Carbon-based Nanomaterials for Adsorptive Desulfurization of Selected Sulfur Compounds from Liquid Fuels. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Faisal_Thesis.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

المركبات الكبريتية ومشتقاتها العضوية غير مرغوب فيها في الوقود السائل لعدة اسباب: مركبات الكبريت تسبب تلوث بيئي حاد، تثبط عمليات التصفية، وتسمم المحفزات، واخيرا تسبب التآكل للعديد من المعدات. بالإضافة إلى ذلك، فأحد متطلبات تطبيقات خلية الوقود هو ان تكون نسبة الكبريت في الوقود المستخدم أقل من 1 جزء في المليون. الهدف من هذا البحث هو تطوير واختبار وتحليل مواد بحجم النانو على اساس من الكربون النشط لإزالة بعض مركبات الكبريت من وقود الديزل عن طريق الامتصاص. تم إضافة عدة معادن (حديد، تنجستن، لانثانيوم، ونيكل) الى الكربون النشط بنسب مختلفة باستخدام طرق تحضير مختلفة. بعد ذلك تم اختبار أداء المواد باستخدام نظام امتصاص بقاعدة ثابتة ووقود نموذجي تحت الضغط الجوي ودرجة حرارة الغرفة. تمت مراقبة عملية إزالة الكبريت باستخدام كروماتوغرافيا الغاز وكاشف الكبريت بخاصية التوهج والتأيين باللهب. تم فحص المواد الماصة باستخدام جهاز الحيود السيني والمجهر الالكتروني وجهاز البي اي تي. تم فحص قدرة الامتصاص للمواد الماصة ومقارنتها باستخدام المنحنيات المنفرجة واظهرت النتائج ان الكربون النشط اقوى امتصاصا من بعض المواد الاخرى. وكذلك اظهرت الدراسات أن إضافة معادن بكمية قليلة على الكربون النشط أفضل من اضافتهم بكمية أعلى. أضف إلى ذلك، فأن تحضير المواد الماصة باستخدام طريقة التبادل الأيوني أفضل من طريقة الترسيب. بالنسبة إلى تأثير مكونات الوقود النموذجي، فالدراسة أثبتت أن المركبات العطرية تؤثر سلبا على كفاءة مواد الامتصاص وأنه كلما زادت نسبة الكبريت في الوقود كلما زادت كفاءة المحفز. بالنسبة إلى المعادن المضافة فالنتائج تشير إلى ان ترتيب المواد الماصة من ناحة كفاءة إزالة الكبريت يتبع الترتيب التالي: FeO-LaO/AC < AC < FeO-WO3/AC(LL) < FeO-NiO/AC(ULL) < 2%LaO/AC < FeO- .WO3/AC(ULL) < 2%Fe/AC < 2%WO3/AC < 2%NiO/AC < 1%NiO/1%WO3/AC. تمت دراسة إضافة معدنين مؤكسدين الى الكربون النشط والنتائج تشير إلى أن 1%NiO/1%WO3/AC لديه كفاءة اعلى في إزالة الكبريت بقدرة mg S/g ads 2.30. نتائج هذه الدراسة تبين أن المواد الكربونية النشطة بحجم النانو لها القدرة على إزالة الكبريت عن طريق الامتصاص بكفاءة عالية وعلى قدرتها على تكميل عملية إزالة الكبريت باستخدام الهيدروجين والمحفزات.

English Abstract

Sulfur compounds and its organic homologues are unwanted in the liquid fuels for several reasons. Sulfur compounds cause severe environmental pollution, hinder a variant of the refining process, poison catalysts and corrosive. Furthermore, a major requirement for fuel cell application is to reduce the sulfur in the feedstock to below 1 ppmw of Sulfur. The objective of this work is to develop, test and characterize carbonic based nanomaterials for adsorptive desulfurization of selected sulfur compounds of diesel. Hence, several activated carbon-based nanomaterials were prepared by doping different metals (Fe, W, La and Ni) at different ratios using different adsorbents’ methods. The fixed bed adsorption continues system was used to test model fuel at atmospheric pressure and room temperature. GC- SCD and GC-FID analysis were used to monitor the desulfurization process. The activated carbon based adsorbent was characterized by XRD, ESEM, and BET. The adsorptive capacity for sulfur compounds was examined and compared using the breakthrough capacity at 1 ppmw of total sulfur using the breakthrough curves. The breakthrough capacity results showed that synthesized activated carbon is superior to zeolites. The low metals doping has higher breakthrough capacity than the high metal. In terms of the effect of catalyst preparation methods, FeO/AC (ion-exchange) > AC support > FeO/AC (precipitation) with a breakthrough capacity of 1.67 mg S/g, 1.25 mg S/g, and 0.70 mg S/g, respectively. The effect of model fuel composition is studied and the results indicate that the total sulfur and the aromatic content of the model fuel affects the breakthrough capacity of the feed where higher sulfur feeds increase the adsorption capacity and higher aromatic feeds decrease the adsorption capacity. Single metal and bimetallic impregnation were studied and the desulfurization performance with respect to metal impregnation follows the order: FeO-LaO/AC < AC < FeO-WO3/AC(LL) < FeO- NiO/AC(ULL) < 2%LaO/AC < FeO-WO3/AC(ULL) < 2%Fe/AC < 2%WO3/AC < 2%NiO/AC < 1%NiO/1%WO3/AC. The bimetallic oxide adsorbent of 1%NiO/1%WO3/AC showed the highest adsorption capacity. The results of testing carbon-based nanomaterials for the adsorptive desulfurization of selected sulfur compounds from liquid fuels indicated their potential in being applied as a complementary step to Hydrodesulfurization and demonstrates high efficiency in the refractory sulfur compounds removal.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Environmental Engineering Chemical Engineering Research Petroleum
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Tawfik, Saleh
Committee Members:	Al-Hooshani, Khalid and Al-Shafie, Emad
Depositing User:	FAISAL ALRASHEED (g201205540)
Date Deposited:	30 May 2017 09:36
Last Modified:	31 Dec 2020 07:11
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140327