee
Willner, Thomas
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2016-11-25
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Pflanzenöl
Wasserstoffatmosphäre
Katalyse
Biokraftstoff
Desoxygenierung
Gasverweilzeit
Gasphasenreaktion
Gasphaseninhomogenität
Biofuel
Deoxygenation
Hydrotreating
Hydrotreated Cracked
Gas Residence Time
Gas Phase Inhomogeneity
Abstract
In der vorliegenden Dissertation wird die kontinuierliche Konversion von gecracktem Pflanzenöl (CVO) unter Wasserstoffatmosphäre in einem 0,25 L Reaktor untersucht. Platin und Kobalt-Molybdän Katalysatoren werden im Temperaturbereich von 350-380 °C bei 50 bar Wasserstoff und Reaktionsdauern zwischen 3 und 24,5 h eingesetzt. Die erzeugten Produkte sind kraftstoffähnlich. Die physikalischen Eigenschaften Heizwert/Brennwert, Säurezahl und Elementarzusammensetzung werden bestimmt. Brennwerte von 46,6 MJ/kg (CVO: 43,5 MJ/kg), Säurezahlen von 2,8 mgKOH/g (CVO: 80,5 mgKOH/g) und Sauerstoffgehalte von 0,32 wt% (CVO: 5,27 wt%) charakterisieren die Produktqualität. Gaschromatographie/Massenspektrometrie wird für die quantitative Analyse der Zusammensetzung der Produkte eingesetzt. Bis zu 73 wt% der Proben sind quantifizierbar. Während der kontinuierlichen Konversion des CVO werden in der Gasphase überwiegend CO und CO2 sowie geringere Anteile an Kohlenwasserstoffen wie CH4 und C2H6 detektiert. Die Untersuchungen zur Selektivität der Katalysatoren für Gasphasenreaktionen ergeben in Wasserstoffatmosphäre für beide Katalysatoren eine CO2-Konversion zu CO und CH4, was auf die umgekehrte Wasser-Gas-Shift-Reaktion hinweist. Die CO-Erträge liegen im Bereich der thermodynamisch berechneten theoretischen Grenzen im Gleichgewicht. Platin zeichnet sich als geeignetster Katalysator für die Erzeugung kraftstoffähnlicher Komponenten im Rahmen der experimentell untersuchten Bedingungen aus.
A high-pressure/high-temperature reactor was used in continuous mode to obtain hydrotreated cracked vegetable oil (HCVO). The effect of two catalysts such as Pt on active carbon and CoMo on Al2O3 were investigated in continuous experiments for cracked vegetable oil (CVO) upgrading. CVO was produced in-house from rapeseed oil. Reaction conditions were 380 °C at 50 bar hydrogen. The stripped and condensed product was gathered continuously in intervals of 30–60 min. Both, batch and continuous products were separated into an oil phase and a water phase. Physical properties were determined, including higher heating value (HHV), acid umber and elemental composition. HCVO showed HHV up to 46.6 MJ/kg (CVO: 43.5 MJ/kg), acid number of 2.8 mgKOH/g (CVO: 80.5 mgKOH/g) and oxygen content of 0.32 wt% (CVO: 5.27 wt%). HHV of HCVO is in the range of fossil diesel fuel. CO2 and CO occur as the main reaction gases, in addition to hydrocarbon gases such as CH4 and C2H6. All named gas components can result directly from the decomposition of CVO. The results of batch experiments for gas phase reactions (GPRs) under 50 bar hydrogen atmosphere using the same catalysts (CoMo, Pt) indicate that CO and CH4 can also be formed by GPRs. CO can result from the reverse water–gas shift reaction (RWGS), and CH4 from CO- or CO2-methanation. The found CO-yields from GPRs are within the theoretical thermodynamic limits based on equilibrium. Pt/C is the most suitable catalyst for the production of HCVO under the used experimental conditions. HCVO may be used as a fossil fuel substitute based on renewable raw material. GCMS-FID was used for the quantitative analysis of composition. Up to 73 wt% of the samples were quantifiable.
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