Catalytic upgrading of fatty acids to hydrocarbons in semi-batch reactor and study of the product properties
Silvonen, Petro (2018)
Diplomityö
Silvonen, Petro
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201804066353
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201804066353
Tiivistelmä
Environmental concerns of traditional fossil fuels and their decreasing feedstock reserves have driven world to production of biofuels during the past few decades. Critical part of biofuel production as feedstock have been fats are oils which also allow manufacturing of renewable and sustainable chemicals and other bio-products.
In the theoretical part of this study, processing of fatty acids especially to ketones was studied. Also, the main mechanisms found in the literature were discussed.
In the experimental section, catalytic upgrading of fatty acids to hydrocarbons was examined with palmitic acid and oleic acid in laboratory scale semi-batch reactor. The ketonization tests carried out also provided foundation for further test method development of Parr-scale reactor setup. Additionally, potential of other feedstock outside of the fatty acid pool for ketonization was studied.
Based on the experiments, Parr-scale semi-batch reactor is valid method for wide range of research tasks involving ketonization or hydrodeoxygenation of fatty acids. Wide range of data can be obtained with reactor sampling. Based on the results, heavy fraction in biowax product is 3, 5 and 7 % depending on the amount of double-bonded fatty acids in the initial feedstock. End products with viscosity index 112 to 116 were obtained from the experiments. Perinteisten fossiilisten polttoaineiden ympäristöhaasteet ja hupenevat raaka-ainevarannot ovat ohjanneet maailmaa biopolttoaineiden tuotantoon viime vuosikymmenten aikana. Rasvat ja öljyt ovat raaka-aineina tärkeä osa biopolttoaineiden tuotantoa ja ne ovat myös mahdollistaneet uusiutuvien ja kestävien kemikaalien ja muiden biotuotteiden valmistuksen.
Tämän työn kirjallisessa osassa tarkastellaan erityisesti rasvahappojen prosessointia ketoneiksi ja kirjallisuudessa esiteltyjä mekanismeja.
Kokeellisessa osassa rasvahappojen reaktioreittiä hiilivedyiksi tutkittiin palmitiinihapon ja oleiinihapon avulla laboratoriomittakaavan puolipanosreaktorissa. Tarkastellut ketonointikokeet loivat myös pohjan laajemmalle Parr-mittakaavan reaktorikokeiden menetelmänkehitykselle. Työssä tutkittiin rasvahappojen lisäksi muiden syöttöaineiden sopivuutta ketonointiin.
Tulosten perusteella Parr-mittakaavan puolipanosreaktori on toimiva laitteisto rasvahappojen ketonointiin ja vedytykseen liittyvien tutkimustehtävien suorittamiseen, sillä erityisesti näytteenotto reaktorista mahdollistaa laajan datan keruun kokeista. Tulosten perusteella kaksoissidoksellisten rasvahappojen läsnäolo aiheuttaa raskaiden hiilivetyjen muodostumista biovahatuotteessa ainoastaan 3, 5, ja 7 % tasolla alkuperäisestä rasvahappokoostumuksesta riippuen. Lopputuotteiden viskositeetti-indeksit olivat välillä 112-116.
In the theoretical part of this study, processing of fatty acids especially to ketones was studied. Also, the main mechanisms found in the literature were discussed.
In the experimental section, catalytic upgrading of fatty acids to hydrocarbons was examined with palmitic acid and oleic acid in laboratory scale semi-batch reactor. The ketonization tests carried out also provided foundation for further test method development of Parr-scale reactor setup. Additionally, potential of other feedstock outside of the fatty acid pool for ketonization was studied.
Based on the experiments, Parr-scale semi-batch reactor is valid method for wide range of research tasks involving ketonization or hydrodeoxygenation of fatty acids. Wide range of data can be obtained with reactor sampling. Based on the results, heavy fraction in biowax product is 3, 5 and 7 % depending on the amount of double-bonded fatty acids in the initial feedstock. End products with viscosity index 112 to 116 were obtained from the experiments.
Tämän työn kirjallisessa osassa tarkastellaan erityisesti rasvahappojen prosessointia ketoneiksi ja kirjallisuudessa esiteltyjä mekanismeja.
Kokeellisessa osassa rasvahappojen reaktioreittiä hiilivedyiksi tutkittiin palmitiinihapon ja oleiinihapon avulla laboratoriomittakaavan puolipanosreaktorissa. Tarkastellut ketonointikokeet loivat myös pohjan laajemmalle Parr-mittakaavan reaktorikokeiden menetelmänkehitykselle. Työssä tutkittiin rasvahappojen lisäksi muiden syöttöaineiden sopivuutta ketonointiin.
Tulosten perusteella Parr-mittakaavan puolipanosreaktori on toimiva laitteisto rasvahappojen ketonointiin ja vedytykseen liittyvien tutkimustehtävien suorittamiseen, sillä erityisesti näytteenotto reaktorista mahdollistaa laajan datan keruun kokeista. Tulosten perusteella kaksoissidoksellisten rasvahappojen läsnäolo aiheuttaa raskaiden hiilivetyjen muodostumista biovahatuotteessa ainoastaan 3, 5, ja 7 % tasolla alkuperäisestä rasvahappokoostumuksesta riippuen. Lopputuotteiden viskositeetti-indeksit olivat välillä 112-116.