Fischer–Tropsch-tuotteiden erotus

Abstract

Fischer–Tropsch-synteesi on katalyyttinen prosessi, jolla voidaan tuottaa erilaisia kiinteitä ja nestemäisiä hiilivetyjä. Prosessi on kehitetty jo 1920-luvulla, mutta teollisen mittakaavan sovelluksia on vain harvoja. Synteesissä voidaan käyttää myös uusiutuvia raaka-aineita, mikä on osin lisännyt kiinnostusta tekniikan kehittämistä kohtaan.

Insinöörityön aiheena oli Fischer–Tropsch-synteesin tuotteiden erotusmenetelmät. Kirjallisen osan tavoitteena oli luoda katsaus Fischer–Tropsch-vahojen erotus- ja luokittelumenetelmiin. Vahat koostuvat öljyä raskaammista hiilivedyistä, joten niiden erotustekniikat poikkeavat toisistaan. Vahojen fraktiointia on käsitelty kirjallisuudessa verrattain vähän.

Työn kokeellisessa osassa tislattiin VTT:n mobiilisynteesikontissa tuotettua synteettistä Fischer–Tropsch-öljyä. Tavoitteena oli erotella öljynäyte kevyempään ja raskaampaan fraktioon sekä tarkastella erotuksen terävyyttä ja näytteen käyttäytymistä erotuksen edetessä. Kevyemmän ja raskaamman fraktion raja asetettiin niin, että dodekaani oli kevyemmän fraktion raskain komponentti. Dodekaanin korkean kiehumispisteen takia tislaus suoritettiin alipaineessa. Erotuksen onnistumista ja näytteiden koostumusta arvioitiin kaasukromatografisen analyysin avulla. Lisäksi työssä analysoitiin kaupallisen parafiiniöljyn ja valkovaseliinin koostumusta analyyttisin keinoin.

Öljynäytteen tislaaminen onnistui melko hyvin. Kokeellisessa toiminnassa ilmeni haasteita, mutta erotuksen voidaan katsoa onnistuneen. Prosessin käyttäytymisestä tehtiin havaintoja, jotka ovat yhteneviä kirjallisuuden kanssa.

Fischer–Tropsch synthesis is a process used to produce different kinds of solid and liquid hydrocarbons. It was originally developed in 1920’s in Germany. While it was utilized in wartime efforts, the industrial applications remain rare. Renewable materials can be used as raw materials to produce products ranging from gasoline to waxes. It may have helped to spark interest in developing the process.

The subject of this project was the separation methods of Fischer-Tropsch synthesis products.

The practical part of the thesis project consisted of distillation and analysis of a synthesis oil sample. The behavior of the distillation bottom was also observed. The sample was acquired from MOBSU-synthesis unit. Separation was arranged so that the heaviest compo nent of the distillate was dodecane. Due to relatively high boiling point of dodecane, the distillation was conducted at lowered pressure. The samples were subjected to gas chromatographic analysis in order to observe the achieved separation sharpness. Commercial paraffin oil and white petrolatum were also analyzed.

The theoretical part of the thesis project examined the various techniques of wax fractionation. Characterization methods and standards were also explored. There is a relatively small amount of literature concerning wax fractionation. Methods employed in liquid hydrocarbon separation are covered more widely.

The practical part of this thesis project succeeded fairly well. Challenges in distillation provided valuable insight into hydrocarbon separation and experimental work in general. The results were in line with literature. In the theoretical part, noteworthy processes, characterization methods and standards are presented.