Investigation of the effect of catalyst support materials on oleic acid catalytic deoxygenation

Abstract

Due to the presence of certain oxygenated species, green diesel from deoxygenation (DO) technology was developed to replace conventional biodiesel. The study focused on the effects of the supports on the deoxygenation of oleic acid using the CoMo catalyst. The results of this study revealed that the Molybdenum and cobalt species have a significant influence on the reactivity and distribution of the product. The CoMo-based catalyst supported on Cerium oxide (CeO2), Titanium dioxide (TiO2), activated carbon (AC), Zeolite, and Aluminum oxide (γ-Al2O3) were prepared by wet impregnation method and then calcinated under 20 mL min-1 N2 flow for 4 hours at a temperature of 550 ○C. The prepared catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), Brunauer-Emmett-Teller (BET), Thermo-Gravimetric Analysis (TGA), and Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis. The effect of support type (Active carbon, γ-Al2O3, CeO2, TiO2, and Zeolite) on the removal of the different oxygenated functional groups was investigated in the deoxygenation of oleic acid over supported CoMo catalysts at 350 °C and atmospheric pressure. The deoxygenated liquid products were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS), Higher heating value (HHV), and CHNOS analysis. To develop a possible alternative process simulation was conducted using SuperPro design v9.0 to estimate the mass and energy balance, capital investment, and the production cost of the plant for the production of green diesel. Based on the study results, CoMo/AC is the most active catalyst with 93.20% hydrocarbon yield for 2 hrs. at 350 °C and 300 rpm in the absence of hydrogen. However, a significant deoxygenation reaction was still observed for the catalysts having CoMo supported on γ-Al2O3, CeO2, TiO2, and zeolite. Overall, The CoMo/AC shows good catalytic performance due to its good physicochemical properties.

Bazı oksijenli türlerin varlığı nedeniyle, geleneksel biyodizelin yerini almak üzere oksijensizleştirme (DO) teknolojisinden elde edilen yeşil dizel geliştirilmiştir. Çalışma, desteklerin CoMo katalizörü kullanılarak oleik asidin deoksijenasyonu üzerindeki etkilerine odaklanmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, Molibden ve kobalt türlerinin ürünün reaktivitesi ve dağılımı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ortaya koymuştur. Seryum oksit (CeO2), Titanyum dioksit (TiO2), aktif karbon (AC), Zeolit ve Alüminyum oksit (γ-Al2O3) üzerinde desteklenen CoMo bazlı katalizör, ıslak emprenyasyon yöntemi ile hazırlanmış ve ardından 550 ○C sıcaklıkta 4 saat boyunca 20 mL dk-1 N2 akış altında kalsine edilmiştir. Hazırlanan katalizörler, X-ışını kırınımı (XRD), Brunauer-Emmett- Teller (BET), Termo-Gravimetrik Analiz (TGA) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) analizi ile karakterize edilmiştir. Destek tipinin etkisi (Aktif karbon, γ-Al2O3, CeO2, TiO2, ve Zeolit), 350 °C'de ve atmosfer basıncında desteklenen CoMo katalizörleri üzerinde oleik asidin deoksijenasyonunda farklı oksijenli fonksiyonel grupların uzaklaştırılması konusunda araştırılmıştır. Oksijeni giderilmiş sıvı ürünler, Fouriertransform kızılötesi spektroskopisi (FTIR), Gaz Kromatografisi-Kütle Spektrometrisi (GC-MS), Yüksek ısıtma değeri (HHV) ve CHNOS analizi ile karakterize edilmiştir. Olası bir alternatif süreç simülasyonu geliştirmek için kütle ve enerji dengesini, sermaye yatırımını ve yeşil dizel üretimi için tesisin üretim maliyetini tahmin etmek için SuperPro tasarım v9.0 kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonuçlarına göre CoMo/AC, 350 °C’de 2 saat boyunca %93,20 hidrokarbon verimi ile en aktif katalizördür olup hidrojen yokluğunda 300 rpm'de. Bununla birlikte, γ-Al2O3, CeO2, TiO2 ve zeolit üzerinde destekli CoMo katalizörler için önemli bir deoksijenasyon reaksiyonu hala gözlenmiştir. Genel olarak, CoMo/AC, iyi fizikokimyasal özelliklerinden dolayı iyi katalitik performans gösterilmiştir.