Catalytic cracking of fusel oil to light olefins over zeolite catalysts

Rachatawan Yaisamlee

dc.contributor.advisor	Prasert Reubroycharoen
dc.contributor.author	Rachatawan Yaisamlee
dc.contributor.other	Chulalongkorn University. Faculty of Sciences
dc.date.accessioned	2023-08-04T07:09:04Z
dc.date.available	2023-08-04T07:09:04Z
dc.date.issued	2020
dc.identifier.uri	https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/82905
dc.description	Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2020
dc.description.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.
dc.description.abstractalternative	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
dc.language.iso	en
dc.publisher	Chulalongkorn University
dc.relation.uri	http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2020.1354
dc.rights	Chulalongkorn University
dc.title	Catalytic cracking of fusel oil to light olefins over zeolite catalysts
dc.title.alternative	การแตกตัวเชิงเร่งปฏิกิริยาของฟูเซลออยล์เป็นโอเลฟินส์เบาบนตัวเร่งปฏิกิริยาซีโอไลต์
dc.type	Thesis
dc.degree.name	Doctor of Philosophy
dc.degree.level	Doctoral Degree
dc.degree.discipline	Petrochemistry and Polymer Science
dc.degree.grantor	Chulalongkorn University
dc.identifier.DOI	10.58837/CHULA.THE.2020.1354