ELŐHIDROGÉNEZETT NÖVÉNYOLAJOK IZOMERIZÁLÁSA. Krár Márton, Hancsók Jenő

Átírás

1 ELŐHIDROGÉNEZETT NÖVÉNYOLAJOK IZOMERIZÁLÁSA Krár Márton, Hancsók Jenő Pannon Egyetem Vegyészmérnöki és Folyamatmérnöki Intézet Ásványolaj- és Széntechnológia Intézeti Tanszék MŰSZAKI KÉMIAI NAPOK április

2 Bio-motorhajtóanyagokkal szemben támasztott követelmények I. q meglevő motorokban való alkalmazhatóság: ne okozzon beruházási bizonytalanságot az üzemeltetőnél, ne legyen piacbevezetési fékező hatása, hajtóanyaggyártók és -forgalmazók kockázatmentessége, gépjárművek üzemeltethetősége alternatív hajtóanyag hiányában hagyományossal (pl. távolsági közlekedés, gépjármű eladása stb.). 2

3 Bio-motorhajtóanyagokkal szemben támasztott követelmények II. q meglevő motorok kismértékű átalakítási igénye: problémamentes és kis költségű megvalósítás, alkalmasság a hagyományos hajtóanyaggal való üzemeltetésre vagy könnyű visszaállíthatóság, beállítható paraméterek változtatása (pl. befecskendezett hajtóanyag mennyisége, rövidebb olajcsere-időköz, más motorolaj stb.). 3

4 Bio-motorhajtóanyagokkal szemben támasztott követelmények III. q környezetvédelmi és humánbiológiai szempontból legalább olyannak kell lenniük, mint a hagyományos hajtóanyagoknak: korlátozott emisszió (szénhidrogének, szén-monoxid, nitrogén-oxidok, részecskék), fontosabb nem korlátozott kibocsátások: pl. többgyűrűs aromások, aldehidek, kis teljes életciklusú szén-dioxid-emisszió, jó biológiai lebonthatóság, nem nagyobb zajkibocsátás stb. 4

5 Bio-motorhajtóanyagokkal szemben támasztott követelmények IV. q üzemeltethetőség legkisebb járulékos költségráfordítással ne legyen nagyobb a fogyasztás, hosszútávú rendelkezésre állás, karbantartási és javítási költségek ne növekedjenek, ne legyen drágább a hagyományos hajtóanyagoknál, összeférhetőség a szokásos motorolajokkal (ne rövidítse a csereperiódust és ne igényeljen drágább olajat stb.). 5

6 Bio-motorhajtóanyagokkal szemben támasztott követelmények V. q elegendő és állandó minőségű hajtóanyag rendelkezésre állása mindenütt megfelelő infrastruktúra. 6

7 Bio-motorhajtóanyagok javasolt osztályozása felismerésük és alkalmazásba vételük időpontja szerint Első Második Harmadik Negyedik bioetanol növényolajok biodízelek előzőek + kőolaj alapú hajtóanyagok elegyei biogázolajok (növényolajok izomerizáló hidrogénezése) bioetanol lignocellulózból biobutanol Biokomponensek molekulaalkotóként biometán (biogáz) stb. Generáci ció szintetikus bio-motorhajtóanyagok szintézisgázból szintetikus benzin és gázolaj (lepárlási bio-olajok hidrokrakkolása) bio-paraffinok szénhidrátokból dimetil-éter (DME) stb. biohidrogén szintetikus biometán biometanol bio elektromos áram (közvetett módon energiatelepekhez) stb. 7

8 Újgenerációs bio-motorhajtóanyagok felhasználásának fő hajtóerői q nagyobb mértékű rendelkezésre állás igénye (hagyományos biomotorhajtóanyagok nem elegendő mennyiségben és nem kívánt részarányban való rendelkezésre állása), q hagyományos bio-motorhajtóanyagok hátrányai, q jobb minőség igénye, q Európai Unió törekvései, direktívái. q gazdaságosság, q költségvetési bevétel biztosítása, q éghajlat-, domborzat-, talaj- adottságok, q környezetbarátabb termékek gyártása és felhasználása a teljes életciklus alatt, 8

9 Európai Unió törekvései q 2003/30/EC direktíva 2010-re 5,75% bio-motorhajtóanyag [ajánlott] q A bioüzemanyagokra vonatkozó uniós stratégia COM(2006) 34 második generációs motorhajtóanyagok jelentősége q január SEC(2006) 848 és március ET 10% bio-motorhajtóanyag arány 2020-ra [kötelező], feltételek: termelés fenntartható, a második generációs bio-motorhajtóanyagok a kereskedelemben kaphatóak lesznek, motorhajtóanyag szabványokat ezeknek megfelelően módosítják. 9

10 A világ fosszilis és alternatív eredetű gázolaj felhasználása % 29% 603*10 6 t 9*10 6 t 22% 56% 879*10 6 t 83*10 6 t 35% 18% 18% Biodízel (NOME, NOEE) CTL gázolaj GTL gázolaj BTL gázolaj Biodízel (NOME, NOEE) CTL gázolaj GTL gázolaj BTL gázolaj Alternatív motorhajtóanyagok részaránya 1,5% 10% 10

11 Biodízel előállítás a világon Biodízel termelés,10 3 t Franciaország Németország Európa USA Világ Dízelgázolaj mennyiség: Világ: kb. 600 millió t/év; EU15 kb. 150 millió t/év

12 Biodízel (NOME) fontosabb hátrányai q rossz hő- és oxidációs stabilitás (kettőskötések miatti nagy jódszám) q víz abszorpció (korróziót okoz), q megnövekedett NO x -emisszió, q rövidebb olajcsere periódus, q nagyobb hajtóanyag-fogyasztás, q kedvezőtlen hidegtulajdonságok, q nagyobb előállításai költségek, q az előállítás során nagy mennyiségű (kb. 10%-nyi) glicerin keletkezik, ami glicerin túltermelést okoz, stb. 12

13 Kísérleti munka célja q Katalitikus átalakítással olyan növényolaj eredetű, Diesel-motorok hajtására alkalmas motorhajtóanyag előállítása, amely nagy hozammal (>75%) állítható elő, nagy cetánszámmal és kedvező hidegfolyási tulajdonságokkal rendelkezik. 13

14 Izomerizáló hidrogénezés lépései 14

15 Alapanyag és katalizátor Alapanyag q napraforgóolajból oxigéneltávolítással előállított előhidrogénezett növényolaj Katalizátorok Jellemző Oxigéntartalom Víztartalom Kén- és nitrogéntartalom Fémtartalom (Na,K,Cu,Mg) Savszám Jódszám n-paraffinok ebből n-c18 Érték <1 ppm 2 g I 2 /g 98,8% 90,3%; q fémtartalmú zeolitok CFPP 23 C >100 ppm 2% <20 ppm 0,2% < ppm 0,2 mg KOH/g 15

16 Vizsgálati módszerek Tulajdonság CFPP, C Cetánszám Kén-tartalom Nitrogén--tartalom Víz-tartalom Mono-, di- és triglicerid-tartalom Jódszám Fém-tartalom (Na + K) Fém-tartalom (Ca + Mg) Szabványos módszer MSZ EN 116 ASTM D a MSZ EN ISO ASTM-D MSZ EN ISO MSZ EN MSZ EN MSZ EN MSZ EN

17 Kísérleti berendezés F 17

18 Eredmények értékelése I. q A fémtartalmú zeolit hordozós katalizátorok megfelelő a hidogénező-dehidrogénező aktivitással rendelkeznek. A nemesfém tartalmú katalizátorok a legalkalmasabbak. A nagyobb nemesfém-tartalomnak (>0,5%) csak kismértékű hatása van a konverzióra. 18

19 Eredmények értékelése II. Paraméterek hatása a konverzióra q A konverzió a hőmérséklet növekedésével (280 à 350 C) egy állandó érték eléréséig nő, a cseppfolyós termékek hozama pedig ezzel ellentétesen változik. q A folyadékterhelés csökkentésével nő a konverzió, azonban csökken a cseppfolyós termékek hozama. q A nyomás 50 barg-ig való növelésének kedvező hatása van a konverzióra, azonban további nyomásnövelés főleg a hidrokrakkoló reakciók lejátszódását növeli. 19

20 Eredmények értékelése III. Paraméterek hatása az i/n-arányra q A i-/n-paraffinok aránya 330 C-ig nő, majd csökken. Ennek oka az izomerizáló reakciók exoterm természetéből eredő termodinamikai gátló hatás. q A nyomás 50 bar-ról 40-re csökkentése, illetve 50 bar-ról 70-ra való növelése csak kismértékben csökkenti a termékelegy i/nparaffin arányát. 20

21 Összefoglalás q A vizsgált katalizátorok alkalmasak az előhidrogénezett napraforgóolajok izomerizálására. q Az előállított termékek nagy cetánszámmal (>75) és kedvező hidegfolyási tulajdonságokkal rendelkeztek (CFPP: < C), továbbá gyakorlatilag kén- és nitrogénmentesek. 21

22 Köszönöm a megtisztelő figyelmet Pannon Egyetem 8200 Veszprém, Pf Tel.: 88/624313, Fax.: 88/624520