Представлена процедура термохимического преобразования остатков биомассы, направленная на максимизацию выхода жидких продуктов (быстрый пиролиз). В его основе лежит проверенная в промышленных масштабах технология, которая особенно подходит для обработки биомассы из соломы.
Методическая статья
Быстрый пиролиз биомассы остаточным количествам в двухшнековый смесительный реактор
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Быстрый пиролиз в настоящее время все более широкое применение в промышленных установках по всему миру. Они работают исключительно на базе древесной биомассы, которая имеет благоприятные свойства для преобразования с быстрого пиролиза. В целях повышения синергии производства продуктов питания и энергичной и / или материального использования биомассы, то желательно использовать остатки от сельскохозяйственного производства, например, соломы. Представленный способ пригоден для преобразования такого материала в промышленных масштабах. Основные характеристики представлены и пример баланса массы от превращения нескольких остатков биомассы приведены. После преобразования, фракционированного конденсации применяется для извлечения двух конденсатов - органический богатых и водный богатых один. Такая конструкция предотвращает производство быстрого пиролиза био-масла, которое демонстрирует разделение фаз. Двухфазного био-масло следует ожидать в связи с обычно высоким содержанием золы соломы биомассы, которая способствует производству воды реакции во времяпреобразования.
Оба фракционированный конденсация и использование биомассы с высоким содержанием золы требуют тщательного подхода к созданию противовесов. Не все виды остатков являются значимыми и сопоставимы с другими результатами из литературы. Различные методы балансировки представлены, и информация, которая может быть получена из них обсуждается.
Введение
Использование биомассы в качестве альтернативы ископаемым источникам углерода приобретает все большее значение для уменьшения влияния социальной активности на климат Земли. Там существуют и другие возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, но биомасса представляет собой единственный возобновляемый источник углерода на сегодняшний день. Таким образом, наиболее эффективное использование биомассы в производстве химических веществ и специализированных жидких топлив. Остаточные биомасса должна быть использована для того, чтобы уменьшить конкуренцию между кормовой, пищевой, химической и производства / топлива. Эти остатки часто имеют низкую объемную плотность, тем самым представляя логистическую проблему для промышленных приложений масштаба.
Для решения этих задач bioliq концепция была разработана в Технологический институт Карлсруэ 1. Он имеет децентрализованную первый шаг для превращения остаточной биомассы в энергию плотное промежуточное соединение (bioslurry), последующее преобразование в центральном блоке газификации синтезгаз и окончательный синтез до желаемого продукта (ов). Газификация и синтез блок может быть разработан на требуемом промышленном масштабе в том же месте, чтобы достичь коммерческой эксплуатации. Концепция позволяет для различных продуктов, начиная от смесевого топлива до специализированных присадок к топливу и сыпучих химических веществ 2-5. Эта статья представляет собой первый шаг, в котором быстрого пиролиза используется для преобразования остаточной биомассы в промежуточной bioslurry. Быстрый пиролиз характеризуется быстрым нагревом биомассы в инертной атмосфере до температуры реакции обычно 450-500 & deg ; С при времени пребывания выпускаемых паров пиролиза <2 с 6. Чаще всего, реакторы с псевдоожиженным слоем используются для выполнения быстрого пиролиза , но существуют также различные конструкции реакторов , специально приспособленные для оптимизации условий реакции 7. Работа, представленная в следующем была проведена с смесительный реактор двухчервячном. Она представляет собой надежную технологию, которая уже пчелаN применяется в промышленном масштабе для пиролиза угля и в экспериментальном масштабе на битуминозных песках 8.
Цель смесительный реактор двухшнековом это смешать твердый загружаемый биомассы с твердым, предварительно нагретую теплоносителя. Смешивание должно быть достаточно тщательным, чтобы достичь скорости нагрева, которая необходима для преобразования биомассы в условиях быстрого пиролиза. Кроме того, размер обоих частиц биомассы и теплоносителя должна быть небольшой, чтобы достичь высокий коэффициент теплопередачи и период нагрева короткие частицы. В Институте катализа исследований и технологий (IKFT) из Технологического института Карлсруэ (KIT), блок развития процесса с входной биомассы мощностью 10 кг ч -1 был введен в эксплуатацию в течение более десяти лет. Он использует стальные шарики в качестве теплоносителя, который возвращается внутри с ковшового элеватора и вновь нагревают с электрической системой отопления. Его основной целью было исследование а.е.Nique технология восстановления продукта , который был адаптирован к использованию продукта в газогенераторе и проверки его пригодности для широкого круга исходных материалов 9-11. Более крупный экспериментальный завод был построен параллельно с этими исследованиями с входной биомассы мощностью 500 кг ч -1, которая действует в течение пяти лет. Он использует песок в качестве теплоносителя, который возвращается пневматически с помощью горячего транспортирующего газа и , кроме того , нагретого за счет частичного сгорания увлеченных частиц полукокса 1,12. Следующее описание экспериментального метода основан на меньшем блоке проявки процесса после того, как его восстановления продукта раздел реконструированного , чтобы лучше походить на конструкцию опытного завода 13. Схема потока этой экспериментальной установки показана на рисунке 1.
Важно отметить, что требования к продукту для быстрого пиролиза био-масла (FPBO) для использования в газогенераторы отличаются от тех, которые разработаны для обычных ФПБO, которая, как правило , предназначенные для непосредственного применения 14 топлива. Наиболее важно, что содержание твердых веществ в FPBO не должна быть очень низкой. На самом деле, желательно смешивать FPBO полученный с полукокса, полученного из процесса конверсии с целью увеличения количества углерода, доступного для газификации и последующего синтеза смесевого топлива. Эти факты имеют важное значение для понимания различий в конструкции экспериментальной установки, представленной здесь и быстрых экспериментов пиролизных опубликованы в другом месте. Другим важным отличием является тот факт, что концепция конверсии биомассы под следствием был разработан специально для сельскохозяйственных остатков, таких как солома пшеницы. Как правило, этот вид сырья содержит значительную долю золы. Зола, как известно, оказывают существенное влияние на распределение продуктов быстрого пиролиза. Это приводит к уменьшению органического конденсата (OC) и увеличением как твердых , так и газообразных продуктов , 10,15,16. Эти факты учитываютсядля обоих в разработке экспериментальной установки, представленной здесь и общей технологической цепочке. Большинство промышленных установок работают на древесине с низким содержанием золы и просто сжигать твердые частицы внутри. Это приводит к дополнительному производству тепла для наружного применения. При использовании исходного сырья с высоким содержанием золы, полукокс значительным побочным продуктом , который должен быть использован эффективно 13.
Протокол
1. Запуск
- Активируйте всю пиролиз и систему конденсации путем запуска дополнительного источника N 2 и пиролизный газ вентилятор. Промойте пиролизный испытательного стенда с 500 л ч -1 азота в режиме ожидания. Регулировать вентилятора, открыв меню вентилятора в управлении процессом и регулировать его номинального объемного расхода таким образом, что давление в реакторе составляет 3-8 мбар выше давления окружающей среды.
Внимание: Особенно во время запуска, существует повышенный риск наращивания взрывоопасных атмосфер. Система должна быть полностью инертным, чтобы смягчить этот риск. - Наполните цикл био-масло (то есть, богатой органическими веществами конденсата) с соответствующим количеством этиленгликоля в качестве исходного среды для системы быстрого охлаждения , чтобы обеспечить безопасную работу насоса и гомогенизатор (например, 15 кг в данном примере). Регистрируют вес исходного материала.
- Наполните водный цикл конденсата с соответствующим Амонат воды , чтобы обеспечить безопасную работу насоса (например, 7 кг в приведенном примере). Регистрируют вес исходного материала.
- Нагрейте системы, в том числе нагреватель теплоносителя и всех вспомогательных нагревателей, открыв их меню в управлении процессом и введя желаемые значения (например, около 500 ° С). Дополнительный нагрев рекомендуется для самого реактора и соединительные трубы до первого конденсатора для предотвращения неконтролируемого конденсации паров.
- Начало цикла охлаждения для теплообменников в обоих циклах конденсации путем включения охладителя.
- Запуск насосов обоих циклов конденсации путем открытия их меню в управлении процессом и нажмите на кнопку Активировать. Используйте те же меню для регулировки массового расхода, чтобы обеспечить достаточную мощность охлаждения. Например, рециркуляцию бионефть со скоростью около 350 кг ч -1 и охлаждают ее до 80 ° С перед распылением его в закалочной сосуд. Рециркуляцию водной Condensate со скоростью около 600 кг ч -1 и, кроме того, подачу охлаждающей воды со скоростью 300 кг ч -1 при 8 ° С.
- Включите электрофильтра.
- После того, как оба цикла конденсации побежали в течение 10-20 мин, проверьте сопла системы гашения для блокирования и удаления любого присутствующего закупорку.
- Начало цикла теплоносителя, открыв меню ковшового элеватора и подающего шнека теплоносителя в управлении процессом и нажмите на кнопку Активировать. Установите температуру теплоносителя до значения выше желаемой температуры реактора для того, чтобы обеспечить более плавный пуск путем учета требований тепла для реакции пиролиза. Например, поставка теплоносителя с массовым расходом 1000 кг ч -1 при температуре 520 ° С во время работы, но тепла до 545 ° С перед началом подачи биомассы.
Внимание: Убедитесь, что двухвинтовых реактора запускаются автоматически после подачи теплоносителявинт активируется. В противном случае существует опасность блокировки и даже повреждение системы подачи. - После того, как системы (то есть, все температуры) достиг заданного значения, начинают подачу биомассы путем заполнения хранения биомассы нужного сырья. Затем откройте бункер замка и начать подачи винт биомассы, нажав на активизируются в их меню в управлении процессом. Медленно увеличить скорость подачи с целью предотвращения чрезмерных колебаний давления.
2. Этапы и наблюдения Постоянно необходимые при текущей работе
- Запишите количество биомассы, подаваемого с целью учета для балансировки и принять соответствующие образцы.
- Проверка на (температура на выходе теплоносителя) заданную температуру в реакторе и регулировать нагрев контура теплоносителя соответственно.
- Регулировать вентилятора, регулируя его номинальный объемный расход для поддержания требуемого давления в реакторе.
- Проверьте для блокировки в соплахсистемы быстрого охлаждения (снижение массы потока и / или повышение температуры закалки).
- Обратите внимание на падение давления в циклонах и систему гашения для обнаружения чрезмерного масштабирование достаточно рано. Установить соответствующие меры, чтобы иметь возможность удалить избыточную масштабирование во время работы, особенно в момент первого падения температуры паров пиролиза (как правило, на входе системы быстрого охлаждения).
- Например, очистить поперечное сечение трубки с помощью стержня, чтобы удалить масштабирования механически. Уплотнение штока с прокладкой для предотвращения потребления воздуха в систему быстрого охлаждения. Установить шаровой клапан в точке на входе стержня дополнительно уменьшить утечку воздуха, если очистка не работает.
Внимание: Очистка входе системы быстрого охлаждения, вставив стержень приводит к временному блокированию удаления газа из реактора. Биомасса вскармливание должно быть прекращено, если он не может быть уверен, что уборка производится в <10 сек.
- Например, очистить поперечное сечение трубки с помощью стержня, чтобы удалить масштабирования механически. Уплотнение штока с прокладкой для предотвращения потребления воздуха в систему быстрого охлаждения. Установить шаровой клапан в точке на входе стержня дополнительно уменьшить утечку воздуха, если очистка не работает.
- Мониторинг температуры конденсации обоих циклов конденсации и адаптировать пониженная температура точках процесса термостатов в случае необходимости.
- Удалить конденсат из циклов, как только 80% от максимально допустимого уровня наполнения достигнут (в зависимости от размера буфера резервуаров и от количества и типа биомассы Fed).
- Проведение измерений в газовой фазе. Измерьте количество газа, а также его состав (подробности см в шаге 4.5).
Примечание: Первичные газообразные соединения включают N 2, СО, СО 2, СН 4, O 2 и Н 2. Дополнительные соединения следует ожидать, такие как C 2 H 4, C 2 H 6 и C 3 H 8. Примером системы измерения газа описывается ниже (этап 4.5).
Внимание: Если части пиролизной работают под давлением, утечка воздуха может привести к развитию взрывоопасной атмосферы. Настоятельно рекомендуется внимательно О.Б.служить количество кислорода в газе пиролиза.
3. Завершение работы
- Чтобы остановить эксперимент, просто отключить подачу биомассы и регулировать вентилятор для поддержания требуемого давления в реакторе.
- Разрешить систему (контур теплоносителя и циклов конденсации), чтобы работать в течение еще 30-40 мин, чтобы гарантировать, что все остатки пиролизе и продукты выздоровел.
- Выключите нагрев контура теплоносителя.
- Выключите насосы обоих циклов конденсации и электрофильтра.
- Пустые и газоконденсатных циклов и записывают вес каждого конденсата. Вычтите количество исходного материала (см шаги 1.2 и 1.3) перед настройкой баланса.
- Разрешить контейнеры для сбора полукокса остыть до комнатной температуры в инертной атмосфере. Взвешивают количество полукокса.
Внимание: символ может проявлять пирофорных характеристики, а также специфические следует соблюдать осторожность при работе с этим материалом. - Клиоп цикл бионефть со свежим этиленгликоль и водный цикл конденсата с 1: 1 смесью воды и этанола. Заполнить соответствующие суммы (см шаги 1.2 и 1.3) и позволяют работать в течение 30-40 мин.
4. Необходимые анализы для установления Балансы 'Dry' и 'элементного углерода'
- Выполните следующие анализы сырья (примеры применимых стандартов приведены в скобках):
- Определить содержание воды 17.
- Определение содержания золы 18.
- Определить элементарный углерод, водород и содержание азота 19.
Примечание: Настоятельно рекомендуется проанализировать содержание воды каждый экспериментальный день, потому что различия в погодных условиях может повлиять на содержание влаги в исходном сырье. В зависимости от размера партии, несколько образцов должны надежно характеризовать исходное сырье. Дополнительные анализы, такие как анализ волокна и более высокой теплотворной являютсяРекомендуется, но не обязательно для установления вышеуказанных остатков.
- Выполните следующие мангалов анализ порошка (примеры применимых стандартов приведены в ссылках):
- Определить содержание воды 17.
- Определение содержания золы 18.
- Определить элементарный углерод, водород и содержание азота 19.
Примечание: Предполагается, что символ не имеет содержания влаги при выходе из процесса для настройки баланса. Влага Приемный может происходить в ходе анализа, а содержание воды требуется для коррекции двух других анализов.
- Выполните следующие анализы био-масла (примеры применимых стандартов или других рекомендуемых методов приведены в скобках):
- Определение содержания воды путем объемного титрованием по Карлу Фишеру в соответствии со стандартными протоколами. Растворить пробу в сухом метаноле и титруют его смесью основания, SO 2, И известную концентрацию I 2 (подробные примеры материалов , приведены в списке материала). Каждый моль воды вступает в реакцию с одним молем I 2.
- Определение содержания твердых веществ, принимая 3040 г образца FPBO и растворить его в метаноле до конечного объема раствора приблизительно 100 мл. Раствор перемешивают в течение 10 мин при комнатной температуре. Фильтр раствора через фильтр целлюлозы при сохранении частиц 2,5 мкм и промойте остаток тщательно метанолом до тех пор, пока не будет получен прозрачный фильтрат. Сушат твердый остаток при 105 ° С в течение ночи и определяют остаточный вес.
- Определить элементарный углерод, водород и содержание азота 19.
- Определяют содержание этиленгликоля анализом 1 H - ЯМР в соответствии со стандартными протоколами. Растворить пробу FPBO в растворе дейтерированного метанола с 3- (триметилсилил) пропионовой-2,2,3,3-d 4 кислоты натриевая соль (ТСГУ) в качестве справочного материала (приблизительно 0,1г FPBO в 0,8 г раствора). Например, раствор может содержать 44 г метанола и 0,1 г ТСГУ. Центрифуга Растворенный образец, чтобы удалить твердые частицы. Анализ образца с помощью 1 Н ЯМР - спектроскопии (ЯМР). Гидроксильные группы этиленгликоля показывают пик при 3,55-3,65 м.д.. Опорный пик ТСГУ появляется около 0 частей на миллион и используется для количественного определения содержания этиленгликоля.
ПРИМЕЧАНИЕ: Запуск с чистым этиленгликолем приводит к размыванию конденсата в первом конденсаторе. Это необходимо учитывать при расчете балансов массы и энергии и для представления результатов. Было бы весьма желательно, чтобы идентифицировать индивидуальных химических соединений. Такой аналитический метод является очень сложным из-за огромного количества различных соединений и от природы матрицы конденсата. Описание такого анализа выходит за рамки данной статьи. Следует также отметить, что вышеуказанные анализы просто необходимы для созданияостатки и не являются достаточными для описания био-масла в качестве продукта. Стандарты, которые охватывают приложения FPBO находятся в стадии подготовки.
- Выполните следующие водные анализы конденсата (примеры применимых стандартов приведены в скобках):
- Определение содержания воды путем объемного титрованием по Карлу Фишеру (см 4.3.1).
- Определение общего содержания органического углерода в качестве не-purgeable органического углерода 20.
ПРИМЕЧАНИЕ: Запуск с чистой водой приводит к разбавлению конденсата во втором конденсаторе. Это необходимо учитывать при расчете балансов массы и энергии и для представления результатов.
- Монитор состава газа на протяжении всего эксперимента, поскольку состав значительно меняется со временем. Например, анализ полученного газа в ходе экспериментов, представленных здесь, в процессе газового хроматографа через каждые 30-60 мин. Проанализируйте следующие виды газов: Ne, H 2, CO, CO 2, N 2, O 2, CH 4 и алкан / алкен C 2 -C 5 компонентов.
- Вводят постоянный поток газа Ne в реактор в качестве эталона. Вычислить массу каждого вида газа на основе потока эталонного объемного, среднее соотношение состава газа, продолжительности эксперимента, а плотность вида. Для определения содержания воды в пиролизный газ, предположим, насыщенными условий при температуре на выходе из последнего конденсатора.
Результаты
Различные виды биомассы были успешно пиролизу в пиролизной установке на IKFT / KIT с текущими настройками. Например, сравнивали три различных исходного сырья (соломы пшеницы, Мискантус, и древесные отходы) в отношении их свойств и урожайности после пиролиза по методике, описанной. Различные виды методов балансировки показаны и обсуждены в отношении их применимости к пеплом богатых сырьем. Важно отметить, что остатки были рассчитаны и обобщены в соответствии с агрегатного состояния каждой фракции. Био-масло, восстановленная в первом конденсаторе все еще содержит твердые частицы, которые не были удалены с помощью циклонов. Они отмечены отдельно на весах. Для сравнения и статистической оценки, содержание твердых веществ в био-масло добавляли к полукокса извлеченной из циклонов.
На '', как получил основы,выход твердых веществ, то есть, символ выздоровел через циклоны и сажу , присутствующими в биомасло, находится в диапазоне от 14-25% по массе для исследованных видов сырья. Всего урожайность Конденсат , извлеченный в двух конденсаторах в диапазоне от 53-66% по весу, в то время как выходы газа сравнительно близки (около 20%) для всех 3 -х биомасс (рисунок 2). Эти ', как полученные "значения дают практическую информацию о фактическом количестве фракций продукта можно ожидать в быстрых установок пиролиза подобного рода.
Тем не менее, общий объем жидких органических урожайность в литературе обычно сообщают , по сухому веществу, то есть, за исключением влаги и воды реакции в конденсате и в корме. Преимущество такого рода баланса является тот факт, что первоначально присутствует влага биомассы не влияет на результаты. Это содержание влаги будет искусственно увеличить выход конденсата в 'как получено' бalance. Из соображений сравнимости, Рисунок 3 показывает органический выход масла и реакционной воды в пересчете на сухой основе. В этом исследовании, дает органическое масло увеличение (35 - 46 - 50% по массе) с уменьшением содержания золы (9,2 - 2,7 - 1,5% по весу) соломы пшеницы - исходное сырье - мискантус лома древесины (таблица 1). Это согласуется с наблюдениями других исследований 10,15,16. Урожайность воды реакции находятся в сравнительно узком диапазоне от 12-14% по массе.
Массовые остатки на сухой основе по-прежнему напрямую зависит от зольности исходного сырья. Минералы, содержащиеся в материале биомассы будет искусственно увеличить выход твердых веществ в обоих «как полученные» и «сухих» остатков. Следовательно, элементарные остатки углерода были определены , поскольку они кажутся более подходящими для оценки различий в термохимических реакций конверсии биомассы (смотри рисунок 4 ). Становится очевидно, что большая часть углерода извлекают в био-масла (44-54% по массе), и только с массовой долей 24-32% в твердой форме в виде пиролизной. Около 16-19% по массе углерода, не восстанавливается в твердой или жидкой форме, и покидает завод с пиролизного газа. В промышленной установке, этот газ будет переработаны по причинам рекуперации энергии в устройстве внутреннего сгорания. Массовая доля составляет лишь около 3-4% углерода извлекают в водном конденсате, который имеет содержание воды около 80% по весу. Это подтверждает эффективность фракционированного установки конденсации, представленной здесь.
| пшеничная солома | Мискантус | Лом древесины | |
| Вода, ар | 9.6 | 10.1 | 15,2 |
| Зола, д | 9.2 | 2.7 | 1.5 |
| Углерод, д | 46,1 | 48,6 | 49,8 |
| Водород, д | 5.7 | 5.9 | 6.1 |
| Азот, д | <0,5 | <0,5 | <0,5 |
| соток: как получено, d: сухая основа 21 | |||
Таблица 1. Отдельные свойства различных видов сырья , используемых. Все значения представляют собой массовые доли (%).
Рисунок 1. Блок - схема экспериментальной установки. 1) для хранения биомассы. 2) Блокировка системы бункера. 3) Биомасса дозирования. 4) Двухшнековый смесительный реактор. 5) Ковш лифт. 6) Нагреватель для теплоносителя. 7) Циклон для удаления твердых частиц. 8) Чар хранения. 9) Спрей тушение. 10) Био-маслорезервуар. 11) Гомогенизатор и насос. 12) Теплообменник для охлаждения рециркулирующего конденсата. 13) электростатический осадитель. 14) Водный конденсат накопительного бака. 15) Насос для рециркуляции водного конденсата. 16) Теплообменник для охлаждения рециркулирующего конденсата. 17) Конденсатор для водного конденсата. 18) Вентилятор для удаления газов / паров. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. Массовые балансы экспериментов. Балансы сообщается на 'как получил' 21 основе исходного сырья и продуктов. Все величины выражены в массовых долях. Три различных типа биомассы использовались и все эксперименты проводились , по меньшей мере в трех повторностях 13. Содержание твердых веществ в био-Масло указывается отдельно для целей иллюстрации. Столбики ошибок указывают на стандартные отклонения экспериментов с одним типом сырья. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3. Общее количество органических выходы нефти и воды в реакции. Все значения представлены на сухой 21 подачи основы и выражены в виде массовых долей. Содержание твердых веществ в конденсате было исключено из органического масла с выходом 13. Столбики ошибок указывают на стандартные отклонения экспериментов с одним типом сырья. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4. Остатки углерода. Все значения представлены в виде массовых долей ввода углерода в биомассе. Три различных типа биомассы использовались и все эксперименты проводились , по меньшей мере в трех повторностях 13. Содержание твердых веществ в биомасло сообщается отдельно для целей иллюстрации. Столбики ошибок указывают на стандартные отклонения экспериментов с одним типом сырья. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Обсуждение
Для всех экспериментов, условия процесса, такие как размер исходного сырья материала, скорость подачи, давление, температура реакции, температуры конденсации и скорости потоков как теплоносителя и цикл конденсата были одинаковыми. Естественно, что вариации в определенных пределах не может быть предотвращено. Для тестовой установки, таких как блок развития процесса, представленного здесь, допустимые диапазоны колебаний и требуемых времен работы для воспроизводимых экспериментов должны быть рассчитаны и / или определяется опытом. Например, температура в реакторе, что указывает температуру теплоносителя на выходе из реактора, контролируется со стандартным отклонением 35 ° С в течение всего хода реакции от начала реакции на полную мощность биомассы под остановкой подачи биомассы (как правило, около 4 ч). Давление в реакторе контролируется со стандартным отклонением 300-500 Па. Пики давления, вероятно, происходят из-за flucтуации в кормлении биомассы. Рекомендуется отрегулировать систему подачи винта к материалу биомассы рассматриваемого в целях сведения к минимуму таких колебаний и обеспечить постоянный поток биомассы. Температура конденсации в первой и второй конденсаторах поддерживалась при стандартном отклонении 3 ° C и 1 ° C, соответственно.
Следует отметить, в этот момент, что были проведены все эксперименты, представленные на той же температуре в реакторе (500 ° C). Эта температура не обязательно отражает оптимальную температуру быстрого пиролиза , которая существует для каждого конкретного сырья 22. Разновидностью температуры реактора может привести к оптимизированному температуры пиролиза с еще более высоким выходом органического масла.
Выбор метода балансировки не тривиальна для быстрого пиролиза биомассы, особенно при применении фракционированный конденсации и при использовании биомассы с высоким содержанием золы. Три различных типа balancinг были представлены в предыдущем разделе. Отчетность выходы фракций продукта на '' в качестве полученной основы является предпочтительным для практических соображений, таких как проектирование аппаратов и емкостей для хранения, как он сообщает, фактическое распределение продуктов следует ожидать. Тем не менее, эти значения затемняется содержанием воды и золы в исходном сырье. Специально для остаточной биомассы - например, соломы, лесного хозяйства и обрезки деревьев остатков и биогенного «отходов» - это вопрос , поскольку эти исходные материалы имеют широкий спектр водных и неорганических содержание приведена в Таблице 1.
Общий метод балансировки для процессов биомассы на "сухой основе", в большинстве случаев полезно для сравнения между различными исследованиями, поскольку это устраняет эффект различного содержания влаги в исходном сырье. Тем не менее, следует отметить, что эти расчетные значения из экспериментов с конкретным влажного сырья, не обязательно reflecт поведение и выход этого конкретного исходного сырья, если он был полностью высушен физическими средствами до эксперимента. Известно , что влага влияет на распределение урожая пиролизе 23 и это следует иметь в виду при оценке и сопоставлении «сухой» балансы.
Кроме того, массовые балансы на "сухой основе" являются неподходящими для исходного сырья с высоким содержанием золы, потому что минеральные вещества в конечном итоге в первую очередь в полукокса и затемнять результаты так же, как от исходного содержания влаги. Подобно воде, минеральные вещества влияют на фактическую реакцию пиролиза сети, поскольку они способствуют вторичных реакций пиролиза, что приводит к более высокому полукокса и снижению урожайности био-масла. Такие эффекты могут быть оценены только на научной основе, если остатки корректируются для содержания золы. Одним из способов достижения этой цели является создание баланса углерода. Из сравнения фиг.2 и фиг.4 видно , что повышенное твердых YieЛД наблюдается после пиролиза соломы пшеницы по сравнению с мискантус не только за счет неорганического материала, который извлекается с полукокса, но и из-за увеличения доли органических твердых веществ, которые образовались в процессе.
Еще одно преимущество элементарных остатков углерода, чтобы показать судьбу биогенного углерода, то есть, его распределение в извлекаемых фракций продукта. Это важно для оценки более сложных цепей преобразования - например, пиролиз, газификация и синтеза , как в случае , представленном здесь - потому что биогенного углерода следует использовать как можно более эффективно. Одним из наиболее важных функций биомассы в будущем биооснове экономики является обеспечение биогенного углерода для широкого спектра товаров, таким образом, замещающие углерод из ископаемых ресурсов.
Представленный протокол для быстрого пиролиза в смесительный реактор двухшнековый может быть реализована в различных масштабах с некоторыми корректировками. Tон представил случай блока с мощностью подачи 10 кг ч -1, оказалось, что это вполне приемлемый компромисс между сложностью оперативного и значимых результатов для поведения процесса. Он может применяться как для скрининга различных видов биомассы и оптимизации условий процесса. Тестирование конкретного сырья биомассы имеет решающее значение, поскольку некоторые характеристики сырья может привести к неблагоприятным операции процесса, если крупные твердые отходы накапливаются в цикле теплоносителя. Такое накопление не наблюдалось для биомассы, представленной в разделе результатов, но было замечено, для очень твердого биогенного материала с большим размером частиц (> 1 мм), что ограничивает применимость представленного процесса. Эта проблема может быть уменьшена с другой конструкцией контура теплоносителя, например, с помощью пневматического транспорта теплоносителя с одновременным частичным сжиганием.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Авторы благодарят Мелани Франк, Пиа Griesheimer, Джессика HENRICH, Петра Янке, Джессика Майер и Норберта Sickinger для технической и аналитической поддержки этой работы.
Финансовая поддержка, предоставляемая в рамках проекта BioBoost значительно признал. BioBoost является Европейский R & D Проект финансируется совместно в рамках контракта 282873 в рамках Седьмой рамочной программы Европейской комиссии (www.bioboost.eu).
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Пшеничная солома | Dö rrmann Kraichtal-Mü nzesheim | n/a | Triticum aestivum L. |
| Древесные отходы | Rettenmeier Holding AG | n/a | Согласно классу A2 Немецкого постановления о древесных отходах (AltholzV §2): склеенные, покрытые, окрашенные или обработанные иным образом древесные отходы без органических галогенных соединений и антисектов |
| для древесины Miscanthus | Hotel-Heizungsbau Kraichgau-Odenwald | n/a | Miscanthus x giganteus |
| Этиленгликоль | Hä ffner GmbH & Co KG | 1042090220600 | |
| этанол | Hä ffner GmbH & Co KG | 1026800150600 | Марка 99,9% |
| азота | Комплект | н/д | Подается через внутреннюю систему давления азота. |
| Пиролизный испытательный стенд | собственной постройки | н/д | Схема потока проиллюстрирована в рукописи. |
| Name | Company | Каталожный номер | >Комментарии |
| Анализы: | |||
| Газовый хроматограф Daniel 700 | Emerson Process Management | н/д | Разработан для этого конкретного применения компанией Emerson; две колонны 20% SF 96, две колонны HAYESEP N и одна промывочная колонна MS-5A; газ-носитель гелий |
| Helium | Air Liquide | P0252L50R2A001 | Grade 6.0 |
| Газовая смесь для калибровки | basi Schö berl GmbH & Co. KG | FG 10002 | Указанный состав газа: 5% Ne, 2% O<суб>2, 20% CO, 30% CO<суб>2, 5% CH<суб>4, 5% H<суб>2, 2% C<суб>2H<суб>6, 0,5% C3H8, 0,5% C4H10, 0,5% C5H12, остаток N<2/sub>. |
| Neon | Air Liquide | P0890S10R2A001 | класс 4.0; используется в качестве фиксированного эталонного расхода газа; не обязательно требуется и приводится только в качестве примера для количественной оценки потока пиролизного газа. |
| Elementaranalysator CHN628 | Leco Instrumente GmbH | 622-000-000 | |
| TGA701 | Leco Instrumente GmbH | n/a | |
| DIMATOC 2000 | Dimatec | n/a | |
| Гидравлический метанол сухой | Sigma Aldrich | 34741 | |
| Гидравлический композит V | Sigma Aldrich | 34805 | |
| 841 Titrando | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.841.0010 | |
| 774 Пробоотборник печи | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.774.0010 | |
| 800 Dosino | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.800.0010 | |
| 801 Мешалка | Deutsche Metrohm GmbH & Co. KG | 2.801.0010 | |
| Метанол | Carl Roth GmbH & Co KG | 83884 | 99% для синтеза |
| Ватман целлюлозный фильтр марки 42 | Сигма Олдрич | WHA1442090 | |
| Метанол-D<суб>4 | Сигма Олдрич | 151947 | |
| 3-(Триметилсилил)пропионовый-2,2,3,3-д<суб>4 кислая натриевая соль | Сигма Олдрич | 269913 | |
| БЖ 250 МГц | Bruker | н/д |
Ссылки
- Dahmen, N., Henrich, E., Dinjus, E., Weirich, F. The bioliq bioslurry gasification process for the production of biosynfuels, organic chemicals, and energy. Energ. Sust. Soc. 2 (1), 1-44 (2012).
- Ahmad, R., et al. Zeolite-based bifunctional catalysts for the single step synthesis of dimethyl ether from CO-rich synthesis gas. Fuel Process Technol. 121, 38-46 (2014).
- Haro, P., Trippe, F., Stahl, R., Henrich, E. Bio-syngas to gasoline and olefins via DME - A comprehensive techno-economic assessment. App Energy. , (2013).
- Henrich, E., Dahmen, N., Dinjus, E. Cost estimate for biosynfuel production via biosyncrude gasification. Biofuels, Bioprod. Bioref. 3, 28-41 (2009).
- Zhang, X., Kumar, A., Arnold, U., Sauer, J. Biomass-derived oxymethylene ethers as diesel additives: A thermodynamic analysis. Energ. Procedia. 61, 1921-1924 (2014).
- Bridgwater, A. V. Renewable fuels and chemicals by thermal processing of biomass. Chem. Eng. J. 91, 87-102 (2003).
- Meier, D., et al. State-of-the-art of fast pyrolysis in IEA bioenergy member countries. Renew. Sust. Energ. Rev. 20, 619-641 (2013).
- Rammler, R., Weiss, H. J., Bußmann, A., Simo, T. Gewinnung von Öl durch Schwelen von Ölschiefer und Teersand als Beitrag zur Energieversorgung. Chem. Ing. Tech. 53, 96-104 (1981).
- Tröger, N., et al. Utilization of biogenic residues and wastes in thermochemical systems for the production of fuels: current status of the project. Biofuels, Bioprod. Bioref. 7, 12-23 (2013).
- Tröger, N., Richter, D., Stahl, R. Effect of feedstock composition on product yields and energy recovery rates of fast pyrolysis products from different straw types. J. Anal. Appl. Pyr. 100, 158-165 (2013).
- Henrich, E., Dahmen, N., Weirich, F., Reimert, R., Kornmayer, C. Fast pyrolysis of lignocelluloses in a twin screw mixer reactor. Fuel Process Technol. 143, 151-161 (2016).
- Dahmen, N., et al. State of the art of the bioliq process for synthetic biofuels production. Env. Prog. Sust. Energ. 31, 176-181 (2012).
- Funke, A., et al. Fast pyrolysis char - Assessment of alternative uses within the bioliq concept. Bioresour. Technol. 200, 905-913 (2016).
- Lehto, J., Oasmaa, A., Solantausta, Y., Kytö, M., Chiaramonti, D. Fuel oil quality and combustion of fast pyrolysis bio-oils. , VTT Publications. Espoo. (2013).
- Fahmi, R., Bridgwater, A. V., Donnison, I., Yates, N., Jones, J. M. The effect of lignin and inorganic species in biomass on pyrolysis oil yields, quality and stability. Fuel. 87, 1230-1240 (2008).
- Oasmaa, A., Solantausta, Y., Arpiainen, V., Kuoppala, E., Sipilä, K. Fast Pyrolysis Bio-Oils from Wood and Agricultural Residues. Energ. & Fuels. 24, 1380-1388 (2010).
- DIN German Institute for Standardization. DIN EN ISO 18134-3 Solid biofuels - Determination of moisture content - Oven dry method - Part 3: Moisture in general analysis sample. , Beuth Verlag. Berlin. (2015).
- DIN German Institute for Standardization. DIN EN ISO 18122 Solid biofuels - Determination of ash content. , Beuth Verlag. Berlin. (2016).
- DIN German Institute for Standardization. Institute for Standardization. DIN EN ISO 16948 Solid biofuels - Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen. , Beuth Verlag. Berlin. (2015).
- DIN German Institute for Standardization. Institute for Standardization. DIN EN 1484 Water analysis - Guidelines for the determination of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC). , Beuth Verlag. Berlin. (1997).
- DIN German Institute for Standardization. ESO 16993: Solid biofuels - Conversion of analytical results from one basis to another. , Beuth Verlag. Berlin. (2015).
- Bridgwater, A. V. Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading). Biomass Bioenerg. 38, 68-94 (2012).
- Westerhof, R. J. M., Kuipers, N. J. M., Kersten, S. R. A., van Swaaij, W. P. M. Controlling the water content of biomass fast pyrolysis oil. Ind. Eng. Chem. Res. 46, 9238-9247 (2007).
Перепечатки и разрешения
