Καταλυτική υδρογονοεπεξεργασία υποβαθμισμένων πετρελαϊκών κλασμάτων και λιπιδίων προς παραγωγή υβριδικών καυσίμων

Abstract

The aim of this study is the upgrading of low graded petroleum fractions using liquid residual biomass, to evaluate the potential double benefit from biomass integration in underlying refineries. In particular, the upgrading of Light Cycle Oil (LCO) using Waste Cooking Oil (WCO) via co-hydroprocessing was examined. On the one hand, LCO is one of the key products of the fluid catalytic cracking (FCC) process, as it accounts to 7.5% of total refinery capacity and 25% of FCC's total products. Even though it presents a similar boiling range with diesel and thus would be an interesting substitute of diesel fuel, LCO exhibits particular quality characteristics that render its upgrading difficult task. On the other hand, WCO is a renewable bio-based liquid residue, which is available in significant quantities while the scientific and industrial communities are focused on its exploitation for over a decade. In order for the LCO upgrading to be achieved, two technologies are combined; the fractionation technology and the hydroprocessing technology. On hydroprocessing experiments, different operating conditions and different ratios of LCO, WCO and petroleum fraction of gasoil were applied and evaluated. The experimental section was performed at the units of the Chemical Process & Energy Resources Institute (CPERI) of the Centre for Research and Technology Hellas (CERTH), while all the liquid products, from the hydroprocessing unit, were analyzed at the Laboratory of Fuels Technology and Lubricants of the School of Chemical Engineering of the National Technical University of Athens (N.T.U.A). After the liquid products analysis was completed, the evaluation and the expatiation of the results ensued in order the conclusions of the research to be inferred, while at the same time a literature research was carried out targeting to the explanation of some phenomena. The results showed that the combination of the two technologies, distillation and hydroprocessing, as well as the mixing of LCO with WCO and with petroleum fractions could lead to its upgrading, as LCO was converted to a higher quality fuel which could potentially be a usable product for industry, incorporating the residual biomass addition also.

Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η αναβάθμιση υποβαθμισμένων πετρελαϊκών κλασμάτων με χρήση υγρής υπολειμματικής βιομάζας, ώστε να εξεταστεί το δυνητικά διπλό όφελος της ενσωμάτωσης της βιομάζας σε υφιστάμενες μονάδες διυλιστηρίου. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκε η αναβάθμιση του Gasoil καταλυτικής πυρόλυσης (Light Cycle Oil, LCO) με χρήση τηγανελαίου (Waste Cooking Oil, WCO) μέσω της καταλυτικής συν-υδρογονοεπεξεργασίας. Το LCO αποτελεί ένα από τα βασικά προϊόντα του διυλιστηρίου και θεωρείται ένα δυνητικό συστατικό ανάμιξης του ντήζελ, ενώ η αναβάθμισή του παρουσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις λόγω κάποιων αρνητικών και ανασταλτικών ιδιοτήτων που παρουσιάζει. Από την άλλη, το WCO είναι μία υπολειμματική υγρή βιομάζα, η οποία συναντάται σε σημαντικές ποσότητες και η αξιοποίηση της οποίας απασχολεί όλο και περισσότερο την επιστημονική κοινότητα. Προκειμένου να επιτευχθεί η αναβάθμιση του LCO εφαρμόστηκαν δύο τεχνολογίες: η τεχνολογία της απόσταξης και η τεχνολογία της υδρογονοεπεξεργασίας. Στα πειράματα υδρογονοεπεξεργασίας εξετάστηκαν διαφορετικές λειτουργικές παράμετροι και διαφορετικές αναλογίες του LCO, του WCO και ενός πετρελαϊκού κλάσματος του gasoil. To πειραματικό μέρος της διατριβής πραγματοποιήθηκε στο Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων του Ερευνητικού Κέντρου Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ) όπου προσομοιάστηκαν συνθήκες λειτουργίας ενός διυλιστηρίου. Όλα τα τελικά προϊόντα που προέκυψαν από τα πειράματα οδηγήθηκαν και αναλύθηκαν στο εργαστήριο Τεχνολογίας Καυσίμων και Λιπαντικών της Σχολής Χημικών Μηχανικών του Ε.Μ.Π. Αφού ολοκληρώθηκαν οι αναλύσεις ακολούθησε η ανάλυση και η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων προκειμένου να εξαχθούν τα συμπεράσματα της έρευνας, ενώ παράλληλα πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική έρευνα προκειμένου να εξηγηθούν κάποια φαινόμενα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο συνδυασμός των δύο τεχνολογιών, της απόσταξης και της υδρογονοεπεξεργασίας, καθώς και η ανάμιξη του LCO με το WCO και με πετρελαϊκά κλάσματα μπορούν να οδηγήσουν στην αναβάθμιση αυτού, καθώς το LCO μετατράπηκε σε ένα καύσιμο καλύτερης ποιότητας το οποίο εν δυνάμει θα μπορούσε να αποτελέσει ένα αξιοποιήσιμο προϊόν για τη βιομηχανία ενσωματώνοντάς παράλληλα και την προσθήκη μιας υπολειμματικής βιομάζας.