Καταλυτική Υδρογονοαποξυγόνωση Φαινολικών Μορίων - Ρέβελας, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2017)
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και κινητική μοντελοποίηση της καταλυτικής υδρογoνο-αποξυγόνωσης της φαινόλης, χρησιμοποιώντας εμπορικούς και εργαστηριακά παρασκευασμένους καταλύτες. Αναλυτικότερα, για τη διεργασία αυτή δοκιμάστηκαν οι εξής καταλύτες: τετράλοβος εμπορικός καταλύτης NiMo/γ-Αl2O3 στις εμπορικές του διαστάσεις και στην αναγμένη του μορφή, λειοτριβημένα σωματίδια εμπορικού καταλύτη NiMo/γ- Αl2O3 στη θειωμένη του μορφή, καθώς και λειοτριβημένα σωματίδια εργαστηριακά παρασκευασμένου καταλύτη Ru/γ-Al2O3 (1% κ.β. Ru) σε αναγμένη μορφή. Όσον αφορά στην αναγμένη μορφή του εμπορικού καταλύτη NiMo/γ-Αl2O3, έγινε επίσης επεξεργασία παλιότερων πειραματικών δεδομένων που είχαν λάβει χώρα με τη λειοτριβημένη μορφή του καταλύτη, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των εσωτερικών φαινομένων μεταφοράς μάζας. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε μίνι- κλίμακας σπειροειδή αντιδραστήρα υπό σταθερή πίεση υδρογόνου ίση με 30 bar. Ο λόγος παροχών αέριας προς υγρή φάση ήταν υψηλός (>400 Nl/l) προς αποφυγή των περιορισμών από εξωτερικά φαινόμενα μεταφοράς μάζας. Για καθέναν από τους καταλύτες εξετάστηκαν διάφορες θερμοκρασίες και ταχύτητες χώρου, ώστε να καταστεί δυνατός ο προσδιορισμός των παραμέτρων του κινητικού μοντέλου της αντίδρασης. Δεδομένης της διαφορετικής δραστικότητας των καταλυτών, το εύρος θερμοκρασιών στο οποίο διεξήχθησαν τα πειράματα ήταν διαφορετικό. Επιπλέον, πρότυπα πειράματα διεξήχθησαν για τον υπολογισμό της αποδραστικοποίησης των καταλυτών συναρτήσει του χρόνου λειτουργίας τους, η οποία ελήφθη υπόψη για την αξιόπιστη επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων. Σε όλα τα πειράματα, η τροφοδοσία ήταν μίγμα φαινόλης σε διαλύτη κανονικό δωδεκάνιο (υψηλής καθαρότητας) περιεκτικότητας 1% κ.β. σε φαινόλη. Η ροή θεωρήθηκε ιδανική εμβολική και η επίλυση των διαφορικών εξισώσεων που προέκυψαν από την κατάστρωση των ισοζυγίων μάζας κατά μήκος του αντιδραστήρα, έγινε με τη μέθοδο Runge-Kutta 4ης τάξης. Για καθέναν από τους καταλύτες που χρησιμοποιήθηκαν, οι κινητικές παράμετροι της υδρογονο- αποξυγόνωσης προσδιορίστηκαν με μη γραμμική πολυ-παραμετρική αριστοποίηση, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Nelder-Mead Simplex. Ειδικότερα για τη μελέτη των εσωτερικών φαινομένων διάχυσης στην περίπτωση του αναγμένου εμπορικού καταλύτη NiMo/γ-Αl2O3 στις εμπορικές του διαστάσεις, έγινε επιπλέον μονο-παραμετρική αριστοποίηση ως προς το φαινόμενο συντελεστή διάχυσης της φαινόλης στο εσωτερικό του καταλυτικού σωματιδίου, για καθεμία από τις διαφορετικές θερμοκρασίες που εξετάστηκαν, ενώ προσδιορίστηκαν και οι αντίστοιχοι παράγοντες αποτελεσματικότητας. Ακόμη, επιχειρήθηκε η επίλυση του ισοζυγίου μάζας κατά μήκος της ακτίνας του καταλυτικού σωματιδίου με πολυωνυμική προσέγγιση της κατανομής της συγκέντρωσης της φαινόλης από την επιφάνεια του καταλυτικού σωματιδίου έως το κέντρο του. Ο καταλύτης NiMo/γ-Αl2O3 στην αναγμένη του μορφή ήταν περισσότερο δραστικός στη μετατροπή της φαινόλης σε σχέση με τη θειωμένη μορφή του. Η θειωμένη μορφή του εν λόγω καταλύτη εμφάνισε δραστικότητα σε σχετικά υψηλότερες θερμοκρασίες, ενώ έδειξε ότι αποδραστικοποιείται με το χρόνο απουσία κάποιας θειούχας ένωσης στην τροφοδοσία, λόγω αποθείωσής του. Τέλος, ο καταλύτης ρουθηνίου επέδειξε αρκετά υψηλή αρχική δραστικότητα και έντονη αποδραστικοποίηση με το χρόνο. Η δραστικότητά του περιορίζεται στο μονοπάτι παραγωγής κυκλοεξανόλης και κυκλοεξανόνης, και όχι αποξυγονωμένου προϊόντος, δηλαδή κυκλοεξανίου ή βενζολίου.