Catalytic conversion of canola oil to fuels and chemicals over various cracking catalysts

Authors

  • Sai P. R. Katikaneni,

    1. Catalysis and Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, 110 Science Place, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan S7N 5C9, Canada
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  • John D. Adjaye,

    1. Catalysis and Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, 110 Science Place, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan S7N 5C9, Canada
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  • Narendra N. Bakhshi

    Corresponding author
    1. Catalysis and Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, 110 Science Place, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan S7N 5C9, Canada
    • Catalysis and Reaction Engineering Laboratory, Department of Chemical Engineering, 110 Science Place, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan S7N 5C9, Canada
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Abstract

The catalytic conversion of canola oil to fuels and chemicals was studied over HZSM-5, H-mordenite, H-Y, silicalite, aluminum-pillared clay (AL-PILC) and silica-alumina catalysts in a fixed bed micro-reactor. The reactor was operated at atmospheric pressure, a temperature range of 375−500°C and weight hourly space velocity (WHSV) of 1.8 and 3.6 h−1. An organic liquid product (OLP), light hydrocarbon gases and water were the major products. The objective was to maximize the amount of OLP and its hydrocarbon content as well as optimize the selectivity for gas phase olefinic hydrocarbons. In addition, the performance of each catalyst in terms of minimizing the coke formation was examined. Among the six catalysts, HZSM-5 gave the highest amount of OLP of 63 mass% at 1.8 WHSV and 400°C. The hydrocarbon content of this OLP product was 83.8 mass%. With the exception of silica-alumina and aluminum-pillared clay catalysts, the other catalysts gave high concentrations of aromatic hydrocarbons which ranged between 23.1–95.6 mass% of OLP. The gas products consisted mostly C3 and C4 hydrocarbons. Ethylene, propylene and butanes were some of the valuable hydrocarbon gases. The olefin/paraffin ratio of the gas products was highest for AL-PILC catalysts but it never exceeded unity. The results showed that it was possible to significantly alter the yield and selectivity for the different hydrocarbon products by using different catalysts or changing the catalyst functionality such as acidity, pore size and crystallinity. Reaction pathways based on these results are proposed for the conversion of canola oil

Abstract

La conversion catalytique d'huile de canola en combustibles et produits chimiques a été étudiée sur des catalyseurs HZSM-5, H-mordenite, H-Y, silicalite, argile renforcé d'aluminium (AL-PILC) et silice-alumine dans un micro-réacteur à lit fixe. Le réacteur a fonctionné à la pression atmosphérique, dans une gamme de températures entre 375 et 500°C et à un volume par volume par heure (VVH) de 1,8 et 3,6 h−1. Les principaux produits sont un produit organique liquide (POL), des gaz d'hydrocarbures légers et de l'eau. L'objectif était de maximiser la quantité de POL et sa teneur en hydrocarbures et également d'optimiser la sélectivité pour les hydrocarbures oléfiniques de la phase gazeuse. Par ailleurs, la performance de chaque catalyseur a été examinée par rapport à la capacité de minimiser la formation de coke. Parmi les six catalyseurs, le HZSM-5 a donné la plus forte quantité de POL (63% en masse à un VVH de 1,8 et à 400°C). La teneur en hydrocarbures de ce produit organique liquide est de 83,8% en masse. À l'exception des catalyseurs de silice-alumine et d'argile renforcé d'aluminium, les catalyseurs ont donné de fortes concentrations d'hydrocarbures aromatiques dont le pourcentage en masse du POL est compris entre 23,1 et 95,6. Les produits gazeux sont essentiellement des hydrocarbures C3 et C4. L'éthylène, le propylène et les butanes sont quelques-uns des gaz d'hydrocarbures intéressants. Le rapport oléfine/parafine des produits gazeux est plus grand pour les catalyseurs AL-PILC mais n'a jamais excédé l'unité. Les résultats montrent qu'il est possible d'altérer considérablement le rendement et la sélectivité pour les différents produits d'hydrocarbures en utilisant différents catalyseurs ou en modifiant la fonctionnalité des catalyseurs, telles l'acidité, la taille des pores et la cristalinité. Des voies réactives basées sur ces résultats sont proposées pour la conversion de l'huile de canola.

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