ΠΕΡΙΛΗΨΗΟι εγκαταστάσεις των διυλιστηρίων είναι μεγάλες βιομηχανικές μονάδες. Η λειτουργία τους συνδέεται με την εκπομπή διαφόρων πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) στην ατμόσφαιρα, οι οποίες προέρχονται κυρίως από τις σωληνώσεις παραγωγής, τις δεξαμενές αποθήκευσης, τα συστήματα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και τους σταθμούς φορτώσεων-εκφορτώσεων. Το αργό πετρέλαιο υποβάλλεται σε μια σειρά από φυσικές, θερμικές και χημικές διεργασίες, οι οποίες έχουν ως σκοπό το διαχωρισμό του σε επιμέρους κλάσματα. Οι κύριες κατηγορίες προϊόντων που λαμβάνονται από το αργό πετρέλαιο είναι: καύσιμα (βενζίνη ,ντήζελ, καύσιμα αεροπλάνων, υγραέρια, ντήζελ θέρμανσης, μαζούτ, πετροκώκ), διάφορα προϊόντα μη καύσιμα (διαλύτες, λιπαντικά, κηροί) και τροφοδοσίες για παραγωγή πετροχημικών (νάφθα, βενζόλιο, τολουόλιο και ξυλόλια).Πολλά VOCs είναι τοξικά, και μερικά θεωρούνται ότι είναι καρκινογόνα, προκαλούν μεταλλάξεις και τερατογενέσεις. Παρόλα αυτά, το σημαντικότερο πρόβλημα που σχετίζεται με τις εκπομπές των VOCs είναι η πιθανότητα σχηματισμού φωτοχημικών οξειδωτικών, όπως π.χ. το όζον. Το τροποσφαιρικό όζον σχηματίζεται παρουσία ηλιακού φωτός από NOx και VOCs, είναι τοξικό για τους ανθρώπους, καταστροφικό για τις καλλιέργειες και συμβάλλει στο σχηματισμό της όξινης βροχής.Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η καταγραφή των πτητικών οργανικών ενώσεων που εκπέμπονται από τις εγκαταστάσεις των διυλιστηρίων και ο σχεδιασμός ενός φωτοκαταλυτικού συστήματος καταστροφής τους. Μια σημαντική πηγή εκπομπών VOCs είναι ο διαχωριστής ελαίου-νερού. Τα απόβλητα διαδικασιών, το νερό ψύξης και η περίσσεια νερού σε ένα διυλιστήριο συλλέγονται από ένα ή περισσότερα δίκτυα αποχέτευσης. Αυτές οι αποχετεύσεις καταλήγουν σε έναν διαχωριστή ελαίου-νερού. Ο πιο συνηθισμένος τύπος είναι μια ορθογώνια λεκάνη με τέτοιο όγκο ώστε να παρέχει επαρκή χρόνο παραμονής για όλα τα ελαιώδη συστατικά με διάμετρο σταγονιδίων μεγαλύτερου από ένα καθορισμένο μέγεθος, ώστε να αναδυθούν στην επιφάνεια. Μια συχνά χρησιμοποιούμενη εγκατάσταση είναι ο βαρυτικός-ανοικτού τύπου διαχωριστής API (American Petroleum Institute), σχεδιασμένος για να διαχωρίζει όλα τα ελαιώδη σταγονίδια με διάμετρο μεγαλύτερη από 150μm.Οι πτητικές οργανικές ενώσεις που εκπέμπονται από τον διαχωριστή είναι ισομερή εξανίου, C-7 κυκλοπαραφίνες, C-8 κυκλοπαραφίνες, ισομερή πεντανίου, μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, κανονικό βουτάνιο, ισοβουτάνιο, κανονικό πεντάνιο, εξάνιο και βενζόλιο.Στην παρούσα διπλωματική εργασία, η ετερογενής φωτοκαταλυτική οξείδωση των παραπάνω VOCs διεξήχθη πάνω σε λεπτό φιλμ οξειδίου του τιτανίου (TiO2) και σε αντιδραστήρα συνεχούς λειτουργίας με ανάδευση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Ως καταλύτης χρησιμοποιήθηκε το TiO2, το οποίο παρουσιάζει μεγάλο ενεργειακό χάσμα (lower than 380nm), με αποτέλεσμα να είναι ικανό να απορροφήσει την υπεριώδη ακτινοβολία. Ο μηχανισμός Langmuir-Hinshelwood (L-H) χρησιμοποιήθηκε για το προσδιορισμό της κινητικής της αντίδρασης. Η μέγιστη μετατροπή που επιτεύχθηκε για το μίγμα ήταν 90%.Η φωτοκαταλυτική οξείδωση, αποδείχθηκε μια αποτελεσματική τεχνολογία για την επεξεργασία των παραπάνω VOCs, σε υψηλές συγκεντρώσεις, το οποίο οφείλεται στις ήπιες συνθήκες λειτουργίας. Κατά την διάρκεια της διεργασίας ο ημιαγωγός (TiO2) απορροφά φως και εκπέμπει ελεύθερες ρίζες. Το οξείδιο του τιτανίου είναι σχετικά φθηνό, με σημαντικό βαθμό καταστροφής των τοξικών συστατικών και λειτουργεί σε συνθήκες περιβάλλοντος. Τα βασικά προϊόντα της αντίδρασης είναι CO2 και H2O.Μία αρχική οικονομική ανάλυση της φωτοκαταλυτικής διεργασίας καταστροφής των VOCs δίνει περιθώρια για περαιτέρω διερεύνηση. Η διερεύνηση πρέπει να γίνει όσο αφορά το ρυθμό καταστροφής των VOCs, το χρόνο λειτουργίας του καταλύτη και την εφικτή χρήση ενός φωτοκαταλυτικού αντιδραστήρα με συνδεδεμένους παραβολικούς ανακλαστήρες.SUMMARYOil refineries are large industrial installations. Their operation is associated with the emission of various volatile organic compounds (VOCs) at the atmosphere, mainly originating from production processes, storage tanks, utilities and waste areas. In the refinery oil refining involves physical, thermal and chemical separation of crude oil into its major distillation fractions. The primary products of industry fall into three major categories: fuels (liquified petroleum gas, motor spirit, high speed diesel, light diesel oil, superior kerosene), finished non-fuel products (solvents, lubricating oils, greases, petroleum wax, petroleum coke) and chemical industry feedstock's (naphtha, benzene, toluene and xylenes).Many VOCs are toxic, and some are considered to be carcinogenic, mutagenic, or teratogenic. However, the most significant problem related to the mission of VOCs isfocused on the possible production of photochemical oxidants, ozone for example.Tropospheric ozone, formed in the presence of sunlight from ΝΟx and VOC emissions, is toxic to humans, damaging to crops and is implicated in the formation of acid rain.The aim of the present work is to determine the VOCs emitted and to investigate the photocatalytic destruction of VOCs emissions from oil refinery. One significant source of VOCs is an oil-water separator. Process waste waters, cooling water, and rain runoff in a refinery are collected by one or more sewer networks. These sewers discharge into some form of oil-water separator. The most common type is a rectangular basin sized to provide sufficient time for all oil droplets larger than some specified size, to rise to the surface. A frequently used facility is the API (American Petroleum Institute) gravity separator, designed to remove all oil droplets greater than 150μm.A list of VOCs from an oil-water separator are isomers of hexane, C-7 cycloparaffins, C-8 cycloparaffins, isomers of pentane, methane, ethane, propane, n-butane, isobutane, n-pentane, hexane and benzene.In the present study, the gas-solid heterogeneous photocatalytic oxidation (PCO) of the above mentioned VOCs over illuminated titanium dioxide (thin film) was carriedout at ambient temperature in a continuous stirred tank reactor. Titanium dioxide has large bandgap energy (lower than 380nm), and as a consequence it is able to absorb ultravioletlight. Initial VOC concentrations were in the high parts per million (ppm) range. The Langmuir-Hinshelwood (L-H) kinetics was successfully applied to describe theheterogeneous gas-solid reaction. Maximum conversions were 90% for all the compounds.Photocatalytic oxidation has been proved to be an efficient process for the treatment of the above mentioned VOCs with high concentrations due to the mild conditionsunder which the runs are usually carried out. During this process the illuminated semiconductor absorbs light and generates free radicals. Titanium dioxide is relatively inexpensive, shows efficient destruction of toxic contaminants and operates at ambient temperature and pressure. The final reaction products are CO2 and H2O.A first economical analysis requires further investigation. Further investigations should involve determining of destruction rate or number of periods that catalyst can be used for this system and potent use of compound parabolic collection reactor.
Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
