Etherification of biodiesel by-product glycerol to produce fuel oxygenates
Biyodizel yan ürünü olan gliserinin eterifikasyonu ile oksijenli yakıt katkı maddesi üretimi
- Tez No: 385049
- Danışmanlar: PROF. DR. TİMUR DOĞU, DOÇ. DR. NURAY OKTAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 169
Özet
Biyodizel bitkisel ve hayvansal yağların düşük molekül ağırlıklı alkollerle (metanol/etanol) bazik bir katalizör varlığında transesterifikasyonu sonucu oluşan yenilenebilir çevre dostu petrol bazlı dizel yakıtına alternatiftir. Gliserol biyodizel üretim prosesinin önemli bir yan ürünüdür. Biyodizel üretiminin ekonomik olarak değer kazanması ancak yan ürün olan gliserolün değerlendirilmesi ile mümkün olacaktır. En dikkat çeken değerlendirme yöntemi gliserolün yakıt katkı maddesi oluşturmak için eterifikasyonudur. Bu çalışma kapsamında gliserolün C4 (i-butene) ve C5 [i-amilen; 2-Metil-2-Büten (2M2B)] i-olefinleri ile eterifikasyonu yakıt katkı maddesi üretmek amacıyla incelenmiştir. Ayrıca ticari katalizörlere alternatif olabilecek yeni nesil mezogözenekli SAPO-34 katalizörü sentezlenmiş ve gliserolün i-büten ile eterifikasyon reaksiyonunda aktivitesi test edilmiştir. Gliserolün i-buten ile eterifikasyonu otoklav reaktörde ticari katı asit katalizörlerden olan, Amberlit-36, Dowex DR-2030 ve STA kullanılarak 70-120oC arasında çalışılmıştır. Reaktan olarak i-bütenin kullanıldığı gliserolün eterifikasyon reaksiyonu sonuçları, katalizörün Bronsted asiditesinin yanı sıra gözenek difüzyon direncinin katalitik aktiviteye olan etkisini ispatlamıştır. 80oC ve daha düşük sıcaklıklarda yüksek asiditeye sahip Silikotungstik asit katalizörü en iyi performansı vermiştir. Fakat yüksek sıcaklıklarda i-bütenin oligomerleşme reaksiyonu hızlanmış ve bu durum gliserol dönüşümü üzerinde olumsuz etkiler yaratmıştır. Amberlit-36 ve Dowex DR-2030 katalizörleri 90 ve 120oC çok iyi performans göstermişlerdir. Gliserolün 2-Metil-2-Büten (2M2B) ile eterifikasyonu da otoklav reaktörde ticari katı asit katalizörlerden olan Amberlit-36 ve Dowex DR-2030 kullanılarak çalışılmıştır. Amberlit-36 ve Dowex DR-2030 katalizörlerinin aktiviteleri oldukça benzer çıkmıştır ve katalizör miktarının artması gliserol dönüşümünü artırmıştır. Bu durum birim hacimdeki aktif sitelerin artması ile açıklanmıştır. Gliserolün 2M2B ile eterifikasyonu 120 ve 140oC' de Amberlit-36 varlığında çalışılmıştır. Reaksiyon süresinin ve katalizör yüklemesinin gliserol dönüşümü ve ürün dağılımı üzerine etkisi incelenmiştir. 120 ve 140oC 'de Amberlit-36 katalizörü varlığında gliserolün 2M2B ile eterifikasyonu mono-,di- ve tri- eterlerin oluştuğunu göstermiştir. 140oC' de 0.3 g Amberlit-36 kullanıldığı durumda gliserol dönüşü ve di-eter seçiciliği sırasıyla 1.0 ve 0.7 olarak kaydedilmiştir. Mikrogözenekli, mezogözenekli ve Silikotungstik asit emdirilmiş SAPO-34 katalizörleri ticari katalizörlere alternatif olarak başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Mezogözenekli SAPO-34 ve STA@Mezogözenekli SAPO-34 katalizörleri gliserolün i-büten ile eterifikasyonunda test edilmiş ve bu reaksiyon için aktif olmadıkları görülmüştür. Sonuç olarak gliserolün eterifikasyonu i-büten ile olduğu gibi 2M2B ile de başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Böylelikle yan ürün olan gliserol değerlendirilmiş ve biyodizel ekonomisine katkı sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Biodiesel, which is a renewable and environmentally friendly alternative to petroleum based diesel fuel, is produced by trans-esterification of vegetable oils and animal fats with lower molecular weight alcohols (methanol/ethanol), in the presence of a basic catalyst. Glycerol is the main side product of biodiesel production process. Economics of biodiesel production strongly depends upon the efficient utilization of its byproduct glycerol. The most attractive utilization way is its etherification for the production of fuel oxygenates. In this work etherification of glycerol with C4 (i-butene) and C5 [i-amylene; 2-Methyl-2-Butene (2M2B)] i-olefins were investigated for the production of transportation fuel oxygenates. Etherification of glycerol with 2M2B was firstly studied in the literature during this work. Besides mesoporous SAPO-34 like solid acid catalysts were synthesized in order to bring a new dimension to commercial solid acid catalysts and tested in etherification of glycerol with i-butene reaction. The etherification reactions of glycerol with i-butene were carried out in an autoclave batch reactor using commercial solid acid catalyst such as Amberlyst-36, Dowex DR-2030 and Silicotungstic acid (STA) in a temperature range of 70-120oC. Glycerol etherification results obtained by using i-butene as the reactant, proved the importance of Brønsted acidity of the catalyst, as well as the pore diffusion resistance, on the catalytic performance. Silicotungstic acid, with very high acidity, showed very good performance at T≤80oC. However, at higher temperatures it also facilitated the oligomerization of i-butene, which caused negative effect on glycerol etherification. Both Amberlyst-36 and Dowex DR-2030 showed excellent performance in catalyzing glycerol with i-butene at 90 and 120oC. Etherification of glycerol with 2-Methyl-2-Butene (2M2B) was also studied in an autoclave batch reactor using commercial solid acid catalysts such as Amberlyst-36 and Dowex DR-2030. The catalytic activities of Amberlyst-36 and Dowex DR 2030 were quite similar and a significant increase was observed in conversion values, with an increase in catalyst amount. This is due to the increased number of active sites per unit volume of the reaction mixture. Etherification of glycerol with 2M2B was investigated at 120 and 140oC over Amberlyst-36. Effects of reaction time and catalyst loading on glycerol conversion and product distributions were evaluated. Results proved formation of mono-, di- and tri-ethers of glycerol as a result of its etherification with 2M2B at 120-140oC over Amberlyst-36. At 140oC with 0.3 g Amberlyst-36 glycerol fractional conversion values and di-ether selectivity values approaching to 1.0 and 0.7, were highly promising. Microporous, mesoporous and silicotungstic acid impregnated SAPO-34 catalysts were synthesized successfully in order to bring a new dimension to commercial solid acid catalyst for etherification reactions. Activity of mesoporous SAPO-34 and STA@Mesoporous SAPO-34 were tested in etherification of glycerol with i-butene. However it was seen that, these catalyst were not active in etherification of glycerol with i-butene. Results proved that etherification of the biodiesel by-product glycerol could be successfully achieved by using 2M2B, as well as i-butene, to produce fuel oxygenates and improve the economics of biodiesel production.
Benzer Tezler
- Biyodizel yan ürünü gliserinin eterifikasyonu ile yüksek kalitede yeni yakıt formülasyonu
Formulation of new high quality fuels by etherification of glycerol which is a by-product in biodiesel production
NALAN ÖZBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU
YRD. DOÇ. DR. NURAY OKTAR
- Biyodizel yan ürünü gliserolün değerli kimyasallara dönüştürülmesi üzerine kinetik çalışmalar
Kinetic studies on production of valuable organics from glycerol which is a by-product of biodesel
AYŞEGÜL ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURAY OKTAR
PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU
- Gliserin tersiyer eterlerinin sentezi ve reaksiyon kinetiğinin incelenmesi
Synthesis of glycerol tertiary ethers and investigation of reaction kinetics
NALAN ÖZBAY
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURAY OKTAR
PROF. DR. GÜLŞEN DOĞU
- Biyodizel yan ürünü gliserolün eterleşme reaksiyon çalışmaları
Studies of etherification reaction of glycerol which is by-product in biodiesel production
FERİDE KURU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY OKTAR
- Gliserin esterifikasyon reaksiyonu için katalizör sentezi, karakterizasyonu ve performanslarının incelenmesi
Catalysts synthesis for glycerol esterification, characterization and catalysts performance test studies
EMİNE EKİNCİ
Doktora
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURAY OKTAR