Catalytic cracking of fusel oil to light olefins over zeolite catalysts

การแตกตัวเชิงเร่งปฏิกิริยาของฟูเซลออยล์เป็นโอเลฟินส์เบาบนตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์

Name: Rachatawan Yaisamlee

LCSH: Zeolites

LCSH: Zeolite catalysts

LCSH: Environmental management

Abstract: Fusel oil is a by-product of bioethanol production. It is considered a renewable feedstock as well as an environmentally friendly material. However, due to the limitation of its application, the market is not able to absorb the demand for fuel oil, which results in a relatively low price. As a consequence, fusel oil is an interesting new renewable source to convert into value-added products via a high-efficiency bioenergy conversion process. In the present work, the catalytic cracking of fusel oil to light olefins (ethylene, propylene, and butylene) was investigated in a fixed bed reactor using zeolites as catalysts. The physicochemical properties of fusel oil were also examined. The three well-known zeolites ; ZSM-5, HY, and H-beta were selected to study the effect of the topology of zeolite on this reaction. Under the same condition, the results found that HZSM-5 gave the highest carbon in light olefins yield because of its suitable pore structure. As a result, HZSM-5 zeolite was chosen for further study to achieve the highest catalytic performance. The effect of operating parameters such as reaction temperature and fusel oil feed flowrate on gas carbon yields was studied. The operating reactions play a vital role in gas product and distribution in order to control the side reactions (i.e., H-transfer, aromatization, isomerization) which produce undesired hydrocarbons. With the consideration of light olefins, the optimum condition was at 550oC with 0.04 ml/min fusel oil feed flow rate with 0.2 g catalyst. Moreover, the effect of co-feeding water and reactants were also studied. The results exhibited the significant role of the ratio of co-fed water and the role of reactants in catalytic cracking reaction over HZSM-5 catalyst. The stability of HZSM-5 on catalytic cracking of fusel oil was also examined. There was a slight drop in light olefins yield over 20 h of time on stream on HZSM-5. Thus, HZSM-5 showed good merit to develop stability and catalytic performance in the novel way to produce light olefins via catalytic cracking of fusel oil in future work.

Abstract: ฟูเซลออยล์เป็นผลพลอยได้จากการผลิตไบโอเอทานอล ซึ่งถือเป็นวัตถุดิบทดแทนและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากการใช้งานอย่างกำจัดของฟูเซลออยล์ ทำให้ตลาดไม่สามารถรองรับความต้องการของฟูเซลออยล์ทั้งหมดได้ส่งผลให้มีราคาค่อนข้างต่ำ ด้วยเหตุนี้ฟูเซลออยล์จึงเป็นแหล่งหมุนเวียนใหม่ที่น่าสนใจในการนำมาเพิ่มมูลค่าผ่านกระบวนการเปลี่ยนพลังงานชีวภาพที่มีประสิทธิภาพสูง ในงานวิจัยนี้ได้ศึกษาการแตกตัวเร่งเชิงเร่งปฏิกิริยาของฟูเซลออยล์เป็นโอเลฟินส์เบา (เอทิลีน โพรพิลีนและบิวทิลีน) ด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบเบดคงที่โดยใช้ซีโอไลต์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังมีศึกษาคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของฟูเซลออยล์ พร้อมทั้งศึกษาผลของลักษณะโทโพโลยีของซีโอไลต์ที่รู้จักดีทั้งสามชนิดได้ชนิดได้แก่ ZSM-5 HY และ H-beta ต่อปฏิกิริยานี้ ผลการวิจัยพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา HZSM-5 ให้ปริมาณโอเลฟินส์เบาที่สุดภายใต้สภาวะเดียวกันเนื่องจากมีโครงสร้างรูพรุนที่เหมาะสม ด้วยเหตุนี้ซีโอไลต์ HZSM-5 จึงได้รับเลือกสำหรับการศึกษาผลของปัจจัยในการทำปฏิกริยาเช่นอุณหภูมิและอัตราการไหลของสารป้อนต่อไป จากผลการทดลองพบว่าอุณหภูมิและอัตราการไหลของสารป้อนเป็นปัจจัยสำคัญในการควบคุมการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียง เช่น ปฏิกิริยาการถ่ายโอนไฮโดรเจน อะโรมาไทเซชัน ไอโซเมอไรเซชัน เป็นต้น ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ต้องการ โดยภาวะเหมาะสมที่ให้โอเลฟินส์เบาสูงสุดคือที่อุณหภูมิ 550 องศาเซลเซียส อัตราการไหลของสารป้อนเท่ากับ 0.04 มิลลิลิตรต่อนาทีและที่น้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยา 0.2 กรัม นอกจากนี้ยังศึกษาผลของการให้น้ำร่วมและสารตั้งต้น ผลการวิจัยแสดงให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของอัตราส่วนของน้ำและบทบาทของสารตั้งต้นต่อปฏิกิริยาการแตกตัวเร่งเชิงของฟูเซลออยล์ ความเสถียรของตัวเร่งกิริยา HZSM-5 ในการแตกตัวเร่งเชิงปฏิกิริยาของฟูเซลออยล์ได้รับการตรวจสอบในการทำปฏิกิริยา 20 ชั่วโมง พบว่าตัวเร่งปฏิกิริยา HZSM-5 ให้ปริมาณโอเลฟินส์เบาลดลงเล็กน้อย ดังนั้น HZSM-5 จึงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมในการพัฒนาความเสถียรและประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาในการผลิตโอเลฟินส์เบาโดยการแตกตัวเชิงเร่งปฏิกิริยาของฟูเซลออยล์ในอนาคต

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Prasert Reubroycharoen

Role: Advisor

Issued: 2020

Modified: 2025-01-07

Issued: 2025-01-07

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2020.1354

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Petrochemistry and Polymer Science

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	6072870123.pdf	3.54 MB

ใช้เวลา

0.02684 วินาที