Hiilidioksidin ja hiilimonoksidin liukoisuudet öljyjakeisiin
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3027
Language
fi
Pages
70 + 10
Series
Abstract
Bioperäiset polttoaineet ovat ilmastonmuutoksen ja rajallisten öljyvarojen vuoksi suuren kiinnostuksen kohteena. Vetykäsittelyllä pystytään samanaikaisesti käsittelemään fossiilisia öljyjakeita ja bioperäisiä triglyseridejä. Samanaikainen vetykäsittely tunnetaan termillä co-processing. Diplomityön tarkoituksena oli mitata vetykäsittelyssä syntyvien hiilidioksidin ja hiilimonoksidin liukoisuuksia öljyjakeisiin. Lisäksi selvitettiin käsittelyssä syntyvän veden vaikutus tutkittavien kaasujen liukoisuuteen. Työn kirjallisuusosa on kirjallisuuskatsaus, jossa perehdytään faasitasapainojen termodynamiikkaan, öljynjalostuksen ja bioperäisten polttoaineiden perusteisiin, sekä fossiilisten öljyjen ja bioperäisten rasvojen vetykäsittelyyn. Lisäksi tutustutaan kirjallisuuteen, joka käsittelee hiilidioksidin ja hiilimonoksidin mitattua liukoisuutta hiilivetyihin. Soveltava osa käsittelee hiilidioksidin ja hiilimonoksidin liukoisuudesta tehtyjä mittauksia. Mittaukset suoritettiin jatkuvatoimisella virtauslaitteistolla, jossa liukoisuuden määritys perustuu kuplapisteen havaitsemiseen. Laitteiston toiminta varmistettiin huolellisilla kalibroinneilla ja testimittaussarjoilla. Hiilidioksidin ja hiilimonoksidin liukoisuus kolmeen erilaatuiseen öljynäytteeseen mitattiin. Näytteet olivat koostumukseltaan tuntemattomia öljynjalostuksen virtoja. Viskositeettien perusteella ensimmäinen näyte oli kevyt, toinen raskaampi ja kolmas selvästi raskas. Hiilidioksidin liukoisuus mitattiin lämpötiloissa 40, 70, 160 ja 250 °C painevälillä 1,5-3,5 MPa. Hiilimonoksidin liukoisuus mitattiin lämpötiloissa 25, 70, 140 ja 250 °C painevälillä 2,5-3,5 MPa. Veden vaikutusta hiilidioksidin ja hiilimonoksidin liukoisuuteen tutkittiin keskimmäiseen näytteeseen kahdessa eri lämpötilassa. Todettiin, että hiilidioksidin liukoisuus öljyjakeisiin lisääntyy lämpötilan laskiessa ja paineen noustessa. Mittauslämpötiloissa hiilidioksidin liukoisuus oli suurempaa kevyempiin öljynäytteisiin. Veden lisääminen öljyjakeeseen vähensi hiilidioksidin liukoisuutta tutkittuun näytteeseen. Hiilimonoksidin liukoisuus öljyjakeisiin lisääntyi lämpötilan ja paineen noustessa. Mittauslämpötiloissa myös hiilimonoksidin liukoisuus oli suurempaa kevyempiin öljynäytteisiin. Hiilimonoksidin liukoisuuden vesi-öljyseokseen todettiin vähenevän korkeammassa lämpötilassa, mutta lisääntyvän matalammassa mittauslämpötilassa. Lisäksi todettiin hiilidioksidin liukoisuuden öljyjakeisiin olevan suurempaa kuin hiilimonoksidin. Mittaukset ja niistä tehdyt havainnot ovat yhteneviä kirjallisuudesta löytyvien tietojen kanssa. Mitattujen arvojen avulla pystytään arvioimaan hiilidioksidin ja hiilimonoksidin liukoisuutta tutkittuihin öljyjakeisiin laajalla lämpötila- ja painealueella. Lisäksi mitatut arvot ovat kaasujen liukoisuusmallien kehittämisen sekä niiden validoinnin kannalta tarpeellisia ja arvokkaita.Biofuels are of great interest due to climate change and limited oil resources. During hydrotreatment, fossil oil fractions and bio-based triglycerides can be processed simultaneously. This joint treatment is called co-processing. The aim of this Master’s thesis is to measure the solubility of gases forming during the hydrotreatment in oil fractions. In addition, the effect of soluble water in the oil fraction on gas solubility was studied. The literature section focuses on the thermodynamics of the phase equilibrium and on the basics of both oil refining and bio-based fuels, further the hydrotreatment is explored. In addition, the solubility of carbon dioxide and carbon monoxide in hydrocarbons is reviewed. The methodology section focuses on the solubility measurements of carbon dioxide and carbon monoxide. The measurements were performed with continuous flow apparatus. Determination of solubility is based on the observation of bubble point. The operational reliability of the apparatus was ensured with appropriate calibrations and via test series. The solubility of carbon dioxide and carbon monoxide in three different oil fractions were measured. The oil fractions were oil-refining currents and unknown in composition. Based on viscosities the first sample was light, the second one slightly heavier and the third was apparently heavy fraction. The solubility of carbon dioxide was measured at the temperatures of 40, 70, 160 and 250 °C and in pressures between 1.5 and 3.5 MPa. The solubility of carbon monoxide was measured at temperatures of 25, 70, 140 and 250 °C and in pressures between 2.5 and 3.5 MPa. The effect of water on the solubility of carbon dioxide and carbon monoxide in the second sample at two different temperatures was examined. It was found that the solubility of carbon dioxide increases with temperature decrease and pressure increase. At the measuring temperatures the solubility of carbon dioxide was grater in lighter samples. The addition of water into the oil fraction was found to reduce the solubility of the carbon dioxide in the oil fraction examined. The solubility of carbon monoxide was observed to increase as the temperature and pressure rose. Also, the solubility of carbon monoxide was higher in lighter oil fractions. The solubility of the carbon monoxide in the water-oil mixture was found to decrease at higher temperatures, but to increase at lower temperatures. The results also show that the solubility of carbon dioxide in oil fractions is greater than the solubility of carbon monoxide. The observations are in line with the values found in literature. Measured values enables the estimation of the solubility of carbon dioxide and carbon monoxide at a wider temperature and pressure range. Measured values are also necessary and valuable for the development and validation of gas solubility models.Description
Supervisor
Alopaeus, VilleThesis advisor
Uusi-Kyyny, PetriZaitseva, Anna