Dynaamisen ioninvaihdon menetelmäkehitys
Partanen, Sara (2022)
Partanen, Sara
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202205097836
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202205097836
Tiivistelmä
Insinöörityön tarkoituksena oli kehittää uusi jatkuvatoiminen ioninvaihtomenetelmä protonimuotoisen zeoliittikatalyytin valmistukselle. Taustatyönä kartoitettiin yrityksellä käytössä olevaa ioninvaihtomenetelmää ja sen koeolosuhteita. Uudelle menetelmälle lähdettiin rakentamaan uutta jatkuvatoimisempaa prosessilaitteistoa. Työ toteutettiin Neste Oyj:lle ja se sisälsi kirjallisuuskatsauksen sekä koeosuuden Porvoon jalostamon teknologiakeskuksessa.
Kirjallisuuskatsauksen aikana perehdyttiin ioninvaihtoon yleisesti ja sen eri käyttökohteisiin. Erityisesti tutkittiin zeoliittikatalyytin valmistusmenetelmiä ja eri koelaitteistoja valmistusta ajatellen. Samalla selvitettiin ioninvaihtoon vaikuttavia tekijöitä sekä perehdyttiin zeoliittien ominaisuuksiin laajemmassa mittakaavassa.
Menetelmäkehitys aloitettiin testaamalla yrityksen käytössä oleva ioninvaihtolaitteisto, nykytilanteen kartoittamiseksi. Samalla saatiin tietoa opinnäytetyössä käytetyn zeoliittikatalyytin käyttäytymisestä eri lämpötiloissa ja vertailupohjaa uuden menetelmän analyysien tuloksille. Tutkimustyön aikana kerättyjen tietojen pohjalta lähdettiin rakentamaan uutta jatkuvatoimisempaa ioninvaihtolaitteistoa. Laitteistosta tehtiin PI-kaaviot ja riskit työturvallisuuden kannalta arvioitiin. Prosessi toteutettiin laboratoriomittakaavassa kirjallisuuskatsauksen perusteella.
Koeajoja suoritettiin uudella dynaamisella laitteistolla eri lämpötiloissa ja erivahvuisilla ammoniumnitraattiliuoksilla, jotta saatiin tietoa ioninvaihtoreaktion etenemisestä ja menetelmää kehitettyä tehokkaammaksi. Ioninvaihdon onnistumista mitattiin zeoliitin natriumpitoisuuden alenemisella. Dynaamisen ioninvaihtomenetelmän tulokset olivat linjassa käytössä olleen staattisen menetelmän tulosten kanssa, sillä natriumpitoisuus laski zeoliittikatalyytissä huomattavasti alkuperäiseen zeoliittikatalyytin natriumpitoisuuteen verrattuna. Parempiin tuloksiin natriumpitoisuuden alenemisen suhteen voidaan tulevaisuudessa päästä kohdentamalla dynaamisen laitteiston koeolosuhteita ja tekemällä laitteistoon esimerkiksi tässä insinöörityössä esitettyjä parannusehdotuksia. Tulokset olivat jatkotutkimuksia ja zeoliittikatalyytin valmistusta ajatellen hyödyllisiä, joten työ on menetelmäkehityksen kannalta onnistunut.
Kirjallisuuskatsauksen aikana perehdyttiin ioninvaihtoon yleisesti ja sen eri käyttökohteisiin. Erityisesti tutkittiin zeoliittikatalyytin valmistusmenetelmiä ja eri koelaitteistoja valmistusta ajatellen. Samalla selvitettiin ioninvaihtoon vaikuttavia tekijöitä sekä perehdyttiin zeoliittien ominaisuuksiin laajemmassa mittakaavassa.
Menetelmäkehitys aloitettiin testaamalla yrityksen käytössä oleva ioninvaihtolaitteisto, nykytilanteen kartoittamiseksi. Samalla saatiin tietoa opinnäytetyössä käytetyn zeoliittikatalyytin käyttäytymisestä eri lämpötiloissa ja vertailupohjaa uuden menetelmän analyysien tuloksille. Tutkimustyön aikana kerättyjen tietojen pohjalta lähdettiin rakentamaan uutta jatkuvatoimisempaa ioninvaihtolaitteistoa. Laitteistosta tehtiin PI-kaaviot ja riskit työturvallisuuden kannalta arvioitiin. Prosessi toteutettiin laboratoriomittakaavassa kirjallisuuskatsauksen perusteella.
Koeajoja suoritettiin uudella dynaamisella laitteistolla eri lämpötiloissa ja erivahvuisilla ammoniumnitraattiliuoksilla, jotta saatiin tietoa ioninvaihtoreaktion etenemisestä ja menetelmää kehitettyä tehokkaammaksi. Ioninvaihdon onnistumista mitattiin zeoliitin natriumpitoisuuden alenemisella. Dynaamisen ioninvaihtomenetelmän tulokset olivat linjassa käytössä olleen staattisen menetelmän tulosten kanssa, sillä natriumpitoisuus laski zeoliittikatalyytissä huomattavasti alkuperäiseen zeoliittikatalyytin natriumpitoisuuteen verrattuna. Parempiin tuloksiin natriumpitoisuuden alenemisen suhteen voidaan tulevaisuudessa päästä kohdentamalla dynaamisen laitteiston koeolosuhteita ja tekemällä laitteistoon esimerkiksi tässä insinöörityössä esitettyjä parannusehdotuksia. Tulokset olivat jatkotutkimuksia ja zeoliittikatalyytin valmistusta ajatellen hyödyllisiä, joten työ on menetelmäkehityksen kannalta onnistunut.