FCC-yksikön NOx-päästöjen hallinta

Työssä tutkittiin typen oksidien (NOx) päästöjen muodostumista ja NOx-päästöjen poistomenetelmiä leijukatalyyttisessa krakkausyksikössä (FCC). Koeajossa Porvoon öljynjalostamon FCC-yksikössä tutkittiin NOx-päästöjen hallintaa CO-promoottorin (CO:n palamista edistävä lisäaine) annostelun avulla. Kirjallisuusosassa käsiteltiin NOx-päästöjen muodostumista FCC-yksikön regeneraattorissa. Katalyyttisten lisäaineiden vaikutusta NOx-päästöjen muodostumiseen tarkasteltiin laajasti. Katalyyttisten lisäaineiden ohella käsiteltiin muitakin NOx-päästöjen poistomenetelmiä. Koeajojen tarkoituksena oli optimoida FCC-yksikön katalyyttikiertoon annosteltavan CO-promoottorin määrä. CO-promoottorin sisältämä platina lisää NOx-päästöjen muodostumista regeneraattorissa, mutta vähentää jälkipalamista. Jälkipalamisen vuoksi regeneraattorin ylimenolinjan lämpötila nousee. Regeneraattorin ylimenolinjan lämpötila oli CO-promoottorin vähentämistä rajoittava tekijä, NOx-päästöjä pyrittiin vähentämään ilman merkittävää jälkipalamisen kasvua. Tuorekatalyytin platinapitoisuuden pienentäminen vähentää merkittävästi NOx-päästöjä.

GPS-paikkatiedonliittäminen matkapuhelinpalveluihin

2000-luvun vaihteessa paikkatietoa hyödyntävistä matkapuhelinpalveluista odotettiin muodostuvan eräs merkittävimmistä kilpailuvalteista eri matkapuhelinoperaattoreiden välillä. Kiinnostusta paikkatietoa hyödyntäviin palveluihin lisäsi kaupallisten sovellusten lisäksi Yhdysvaltojen liittovaltioiden liikenneministeriön säätämä laki, joka velvoittaa paikantamaan yleiseen hätänumeroon soitetut puhelut. Erityisesti laite- ja verkkotoimittajat odottivat tämänluovan heille uusia markkinoita. Markkinoille tuli useita kilpailevia menetelmiä, joilla matkapuhelimia voitiin paikantaa. Suurin osa näistä menetelmistä hyödynsi GSM-verkon signalointia paikannuksen tekemiseen. Samaan aikaan kohonnut matkapuhelinten suorituskyky mahdollisti GPS-vastaanottimien integroinnin matkapuhelimiin ja ensimmäiset tällaiset matkapuhelimet ilmestyivät markkinoille. Matkapuhelinten paikantamiseen liittyvä standardointi on melko hajanaista. ETSI on standardoinut joukon erilaisia menetelmiä, joilla matkapuhelin paikkatieto voidaan selvittää. Nämä standardit eivät kuitenkaan määrittele sitä, kuinka paikkatieto siirretään sitä hyödyntävien palveluiden käyttöön. Paikkatiedonsiirtämiseen ja esittämiseen liittyvässä standardoinnissa eri laite- ja ohjelmistovalmistajat ovat tehneet liittoutumia keskenään ja esitelleet keskenään kilpailevia standardeja ja suosituksia. Tälläkään osa-alueella mikään liittoutuma ei ole saavuttanut määräävää markkina-asemaa. Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin järjestelmä, jonka avulla voidaan paikantaa sellaisia GSM-päätelaitteita, joihin on integroitu GPS-vastaanotin. Toteutettu järjestelmä liitettiin uudeksi paikannusmenetelmäksi solupaikannuksen rinnalle Sonera Pointer paikannusjärjestelmään. Työn aikana testattiin joukko markkinoilla olleita GSM-puhelimia, joihin oli integroitu GPS-vastaanotin. Matkapuhelinten testauksessa erityinen huomio kiinnittyi siihen, kuinka GPS-paikkatieto saadaan siirrettyä matkapuhelimesta verkossa sijaitsevien sovellusten käyttöön. Toteutetun järjestelmän suunnittelussa täkein lähtökohta oli järjestelmän joustavuus. Standardien hajanaisuus ja osittainen puuttuminen aiheuttivat sen, että järjestelmästä oli tehtävä mahdollisimman helposti laajennettava. Toinen merkittävä suunnitteluun vaikuttanut tekijä oli operaattoririippumattomuus, koska Sonera Pointer järjestelmää oli tarkoitus myydä myös muille matkapuhelinoperaattoreille.

Eetteröintiprosessien simulointivalmiuksien kehittäminen

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia ETBE-prosessien simulointimallin kehittämistä. Simulointia varten valittiin eetteröinnin syöttövirroiksi etanoli ja tyypillinen FCC-kolonnin hiilivetysyöttö. Kirjallisuusosassa paneuduttiin tutkimaan syitä ETBE:n käytölle bensiinissä, valmistukseen tarvittavien raaka-aineiden lähteitä ja mahdollisia korvaavia raaka-aineita sekä mietittiin etanolissa olevien epäpuhtauksien vaikutusta prosessin tuotespesifikaatioihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lisäksi eri valmistajien markkinoimia eetteröintiteknologioita. Eetteröintiteknlogiat jaettiin perinteiseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin, reaktiiviseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin sekä Neste Engineering:in markkinoimaan NExETHERS-teknologiaan. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin sekä etanolin epäpuhtauksien kulkeutumista prosessissa että kokeellisesti saadusta höyry-nestetasapainotiedosta määritettyjen Wilsonin yhtälön binääri-interaktioparametrien vaikutusta eetteröintiprosessin simulointituloksiin. Lopuksi simulointiin prosessia, jossa oli prosessin kannalta kriittiseksi havaitut etanolin epäpuhtaudet sekä hyviksi todetut binääri-interaktioparametrit etanolin ja FCC-syöttövirran C4-hiilivetyjen välillä. Uusilla binääriparametreilla saatuja simulointituloksia vertailtiin aikaisemmin samasta mallista vanhoilla binääriparametreilla saatuihin tuloksiin. Lopuksi tehtiin yhteenveto työn tuloksista ja annettiin ehdotukset jatkotutkimuksia varten.

Potentials of process intensification in the Finnish petrochemical industry

This research was motivated by the need to examine the potential application areas of process intensification technologies in Neste Oil Oyj. According to the company’s interest membrane reactor technology was chosen and applicability of this technology in refining industry was investigated. Moreover, Neste Oil suggested a project which is related to the CO2 capture from FCC unit flue gas stream. The flowrate of the flue gas is 180t/h and consist of approximately 14% by volume CO2. Membrane based absorption process (membrane contactor) was chosen as a potential technique to model CO2 capture from fluid catalytic cracking (FCC) unit effluent. In the design of membrane contactor, a mathematical model was developed to describe CO2 absorption from a gas mixture using monoethanole amine (MEA) aqueous solution. According to the results of literature survey, in the hollow fiber contactor for laminar flow conditions approximately 99 % percent of CO2 can be removed by using a 20 cm in length polyvinylidene fluoride (PDVF) membrane. Furthermore, the design of whole process was performed by using PRO/II simulation software and the CO2 removal efficiency of the whole process obtained as 97 %. The technical and economical comparisons among existing MEA absorption processes were performed to determine the advantages and disadvantages of membrane contactor technology.

The role of van der Waals interactions in the case of H2 adsorption on ruthenium (0001) surface

Computational material science with the Density Functional Theory (DFT) has recently gained a method for describing, for the first time the non local bonding i.e., van der Waals (vdW) bonding. The newly proposed van der Waals-Density Functional (vdW-DF) is employed here to address the role of non local interactions in the case of H2 adsorption on Ru(0001) surface. The later vdW-DF2 implementation with the DFT code VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) is used in this study. The motivation for studying H2 adsorption on ruthenium surface arose from the interest to hydrogenation processes. Potential energy surface (PES) plots are created for adsorption sites top, bridge, fcc and hcp, employing the vdW-DF2 functional. The vdW-DF yields 0.1 eV - 0.2 eV higher barriers for the dissociation of the H2 molecule; the vdW-DF seems to bind the H2 molecule more tightly together. Furthermore, at the top site, which is found to be the most reactive, the vdW functional suggests no entrance barrier or in any case smaller than 0.05 eV, whereas the corresponding calculation without the vdW-DF does. Ruthenium and H2 are found to have the opposite behaviors with the vdW-DF; Ru lattice constants are overestimated while H2 bond length is shorter. Also evaluation of the CPU time demand of the vdW-DF2 is done from the PES data. From top to fcc sites the vdW-DF computational time demand is larger by 4.77 % to 20.09 %, while at the hcp site it is slightly smaller. Also the behavior of a few exchange correlation functionals is investigated along addressing the role of vdW-DF. Behavior of the different functionals is not consistent between the Ru lattice constants and H2 bond lengths. It is thus difficult to determine the quality of a particular exchange correlation functional by comparing equilibrium separations of the different elements. By comparing PESs it would be computationally highly consuming.