ارتقاءکیفیت زیست‌سوخت‌های حاصل از پیرولیز لیگنین: فرآیند هیدرودی اکسیژناسیون انیسول با استفاده از کاتالیست پلاتین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش به بررسی فرآیند هیدرودی‌اکسیژناسیون کاتالیزوری انیسول مشتق شده از لیگنین برروی کاتالیزور Pt/Al2O3 در دماهای K 673-573، فشار bar 14-8 و سرعت فضایی g anisole/g catalyst˟h20-3 در راکتور لوله‌ای با بستر ثابت در حضور گاز هیدروژن به‌عنوان یکی از واکنش‌دهنده‌ها پرداخته شده است. واکنش‌های اصلی در فرآیند تبدیل کاتالیستی انیسول، شامل هیدروژن کافت، هیدرودی اکسیژناسیون، هیدروژن زدایی و ترانس آلکیلاسیون می‌باشد. در این فرآیند، ابتدا طی واکنش هیدروژن کافت، انیسول به فنول تبدیل می‌شود. سپس، مشتقات فنولی شامل 2- متیل فنول، 2,4- دی متیل فنول، 6،5،3،2- تترا متیل فنول طی فرآیندهای ترانس آلکیلاسیون و آلکیلاسیون تولید می‌شوند. بنزن نیز طی واکنش هیدرودی اکسیژناسیون تولید می‌شود. هم‌چنین، هگزا متیل بنزن به روش‌های آلکیلاسیون و هیدرودی اکسیژناسیون تشکیل می‌شود. شبکه واکنش و ثوابت سینتیکی واکنش‌ها براساس نتایج گزینش‌پذیری محصولات و میزان تبدیل انیسول، تعیین گردید. با توجه به نتایج به‌دست آمده از شبکه واکنش، فنول، 2- متیل فنول و بنزن محصولات اولیه فرآیند هیدودی اکسیژناسیون هستند. هم‌چنین براساس محاسبه‌های سینتیکی، تولید بنزن از سینتیک مرتبه اول پیروی نمی‌کند و تولید محصولات فنول، 2,4, 6-تری متیل فنول 2, 6 -دی متیل فنول، 2- متیل فنول، هگزا متیل بنزن و 6،5،3،2- تترا متیل فنول از سینتیک مرتبه اول پیروی کرده و انرژی فعا‌ل‌سازی برای تشکیل این محصولات به‌ترتیب  kJ/mol 3/25، kJ/mol 2/40 ، kJ/mol 4/43،  kJ/mol4/55، kJ/mol 1/70 و kJ/mol6/93 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Upgrading of Lignin-derived Bio-oils: Hydrodeoxygenation Process of Anisole Using Platinum Catalyst

نویسندگان [English]

  • Pantea Moradi
  • Majid Saiid
School of Chemistry, College of Science, University of Tehran, Iran
چکیده [English]

In this research, catalytic hydrodeoxygenation process of anisole derived from lignin is investigated over Pt/Al2O3 catalyst at 573-673 K, 8-14 bar and space velocity of 3-20 (ganisole/gcatalyst*h), in the presence of hydrogen as one of the reactants, using a fixed-bed tubular reactor. The main reaction classes during catalytic conversion of anisole are hydrogenolysis, hydrodeoxygenation, dehydration and transalkylation. During this process, anisole initially converts to phenol through hydrogenolysis reaction. Afterwards, phenol derivatives including: 2-methyl phenol, 2,4-di methyl phenol, 2,3,5,6-tetra methyl phenol are generated via alkylation and trans-alkylation reactions. Benzene is formed through hydrodeoxygenation (HDO) reaction. More over hexa-methylbenzene is formed via alkylation and HDO reactions. Reactions network and kinetic constants are determined using products selectivity and anisole conversion data. According to achieved results, phenol, 2-methyl phenol and benzene are primary products of HDO process. Furthermore, based on kinetic calculations, formation of benzene is not a first-order reaction. Formation of phenol, 2,4,6-tri methyl phenol, 2,6-di methyl phenol, 2-methyl phenol, hexamethyl benzene and 2,3,5,6-tetra methyl phenol are first-order reactions, and the activation energy for their formation are 25.3 kJ/mol, 40.2 kJ/mol, 43.4 kJ/mol, 55.4 kJ/mol, 70.1 kJ/mol and 93.6 kJ/mol respectively.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Anisole
  • Catalytic upgrading
  • Lignin
  • Hydro‌ de‌ oxygenation
  • Reaction Network
[1]. Feliczak-Guzik A, Szczyglewska P, Jaroniec M, Nowak I (2020) Ruthenium-containing SBA-12 catalysts for anisole hydrodeoxygenation, Catalysis Today, 354: 67-76. ##
[2]. Saidi M, Rahzani B, Rahimpour MR (2017) Characterization and catalytic properties of molybdenum supported on nano gamma Al2O3 for upgrading of anisole model compound, Chemical Engineering Journal, 319: 143-154. ##
[3]. Wang X, Zhou W, Wang Y, Huang S, Zhao Y, Wang S, Ma X, Ma X (2020) Synergistic Effect for Selective Hydrodeoxygenation of Anisole Over Cu-ReOx/SiO2, Catalysis Today. ##
[4]. Saidi M, Samimi F, Karimipourfard D, Nimmanwudipong T, Gates BC, Rahimpour MR (2014) Upgrading of lignin-derived bio-oils by catalytic hydrodeoxygenation, Energy & Environmental Science, 7, 1: 103-129. ##
[5]. H. Londhe, G. Luo, Park S, Kelley SS, Fang T (2019) Testing of anisole and methyl acetate as additives to diesel and biodiesel fuels in a compression ignition engine, Fuel, 246: 79-92. ##
[6]. Si Z, Zhang X, Wang C, Ma L, Dong R (2017) An overview on catalytic hydrodeoxygenation of pyrolysis oil and its model compounds, Catalysts, 7, 169. ##
[7]. Jung KA, Woo SH, Lim SR, Park JM (2015) Pyrolytic production of phenolic compounds from the lignin residues of bioethanol processes, Chemical Engineering Journal, 259: 107-116. ##
[8]. Ou X, Wu C, Shi K, Hardacre C, Zhang J, Jiao Y, Fan X (2020) Structured ZSM-5/SiC foam catalysts for bio-oils upgrading, Applied Catalysis A: General, 599. ##
[9]. Liu X, He T, Ge Y, Li G, Wu J, Wang Z, Liu G, Wu J (2018) Upgrading of lignin pyrolytic-oil model compounds in a catalytic dielectric barrier discharge plasma reactor, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 131, 128-133: 2018/05/01/.##
[10]. Zhang X, Chen Q, Zhang Q, Wang C, Ma L, Xu Y (2018) Conversion of pyrolytic lignin to aromatic hydrocarbons by hydrocracking over pristine MoO3 catalyst, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 135: 60-66. ##
[11]. Elumalai S, Arumugam B, Kundu P, Kumar S (2020) Chapter 18 - Phenol derivatives of lignin monomers for aromatic compounds and cycloalkane fuels, Biomass, Biofuels, Biochemicals, Recent Advances in Development of Platform Chemicals, 459-483. ##
[12]. Li W, Li F, Wang H, Liao M, Li P, Zheng J, Tu C, Li R (2020) Hierarchical mesoporous ZSM-5 supported nickel catalyst for the catalytic hydrodeoxygenation of anisole to cyclohexane, Molecular Catalysis, 480. ##
[13]. Li X, Chen G, Liu C, Ma W, Yan B, Zhang J (2017) Hydrodeoxygenation of lignin-derived bio-oil using molecular sieves supported metal catalysts: A critical review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 71: 296-308. ##
[14]. Cordero-Lanzac T, Palos R, Hita I, Arandes JM, Rodríguez-Mirasol J, Cordero T, Bilbao J, Castaño P (2018) Revealing the pathways of catalyst deactivation by coke during the hydrodeoxygenation of raw bio-oil, Applied Catalysis B: Environmental, 239: 513-524. ##
[15]. Ranga C, Alexiadis V, Lauwaert J, Lødeng R, Thybaut J (2018) Effect of Co incorporation and support selection on deoxygenation selectivity and stability of (Co)Mo catalysts in anisole HDO, Applied Catalysis A: General, 571. ##
[16]. Zhu X, Lobban L, Mallinson R, Resasco D (2011) Bifunctional transalkylation and hydrodeoxygenation of anisole over a Pt/HBeta catalyst, Journal of Catalysis, 281: 21-29. ##
[17]. Yang Y, Ochoa-Hernández C, de la Peña O’Shea VA, Pizarro P, Coronado JM, Serrano DP (2014) Effect of metal–support interaction on the selective hydrodeoxygenation of anisole to aromatics over Ni-based catalysts, Applied Catalysis B: Environmental, 145: 91-100. ##
[18]. Pichaikaran S, Arumugam P (2016) Vapour phase hydrodeoxygenation of anisole over ruthenium and nickel supported mesoporous aluminosilicate, Green Chemistry, 18, 9: 2888-2899. ##
[19]. Duong NN, Aruho D, Wang B, Resasco DE (2019) Hydrodeoxygenation of anisole over different Rh surfaces, Chinese Journal of Catalysis, 40, 11: 1721-1730. ##