ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΝΕΩΝ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ ΚΟΒΑΛΤΙΟΥ ΣΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ KAI ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ

Transcript

1 ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΝΕΩΝ ΚΑΤΑΛΥΤΩΝ ΚΟΒΑΛΤΙΟΥ ΣΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ KAI ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ Σ. Στεφανίδης, Κ. Καλογιάννης, Ε. Ηλιοπούλου, Α. Λάππας Ινστιτούτο Χηµικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων, ΕΚΕΤΑ, 6ο Χλµ. Χαριλάου- Θέρµης, Θεσσαλονίκη Σ. Στεφανίδης Τµήµα Μηχανολόγων Μηχανικών, Π.Δ.Μ., Μπακόλα & Σιαλβέρα, Κοζάνη ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η παρασκευή και η αξιολόγηση της δράσης καταλύτη ZSM-5 εµποτισµένου µε Co σε µεγάλη κλίµακα. Χρησιµοποιήθηκε ως αρχικό υλικό ένας εµπορικός καταλύτης ZSM-5 από τον οποίο παρήχθησαν µε τη µέθοδο του υγρού εµποτισµού συνολικά 10 kg καταλύτη Co(5%)/ZSM-5, ώστε αυτός να δοκιµασθεί τόσο σε εργαστηριακής όσο και σε πιλοτικής κλίµακας αντιδραστήρα καταλυτικής πυρόλυσης βιοµάζας. Τα αποτελέσµατα της πυρόλυσης µε τον Co(5%)/ZSM-5 συγκρίθηκαν µε τα αποτελέσµατα της πυρόλυσης µε το αρχικό εµπορικό υλικό προκειµένου να αξιολογηθεί η δράση του νέου υλικού. Η κατανοµή και η σύσταση των προϊόντων της πυρόλυσης µεταβλήθηκε σηµαντικά µε τη χρήση του εµποτισµένου καταλύτη, ο οποίος εµφανίστηκε πιο ενεργός και µείωσε την απόδοση σε υγρό οργανικό προϊόν αλλά και το περιεχόµενο οξυγόνο του, βελτιώνοντας έτσι την ποιότητά του. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η λιγνοκυτταρινούχα βιοµάζα είναι µια φθηνή, άφθονη και ανανεώσιµη πηγή ενέργειας, η οποία µέσω της διεργασίας ταχείας πυρόλυσης µπορεί να µετατραπεί θερµοχηµικά σε υγρά, αέρια και στερεά προϊόντα για την παραγωγή βιοκαυσίµων ή/και χηµικών προϊόντων υψηλής προστιθέµενης αξίας. Το υγρό προϊόν της διεργασίας, γνωστό και ως βιοέλαιο θεωρείται ένα χαµηλής ποιότητας προϊόν κυρίως λόγω της χαµηλής θερµογόνου δύναµης του, αλλά και µιας σειράς άλλων ανεπιθύµητων ιδιοτήτων (διαβρωτικότητα, αστάθεια, µη αναµιξιµότητα µε ορυκτά καύσιµα) οι οποίες οφείλονται στην παρουσία οξυγονούχων ενώσεων που προκύπτουν από την θερµική διάσπαση των δοµικών συστατικών της βιοµάζας. Με τη χρήση ενός ετερογενούς καταλύτη κατά τη διάρκεια της πυρόλυσης, επιδιώκεται η αποµάκρυνση του οξυγόνου από το παραγόµενο βιοέλαιο µε τη µορφή CO 2, CO και H 2 O, αλλά και η αύξηση της εκλεκτικότητας της διεργασίας προς επιθυµητά (υδρογονάνθρακες) και εις βάρος των ανεπιθύµητων (οξέα, κετόνες, αλδεΰδες) προϊόντων διάσπασης της βιοµάζας. Ανάµεσα στην πληθώρα των καταλυτών που έχουν µελετηθεί µέχρι στιγµής ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει ο ζεόλιθος ZSM-5, ο οποίος λόγω της δοµής του ευνοεί ιδιαίτερα τόσο την αποµάκρυνση του οξυγόνου από το βιοέλαιο, όσο και την παραγωγή αρωµατικών υδρογονανθράκων. Στη παρούσα εργασία, επιδιώχθηκε η µεταβολή των καταλυτικών ιδιοτήτων του ZSM-5 µε τον εµποτισµό του µε Co ώστε να επηρεαστούν οι µηχανισµοί αποµάκρυνσης οξυγόνου και να ενισχυθούν οι αντιδράσεις µεταφοράς υδρογόνου κατά την καταλυτική αναβάθµιση ατµών πυρόλυσης βιοµάζας. Επιλέχθηκε το Co για εµποτισµό, καθώς σε προηγούµενη εργασία µας που είχε πραγµατοποιηθεί σε µικρότερη κλίµακα είχε εµφανίσει θετικά αποτελέσµατα, τόσο ως προς τη µείωση του οξυγόνου του παραγόµενου βιοελαίου όσο και ως προς την εκλεκτικότητα προς επιθυµητά προϊόντα [1].

2 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Η βιοµάζα που χρησιµοποιήθηκε ως τροφοδοσία για τη πυρόλυση ήταν πριονίδι ξύλου οξιάς (45,98% κ.β. άνθρακας, 6,39% κ.β. υδρογόνο, 46,28% κ.β. οξυγόνο, 1,35% κ.β. τέφρα, 43,8 mg/kg Na, 326 mg/kg K). Τα καταλυτικά υλικά που χρησιµοποιήθηκαν ήταν ένας εµπορικός ζεόλιθος ZSM-5 και ένας ζεόλιθος ZSM-5 µε 5% κοβάλτιο, ο οποίος παρασκευάστηκε µε υγρό εµποτισµό του εµπορικού υλικού χρησιµοποιώντας νιτρικά άλατα Co(NO 3 ) 2 6H 2 O. Οι ιδιότητες των καταλυτικών υλικών παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. Ιδιότητες καταλυτικών υλικών. ZSM-5 Co(5%)/ZSM-5 Ειδική επιφάνεια, m 2 /g Μικροπορώδες, cm 3 /g 0,042 0,046 Μεσοπορώδες, cm 3 /g 0,023 0,031 Οξύτητα κατά Brönsted, µmol/g Οξύτητα κατά Lewis, µmol/g Συνολική οξύτητα, µmol/g Για τον προσδιορισµό της ειδικής επιφάνειας (µέθοδος ΒΕΤ), του µικροπορώδους και του µεσοπορώδους (µέθοδος BJH) πραγµατοποιήθηκαν πειράµατα ρόφησης/εκρόφησης N 2 στους -196 C χρησιµοποιώντας έναν αυτόµατο αναλυτή προσρόφησης αερίων (Autosorb-1MP, Quantachrome). Για το προσδιορισµό των όξινων ιδιοτήτων των υλικών πραγµατοποιήθηκαν πειράµατα υπέρυθρης φασµατοσκοπίας µε µετασχηµατισµό Fourier, σε συνδιασµό µε προσρόφηση πυριδίνης για το προσδιορισµό των Bro nsted και Lewis όξινων θέσεων, σε φασµατοφωτόµετρο Nicolet 5700 FTIR µε χρήση του λογισµικού OMNIC software. Η επεξεργασία των δεδοµένων πραγµατοποιήθηκε µε το λογισµικό GRAMS, ενώ η ποσοτικοποίηση των όξινων θέσεων έγινε µε υιοθέτηση των συντελεστών µοριακής απαλοιφής που προτάθηκαν από τον Emeis [2]. Στόχος της εργασίας ήταν η µελέτη της επίδρασης των υλικών στη καταλυτική αναβάθµιση ατµών πυρόλυσης βιοµάζας. Για το σκοπό αυτό πραγµατοποιήθηκαν πειράµατα καταλυτικής πυρόλυσης βιοµάζας στους 500 C τόσο σε εργαστηριακής κλίµακας αντιδραστήρα σταθερής κλίνης, όσο και σε πιλοτικής κλίµακας αντιδραστήρα ανακυκλοφορούµενης ρευστοστερεάς κλίνης. Στο Σχήµα 1 δίνεται µία σχηµατική αναπαράσταση του αντιδραστήρα πυρόλυσης εργαστηριακής κλίµακας. Ο αντιδραστήρας είναι κατασκευασµένος από ανοξείδωτο χάλυβα 316 και θερµαίνεται µε ένα φούρνο τριών ζωνών. Η τροφοδοσία (1,5 γ) φορτώνεται στην κεφαλή του αντιδραστήρα, η οποία διατηρείται σε χαµηλή θερµοκρασία και ο καταλύτης (0,7 γ) φορτώνεται µέσα στον αντιδραστήρα. Ο αντιδραστήρας τοποθετείται στον φούρνο όπου προθερµαίνεται µέχρι η καταλυτική κλίνη να φτάσει τους 500 C. Μόλις επιτευχθεί η επιθυµητή θερµοκρασία, εισάγεται η τροφοδοσία µέσα στον αντιδραστήρα και πραγµατοποιείται η πυρόλυση. Μία σταθερή ροή αζώτου (100 cm 3 /min) εξασφαλίζει την αδρανή ατµόσφαιρα µέσα στον αντιδραστήρα και λειτουργεί ως φέρον αέριο. Οι ατµοί της πυρόλυσης παρασύρονται από το άζωτο, διαχέονται µέσα από την καταλυτική κλίνη και συµπυκνώνονται µέσα σε µία προζυγισµένη γυάλινη παγίδα η οποία βρίσκεται βυθισµένη σε λουτρό που διατηρείται στους -17 C και από την οποία συλλέγεται το παραγόµενο βιοέλαιο. Λεπτοµερέστερη περιγραφή του αντιδραστήρα εργαστηριακής κλίµακας και της πειραµατικής διαδικασίας δίνεται σε άλλη δηµοσίευση [3].

3 9ο ΠΕΣΧΜ: Η Συµβολή της Χηµικής Μηχανικής στην Αειφόρο Ανάπτυξη Σχήµα 1. Σχηµατική αναπαράσταση της πειραµατική διάταξης. Η πιλοτική µονάδα καταλυτικής πυρόλυσης βιοµάζας παρουσιάζεται στο Σχήµα 2. Το συνολικό διάγραµµα ροής διαιρείται σε πέντε τµήµατα: τροφοδοσία βιοµάζας, αναγέννηση καταλύτη, αντιδραστήρας/ζώνη µίξης, απογυµνωτής προϊόντων διαχωρισµός στερεών/αερίων και ανάκτηση υγρών προϊόντων. Η βιοµάζα φορτώνεται σε θερµοκρασία περιβάλλοντος στο δοχείο τροφοδοσίας (D-61). Κατόπιν τροφοδοτείται από το δοχείο τροφοδοσίας στον θερµό αντιδραστήρα µε τη βοήθεια ενός ατέρµονος κοχλία (SF-61). Ο στερεός φορέας θερµότητας (καταλύτης) φορτώνεται στο δοχείο ή τον αναγεννητή (D-101). Ο αναγεννητής είναι ένας αντιδραστήρας ρευστοστερεάς κλίνης όπου το κωκ που εναποτίθεται στον καταλύτη κατά τη διάρκεια της πυρόλυσης της βιοµάζας καίγεται παρέχοντας την απαραίτητη θερµότητα που απαιτείται για την περαιτέρω πυρόλυση της βιοµάζας. Ο καταλύτης ρευστοποιείται µε ροή αέρα. Μια µικρή ροή λαµβάνεται συνεχώς από το ρεύµα εξόδου του αναγεννητή και περνά µέσα από έναν αναλυτή διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ώστε να µετράται σε πραγµατικό χρόνο το κωκ που εναποτίθεται στο φορέα θερµότητας. Ο αναγεννηµένος φορέας θερµότητας περνά µέσω µιας βάνας (SV-101) η οποία ελέγχει τη ροή του προς τον αντιδραστήρα.

4 Σχήµα 2. Σχηµατική αναπαράσταση της πιλοτικής µονάδας καταλυτικής πυρόλυσης βιοµάζας ανακυκλοφορούµενης ρευστοστερεάς κλίνης. Ο αντιδραστήρας αποτελείται από ένα δοχείο µίξης (D-201) και τον riser. Η ζώνη µίξης είναι σχεδιασµένη έτσι ώστε να προωθεί την άµεση επαφή του θερµού καταλύτη και της βιοµάζας προκειµένου να επιτευχθούν υψηλοί συντελεστές µεταφοράς θερµότητας προς τα σωµατίδια της βιοµάζας. Μετά τη µίξη τους, τα αέρια πυρόλυσης και τα στερεά υπολείµµατα της βιοµάζας καθώς και ο καταλύτης µεταφέρονται στον riser (D-202) όπου οι αντιδράσεις πυρόλυσης συνεχίζουν να λαµβάνουν χώρα. Το µίγµα ατµών πυρόλυσης βιοµάζας και του στερεού φορέα θερµότητας εισέρχεται έπειτα στον απογυµνωτή του οποίου η λειτουργία είναι διπλή. Πρώτον επιτρέπει το διαχωρισµό των ατµών βιοελαίου από τα στερεά σωµατίδια βιοµάζας και δεύτερον ο ατµός ή το άζωτο που τροφοδοτείται στο κατώτατο σηµείο του απογυµνωτή ελευθερώνει τους ατµούς που είναι παγιδευµένοι µέσα στα στερεά. Ο χρόνος παραµονής των στερεών στον απογυµνωτή ρυθµίζεται µέσω µιας βάνας (SV-301) και ενός µετρητή διαφορικής πίεσης. Τα στερεά περνούν σε έναν εγχυτήρα (D-304) που επανακυκλοφορεί τον απενεργοποιηµένο φορέα θερµότητας πίσω στον αναγεννητή µέσω µίας γραµµής (liftline D-305). Ο διαχωρισµός των στερεών από τα προϊόντα πυρόλυσης ολοκληρώνεται σε ένα κυκλώνα και ένα θερµό φίλτρο (F-301). Το τελικό τµήµα της µονάδας αποτελείται από το σύστηµα ανάκτησης υγρών προϊόντων, το οποίο ενσωµατώνει µία σειρά από δοχεία και εναλλάκτες θερµότητας που ανακτούν το παραγόµενο βιοέλαιο. Τέλος, όσον αφορά στα αέρια προϊόντα, αυτά µετρούνται online µε τη βοήθεια αναλυτή CO και CO 2 ενώ µε τη βοήθεια ενός αέριου χρωµατογράφου GC ανιχνεύονται και ελαφριοί υδρογονάνθρακες της τάξης C 1 -C 6. Το βιοέλαιο που συλλέχθηκε και από τις δύο µονάδες πυρόλυσης αναλύθηκε ως προς τη στοιχειακή του σύσταση µε στοιχειακό αναλυτή LECO-800 και ως προς το περιεχόµενό του σε νερό µε τιτλοδότηση Karl-Fischer. Μετά από το διαχωρισµό υδατικής και οργανικής

5 φάσης του βιοελαίου, η οργανική φάση αναλύθηκε σε σύστηµα αέριας χρωµατογραφίαςφασµατοσκοπίας µάζας (GC-MS) Agilent 7890A/5975C (Electron energy 70 ev, Emission 300 V, ροή He 0,7 cc/min, στήλη HP-5MS 30m x 0.25mmID x 0.25 µm) για το προσδιορισµό της χηµικής της σύστασης. Για την ταυτοποίηση των ενώσεων, τα εξαγώµενα φάσµατα συγκρίθηκαν µε φάσµατα της βιβλιοθήκης NIST 05. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 1, η διαδικασία του εµποτισµού είχε σαν συνέπεια την µικρή αύξηση της ειδικής επιφάνειας και του µικροπορώδους του ZSM-5. Αυξηµένο εµφανίστηκε επίσης και το µεσοπορώδες. Οι µεγαλύτερες µεταβολές παρατηρήθηκαν στις όξινες ιδιότητες του εµποτισµένου καταλύτη όπου φαίνεται ότι, σε σχέση µε το αρχικό υλικό, οι Brönsted όξινες θέσεις µειώνονται, ενώ οι Lewis όξινες θέσεις αυξάνονται εντυπωσιακά. Πίνακας 2. Αποδόσεις των προϊόντων της καταλυτικής πυρόλυσης βιοµάζας σε εργαστηριακή (bench) και πιλοτική (pilot) κλίµακα (% κ.β. τροφοδοσίας). Καταλύτης Βιοέλαιο Νερό Οργανικά Αέρια Στερεά CO 2 CO ZSM-5 Bench Co(5%)/ZSM-5 Bench ZSM-5 Pilot Co(5%)/ZSM-5 Pilot Η κατανοµή των προϊόντων από την καταλυτική πυρόλυση στις µονάδες εργαστηριακής και πιλοτικής κλίµακας δίνονται στον Πίνακα 2. Όπως είναι εµφανές, ο εµποτισµένος µε Co καταλύτης ήταν πιο ενεργός, τόσο στα πειράµατα σε εργαστηριακή κλίµακα όσο και στα πειράµατα στη πιλοτική µονάδα. Υπήρχε σηµαντική αύξηση στα αέρια προϊόντα η οποία µάλιστα οφείλονταν κυρίως σε αύξηση του CO 2. Για την αποµάκρυνση του οξυγόνου από τους ατµούς πυρόλυσης της βιοµάζας, προτιµάται ο σχηµατισµός CO 2 έναντι του CO για λόγους εξοικονόµησης άνθρακα. Η αποµάκρυνση οξυγόνου µε σχηµατισµό H 2 O είναι o λιγότερο προτιµώµενος µηχανισµός, καθώς είναι επιθυµητή η παρουσία του υδρογόνου στους ατµούς πυρόλυσης επειδή βοηθάει στο σχηµατισµό επιθυµητών ενώσεων όπως οι αρωµατικοί υδρογονάνθρακες [4] και βελτιώνει τα χαρακτηριστικά του παραγόµενου βιοελαίου. Ο σχηµατισµός νερού µε τον εµποτισµένο ZSM-5 εµφανίστηκε οριακά µειωµένος στα πειράµατα στην εργαστηριακή κλίµακα ενώ στα πειράµατα της πιλοτικής µονάδας ήταν στα ίδια επίπεδα µε τον εµπορικό ZSM-5, παρά το γεγονός ότι η ενεργότητα του εµποτισµένου καταλύτη ήταν µεγαλύτερη. Το γεγονός αυτό αναµένεται να έχει θετική επίδραση στην εκλεκτικότητα του εµποτισµένου καταλύτη σε αρωµατικούς υδρογονάνθρακες. Οι ενισχυµένες αντιδράσεις αποµάκρυνσης οξυγόνου µε τον Co(5%)/ZSM-5 µε σχηµατισµό αερίων είχαν σαν αποτέλεσµα την µείωση της απόδοσης σε βιοέλαιο και συγκεκριµένα στο οργανικό του κλάσµα. Η οργανική φάση των παραγόµενων βιοελαίων αναλύθηκε σε σύστηµα GC-MS για τον προσδιορισµό της χηµικής της σύστασης. Λόγω των εκατοντάδων ενώσεων που εµφανίζονται σε κάθε µέτρηση, γίνεται οµαδοποίηση τους προκειµένου να είναι ευκολότερη η ερµηνεία των αποτελεσµάτων της ανάλυσης. Ο Πίνακας 3 παρουσιάζει τη σύσταση του οργανικού κλάσµατος των βιοελαίων σε αρωµατικούς υδρογονάνθρακες (AR), αλειφατικούς υδρογονάνθρακες (ALI), φαινόλες (PH), φουράνια (FUR), οξέα (AC), αλκοόλες (AL), αιθέρες (ΕΤΗ), κετόνες (KET) και πολυκυκλικούς αρωµατικούς υδρογονάνθρακες (PAH). Από τα πειράµατα στην εργαστηριακή κλίµακα φάνηκε ότι Co(5%)/ZSM-5 ενίσχυσε της αντιδράσεις αρωµατοποίησης καθώς εµφάνισε µεγαλύτερη εκλεκτικότητα προς αρωµατικούς

6 υδρογονάνθρακες και πολυκυκλικούς αρωµατικούς υδρογονάνθρακες σε σχέση µε τον αρχικό εµπορικό ZSM-5. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώθηκε και από τα πειράµατα στην πιλοτική µονάδα όπου ή αύξηση των αρωµατικών και των πολυκυκλικών αρωµατικών υδρογονανθράκων ήταν ακόµα πιο εµφανής. Μάλιστα, κατά το διαχωρισµό των φάσεων του βιοελαίου, στη περίπτωση του Co(5%)/ZSM-5 σχηµατίστηκαν µία υδατική φάση, µία οργανική αλλά και µία τρίτη φάση η οποία δε σχηµατίστηκε στην περίπτωση του αρχικού εµπορικού ZSM-5. Η φάση αυτή αναλύθηκε ξεχωριστά στο σύστηµα GC-MS και βρέθηκε ότι ήταν ακόµη πλουσιότερη σε αρωµατικούς υδρογονάνθρακες (Πίνακας 3, «Co(5%)/ZSM-5 Pilot HC Phase»). Πίνακας 3. Χηµική σύσταση του οργανικού κλάσµατος των βιοελαίων από τη καταλυτική πυρόλυση βιοµάζας σε εργαστηριακη (bench) και πιλοτική (pilot) κλίµακα (% περιοχής χρωµατογραφήµατος) Καταλύτης AR ALI PH FUR AC AL ETH KET PAH ZSM-5 Bench Co(5%)/ZSM-5 Bench ZSM-5 Pilot Co(5%)/ZSM-5 Pilot Co(5%)/ZSM-5 Pilot HC Phase Στο Σχήµα 4 παρουσιάζονται οι αποδόσεις σε οργανικό κλάσµα σε συνάρτηση µε το περιεχόµενο οξυγόνο του οργανικού κλάσµατος για όλα τα πειράµατα που πραγµατοποιήθηκαν. Από το διάγραµµα είναι εµφανείς οι διαφορές µεταξύ της εργαστηριακής και της πιλοτικής µονάδας πυρόλυσης. Στην πιλοτική µονάδα επιτυγχάνονται ιδανικότερες συνθήκες πυρόλυσης µε καλύτερη επαφή των ατµών πυρόλυσης µε τον καταλύτη, µεγαλύτερους ρυθµούς µεταφοράς θερµότητας, µικρούς χρόνους παραµονής και ταχύτερη αποµάκρυνση και ψύξη των ατµών. Κατά συνέπεια, στην πιλοτική µονάδα επιτυγχάνεται καλύτερη αποµάκρυνση του οξυγόνου από τους ατµούς πυρόλυσης και το βιοέλαιο που παράγεται έχει χαµηλότερο οξυγόνο. Επίσης, ελαχιστοποιούνται οι δευτερεύουσες αντιδράσεις και η απόδοση σε οργανικό κλάσµα είναι µεγαλύτερη απ ότι είναι στην εργαστηριακή κλίµακα. Όσον αφορά στους καταλύτες που εξετάστηκαν, από το διάγραµµα φαίνεται ότι ο Co(5%)/ZSM-5 που ήταν πιο ενεργός από τον αρχικό εµπορικό ZSM-5 µείωσε ελαφρά το οξυγόνο του οργανικού κλάσµατος από την εργαστηριακή µονάδα. Η τάση αυτή επιβεβαιώθηκε µε τα πειράµατα στην πιλοτική µονάδα, όπου η µείωση του οξυγόνου ήταν πιο εµφανής και άρα η ποιότητα του παραγόµενου βιοελαίου µε τον εµποτισµένο καταλύτη ήταν ανώτερη. Αν και τα αποτελέσµατα µεταξύ εργαστηριακής και πιλοτικής µονάδας διαφέρουν µεταξύ τους, φαίνεται από το Σχήµα 4 ότι η ίδια τάση που εµφανίζεται στην εργαστηριακή µονάδα εµφανίζεται και στη πιλοτική, όπως υποδεικνύεται από τις διακεκοµµένες γραµµές. Αυτό δείχνει την αξία της µονάδας πυρόλυσης εργαστηριακής κλίµακας, η οποία επιτρέπει πολύ γρηγορότερη αξιολόγηση καταλυτών χωρίς να απαιτεί µεγάλες ποσότητες καταλυτικού υλικού.

7 Σχήµα 4. Σύγκριση της απόδοσης σε οργανικό κλάσµα σε συνάρτηση µε το περιεχόµενο οξυγόνου του οργανικού κλάσµατος από τη καταλυτική πυρόλυση σε εργαστηριακή (bench) και πιλοτική (pilot) κλίµακα. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στόχος αυτής της εργασίας ήταν η παραγωγή εµποτισµένου καταλύτη ZSM-5 µε 5% Co σε µεγάλη κλίµακα, προκειµένου να αξιολογηθεί η δράση του στη καταλυτική πυρόλυση βιοµάζας σε πιλοτικής κλίµακας αντιδραστήρα. Από τον χαρακτηρισµό του καταλύτη παρατηρήθηκε ότι ο εµποτισµός µε Co αύξησε ελαφρώς την ειδική επιφάνεια του υλικού και είχε µεγάλη επίδραση στην όξινες ιδιότητές του, µειώνοντας της Brönsted όξινες θέσεις και αυξάνοντας σηµαντικά τις Lewis όξινες θέσεις. Κατά τη πυρόλυση βιοµάζας, ο εµποτισµένος ZSM-5 ήταν πιο ενεργός από το αρχικό υλικό και ενίσχυσε τις αντιδράσεις αποµάκρυνσης του οξυγόνου από τους ατµούς πυρόλυσης µε σχηµατισµό κυρίως CO 2. Αυτό είχε σαν συνέπεια τη µείωση της απόδοσης σε οργανικό κλάσµα, αλλά και ταυτόχρονα τη µείωση του περιεχοµένου του οργανικού κλάσµατος σε οξυγόνο και άρα βελτίωση της ποιότητας του παραγόµενου προϊόντος. Όσον αφορά τη σύσταση του οργανικού κλάσµατος, ο εµποτισµένος µε Co ZSM-5 ενίσχυσε τις αντιδράσεις αρωµατοποίησης και ήταν πιο εκλετικός στη παραγωγή αρωµατικών υδρογονανθράκων, ενώσεις που είναι επιθυµητές για τη παραγωγή βιοκαυσίµων. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Προς την Ευρωπαϊκή Ένωση-Ευρωπαϊκό Ταµείο Περιφερειακής Ανάπτυξης και το Υπουργείο Παιδείας και Θρησκευµάτων, Πολιτισµού και Αθλητισµού/ΓΓΕΤ - ΕΥΔΕ-ΕΤΑΚ για την συγχρηµατοδότηση της παρούσας έρευνας µέσω του προγράµµατος ΕΣΠΑ / ΕΠΑΝ ΙΙ / Δράση «ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ» (υποέργο 09ΣΥΝ ). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

8 [1] Iliopoulou, E.F., Stefanidis, S.D., Kalogiannis, K.G., Delimitis, A., Lappas, A.A., Triantafyllidis, K.S., Appl. Catal. B-Environ. 127:281 (2012). [2] Emeis C.A., J. Catal. 141:347 (1993). [3] Stefanidis S., Kalogiannis K., Iliopoulou E., Lappas A., Pilavachi P., Bioresource Technol. 102:8261 (2011). [4] Williams, P., Horne, P., J. Anal. Appl. Pyrol. 31:15 (1995).