Synthesis, characterization and evaluation of solid catalysts for the production of high quality renewable diesel

Abstract

This dissertation investigates the production of green diesel (bio-hydrogenated diesel, BHD) from palm oil as a sustainable alternative to fossil diesel. Green diesel offers superior fuel properties, such as high cetane number, low aromatics, and compatibility with modern engines. The study focuses on deoxygenation of palm oil using Ni catalysts supported on γ-Al₂O₃, ZrO₂, and SiO₂, evaluating effects of temperature, pressure, LHSV, and H₂/oil ratio on performance. Novel modifications with CaO-MgO and La₂O₃ were introduced to enhance Ni catalyst activity and stability. Results show that catalyst support and modification strongly influence Ni dispersion, reaction pathways, selectivity to C15–C18 paraffins, and long-term stability, with modified supports improving yields, reducing carbon deposition, and preventing sintering. Overall, the work provides valuable insights into optimizing green diesel production via catalytic deoxygenation.

Η διατριβή αυτή εξετάζει την παραγωγή πράσινου ντίζελ (βιο-υδρογονωμένο ντίζελ, BHD) από φοινικέλαιο ως βιώσιμη εναλλακτική λύση στο ορυκτό ντίζελ. Το πράσινο ντίζελ προσφέρει ιδιότητες και χαρακτηριστικά με υψηλές προδιαγραφές, όπως υψηλό αριθμό κετανίου, χαμηλή περιεκτικότητα σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες και συμβατότητα με σύγχρονους κινητήρες. Η μελέτη επικεντρώνεται στην εκλεκτική αποξυγόνωση του φοινικέλαιου χρησιμοποιώντας καταλύτες νικελίου (Ni) στηριζόμενοι σε γ-Αl₂O₃, ZrO₂ και SiO₂, αξιολογώντας τις επιδράσεις της θερμοκρασίας, της πίεσης, του LHSV και της αναλογίας H₂/έλαιο στην καταλυτική δραστικότητα των καταλυτικών υλικών. Εισήχθησαν καινοτόμες τροποποιήσεις με CaO-MgO και La₂O₃ στους παραπάνω φορείς για την ενίσχυση της καταλυτικής δραστικότητας και της σταθερότητας των καταλυτών Ni. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο φορέας του καταλύτη και η τροποποίηση επηρεάζουν σημαντικά την διασπορά του Ni, τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα, την εκλεκτικότητα προς παραφίνες C15–C18 και τη σταθερότητα σε μακροχρόνια πειράματα, με τους τροποποιημένους φορείς να βελτιώνουν τις αποδόσεις, να μειώνουν την εναπόθεση άνθρακα και να αποτρέπουν τη συσσωμάτωση. Συνολικά, η εργασία παρέχει πολύτιμες γνώσεις για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής πράσινου ντίζελ μέσω καταλυτικής εκλεκτικής αποξυγόνωσης.