Zeolit Pt/H-β som isomeriseringskatalysator för biodiesel - Chalmers ...

1 Inledning
1.1 Bakgrund
Det svenska oljebolaget Preem säljer idag en diesel med upp till 30 % inblandning av biomaterial,
vilket sänker det fossila koldioxidutsläppet jämfört med fossil diesel [1]. På grund av svensk
miljölagstiftning har biodiesel stora skattelättnader jämfört med fossil diesel, vilket i sin tur lämnar
utrymme för biodiesel att konkurrera som drivmedel ur lönsamhetssynpunkt [2]. Därför finns det
stora vinster i att finna lösningar som kan öka halten förnybar råvara i diesel. Biodiesel har dock
sämre köldegenskaper än fossil diesel, eftersom de linjära n-alkanerna i biodieseln börjar kristaliseras
vid högre temperatur än motsvarande förgrenade iso-alkaner och därför måste andelen
biomaterial i dieseln minskas på vintern.
För att förbättra köldegenskaperna hos biodieseln och därmed möjliggöra större inblandning av
biomaterial i bränslet även på vintern är det alltså av intresse att omvandla n-alkaner till isoalkaner,
vilket sker genom isomerisering. Vid isomeriseringen sker dock många andra reaktioner.
Därför används katalytisk isomerisering, då katalysatorn, förutom att accelerera reaktionerna, även
påverkar selektiviteten, så att isomerisering föredras framför andra reaktioner.
Katalys spelar idag en avgörande roll vid industriell produktion av kemikalier. För petroleumindustrin
har katalys inneburit att större andel av råoljan kan utnyttjas, vilket har medfört stora
vinster. En intressant grupp katalytiska ämnen inom petroleumindustrin är zeoliter, vilka är mikroporösa
strukturer med porer av karaktäristisk storlek och som med fördel kan impregneras med
ädelmetaller, exempelvis platina, och användas som katalysatorer [3]. Zeolit H-β är en intressant
zeolit som har porer av molekylär storleksordning och därmed bör vara lämplig som katalysatormassa.
1.2 Syfte
Syftet med kandidatarbetet är att tillverka katalysatorpartiklar av platinaladdad zeolit H-β och
utvärdera dem som isomeriseringskatalysator för biodiesel. Erhållna resultat ska underlätta val av
isomeriseringskatalysator för Preemraff i Göteborg så att de i framtiden kan producera biodiesel
med en högre halt biomaterial med bra köldegenskaper oberoende av årstid.
1.3 Problem
För att kunna utvärdera zeolit Pt/H-β som isomeriseringskatalysator för biodesel behöver katalysatorpartiklar
tillverkas med given sammansättning av zeolit H-β, bärmaterial och bindemedel för
att därefter laddas med platina. Eftersom blandningen uppträder dilatant efter tillsats av vatten
[4], det vill säga att den ökar sin viskositet då den utsätts för skjuvning, behöver rätt mängd vatten
tillsättas till blandningen för att framställningen av katalysatorpartiklarna ska vara möjlig.
Det måste verifieras att de erhållna katalysatorpartiklarna är aktiva och kan isomerisera biodiesel
överhuvudtaget. Dessutom kommer katalysatorpartiklarna inte ha konstant aktivitet; framförallt
i början har katalysatormassan hög aktivitet på grund av de mycket sura aktiva säten som då
finns i zeoliten [5]. Dessa aktiva säten förgiftas dock snabbt genom koksbildning tills att katalysatorn
når en lägre approximativt konstant aktivitetsnivå [5]. Även efter denna initiala koksbildning
fortsätter förgiftningen av katalysatorn, om än långsammare. För att kunna urskilja om resultat
härrör från aktivitetsförändringar hos katalysatormassan eller om resultat kommer av ändringar
av kontrollerade parametrar bör alltså förgiftningen av katalysatormassan undersökas.
Då katalysatormassan installeras i en pilotanläggning förväntas ett flertal reaktioner ske förutom
isomerisering, varav endast ett fåtal är gynnsamma. En betydande sidoreaktion är krackning, vilken
1