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Methodenartikel

Labor Produktion von Biokraftstoffen und Biochemikalien aus Rapsöl durch Catalytic Cracking-Umwandlung

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DOI:

10.3791/54390

⸱

2. September 2016

 ,  ,  ,  , 
1CanmetENERGY, Natural Resources Canada

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieser Beitrag stellt eine experimentelle Methode Biokraftstoffen und Biochemikalien aus Rapsöl mit einem fossil basierten Futter in der Gegenwart eines Katalysators bei milden Temperaturen gemischt zu erzeugen. Gasförmige, flüssige und feste Produkte aus einer Reaktionseinheit quantifiziert und charakterisiert. Umbau und individuelle Produktausbeuten werden berechnet und ausgewiesen.

Zusammenfassung

Die Arbeit basiert auf einer berichteten Studie, die die Verarbeitbarkeit von Rapsöl (Bio-Feed) in Gegenwart von Bitumen-abgeleitetem Schwergasöl (HGO) zur Herstellung von Transportkraftstoffen durch einen flüssigen katalytischen Crackprozess (FCC) untersucht. Die Cracking-Experimente werden mit einer vollautomatischen Reaktionseinheit bei einer stündlichen Raumgeschwindigkeit (WHSV) mit festem Gewicht von 8 hr-1, 490-530 °C und einem Katalysator-Öl-Verhältnis von 4-12 g/g durchgeführt. Wenn eine Zuführung mit dem Katalysator im Wirbelschichtreaktor in Kontakt kommt, findet das Cracken statt, bei dem gasförmige, flüssige und feste Produkte entstehen. Der erzeugte Dampf wird kondensiert und in einem Flüssigkeitsbehälter bei -15 °C gesammelt. Das nicht kondensierbare Abwasser wird zunächst in einen Behälter geleitet und nach der Homogenisierung zu einem Online-Gaschromatographen (GC) für die Raffineriegasanalyse geleitet. Der auf dem Katalysator abgelagerte Koks wird in situ bestimmt, indem der verbrauchte Katalysator an der Luft bei hohen Temperaturen verbrannt wird. Der CO2 -Gehalt wird über eine Infrarotzelle (IR) quantitativ gemessen und in die Koksausbeute umgerechnet. Flüssige Proben in den Behältern werden von GC für eine simulierte Destillation analysiert, um die Mengen in verschiedenen Siedebereichen zu bestimmen, d. h. IBP-221 °C (Benzin), 221-343 °C (Leichtzyklusöl) und 343 °C+ (Schwerzyklusöl). Beim Cracken eines Futters, das Rapsöl enthält, entsteht Wasser, das am Boden eines Flüssigkeitsbehälters und an seiner Innenwand erscheint. Die Rückgewinnung des Wassers an der Wand wird durch Waschen mit Methanol und anschließende Karl-Fischer-Titration auf den Wassergehalt erreicht. Zu den berichteten Grundergebnissen gehören die Umwandlung (der Teil des Futters, der in Gas und flüssiges Produkt mit einem Siedepunkt unter 221 °C, Koks und Wasser, falls vorhanden) umgewandelt wird, und die Ausbeute an Trockengas (H2-C 2, CO und CO2), Flüssiggas (C3-C 4), Benzin, Leichtöl, Schweröl, Koks und Wasser, falls vorhanden.

Einleitung

Es gibt starke globale Interesse an den beiden privaten und öffentlichen Sektor eine effiziente und wirtschaftliche Mittel zu finden, Treibstoffe aus Biomasse gewonnen Einsatzmaterialien zu erzeugen. Dieses Interesse wird durch eine allgemeine Besorgnis über die wesentlichen Beitrag der Verbrennung fossiler Brennstoffe Erdöl, um die Treibhausgasemissionen (THG) und die damit verbundenen Beitrag zur globalen Erwärmung getrieben. Außerdem gibt es einen starken politischen Willen in Nordamerika und Europa im Ausland produziert Erdöl mit erneuerbaren heimischen flüssigen Brennstoffen zu verdrängen. Im Jahr 2008 stellte Biokraftstoffe 1,8% der Kraftstoffe der Welt 1. In vielen entwickelten Ländern ist es erforderlich , dass Biokraftstoffe von 6% ersetzen zu 10% von Erdölbrennstoffen in naher Zukunft 2. In Kanada erfordern Vorschriften einen durchschnittlichen erneuerbaren Kraftstoff - Gehalt von 5% in Benzin beginnend 15. Dezember 2010 3. Das Erneuerbare - Energien - Richtlinie (RED) in Europa hat auch eine 10% erneuerbare Energieziel für die Europäische Union trans beauftragtHafensektor bis zum Jahr 2020 4.

Die Herausforderung bestand darin, eine tragfähige wirtschaftliche Weg zu produzieren fungible Kraftstoffen aus Biomasse zu entwickeln und zu demonstrieren. Biologische Quellen umfassen Triglycerid-basierte Biomasse wie pflanzlichen Ölen und tierischen Fetten, sowie Altspeiseöl und Zellulose-Biomasse wie Holzspäne, Waldabfälle und Landwirtschaft Rückstände. In den letzten zwei Jahrzehnten Forschung katalytische auf der Auswertung von Biomasse stammende Ölverarbeitung unter Verwendung herkömmlicher Fluidcracken (FCC) 5 konzentriert - 12, eine Technologie , die für die Herstellung der größte Teil des Benzins in einer Erdölraffinerie. Unser neuer Ansatz in dieser Studie ist es zur Zusammenarbeit Prozess Rapsöl mit Ölsand-Bitumen abgeleiteten Einsatzmaterial gemischt. Normalerweise Bitumen muss vor der Raffination aufgerüstet werden, die Herstellung von Raffinerieeinsatzmaterial wie synthetisches Rohöl (SCO) -Diese Verarbeitungsweg besonders energieintensiv ist, einem Anteil von 68-78% der THG-emissions von der SCO Produktion 13 und im Jahr 2011, die zusammen 2,6% der gesamten Treibhausgasemissionen 14 in Kanada. einen Teil des aktualisierten HGO mit Biofeed ersetzen würde THG-Emissionen zu reduzieren, da eine viel kleinere Kohlenstoff-Fußabdruck beinhaltet die Produktion von Biokraftstoffen. Canola Öl wird in dieser Arbeit gewählt, weil es in Kanada und den USA reichlich vorhanden ist. Dieses Einsatzmaterial besitzt eine Dichte und Viskosität ähnlich denen von GrAB während die Gehalte an Schwefel, Stickstoff und Metalle, die FCC Leistung oder die Produktqualität beeinträchtigen könnten vernachlässigbar sind. Darüber hinaus bietet dieses Co-Verarbeitungsoption erhebliche technologische und wirtschaftliche Vorteile, da sie Nutzung der vorhandenen Raffinerieanlagen erlauben würde, und daher würde wenig zusätzliche Hardware oder Modifikation der Raffinerie erfordern. Darüber hinaus kann es sein, mögliche Synergien, die in Verbesserung der Produktqualität zur Folge haben könnte, wenn Co-Processing ein hocharomatisches Bitumen füttern mit geradkettigen Biomasse-Pendant. Jedoch co-Verarbeitungbeinhaltet wichtige technische Herausforderungen. Dazu gehören die einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Bio-Feeds: mit hohem Sauerstoffgehalt, Paraffinreiche Zusammensetzung, die Kompatibilität mit Erdöleinsatzmaterialien, Verschmutzungspotential usw.

Diese Studie liefert ein detailliertes Protokoll für die Herstellung von Biokraftstoffen im Labormaßstab von Rapsöl durch katalytische Cracken. Eine vollautomatische Reaktionssystem - im Sinne dieser Arbeit als Labortesteinheit (LTU) 15 - ist für diese Arbeit verwendet Abbildung 1 zeigt schematisch , wie das Gerät arbeitet.. Diese LTU hat der Industriestandard für Labor FCC Studien geworden. Das Ziel dieser Studie ist für das Knacken Rapsöl die Eignung der LTU zu testen, Kraftstoffen und Chemikalien mit dem Ziel, die Eindämmung von Treibhausgasemissionen zu erzeugen.

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Abbildung 1: Conceptual illustration des Reaktors. Illustration zeigt Stromlinien des Katalysators, Futtermittel, Produkt und Verdünnungsmittel. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Protokoll

Achtung: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Sicherheitsdatenblätter (MSDS), bevor Sie die Materialien. Die Arbeit mit Rohöl Proben sollten nur durchgeführt werden, während die richtige persönliche Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Hosen, geschlossene Schuhe, Laborkittel) trägt, und die Öffnung, die Übertragung und Verarbeitung von Roh-Proben in einem belüfteten Abzugsschrank erfolgen soll. Beheizte Kohlenwasserstoffe in der Luft entzündlich sein, und das Reaktionssystem sorgfältig vor auslauf geprüft werden sollte mit Rohöl Mischungen zu verwenden. Der Reaktor kann Temperaturen bis zu 750 ° C erreichen, und Hochtemperatur-Schutzhandschuhe sollten verwendet werden, wenn in der Nähe von heißen Oberflächen arbeiten.

1. Allgemeine Überlegungen

  1. Um die bestmögliche Nutzung der automatisierten Reaktionseinheit machen, die sechs aufeinanderfolgende Läufe über ~ 8 Stunden abgeschlossen werden kann, eine konstante Förderrate von 1,2 g / min wählen. Hier wird die stündliche Gewichtsraumgeschwindigkeit (WHSV) bis 8 h -1 durch die Beziehung WHSV = 60 / [(C / O) x t] = 60 × (O / T) / C wobei t die feed Lieferzeit in Minuten und C und O sind Massen von Katalysator und Futtermittel, die jeweils in Gramm. Durch die Veränderung der Vorschubeinspritzzeit, eine Menge von Katalysator / Öl-Massenverhältnissen von 4, 6, 8, 10 und 11,25 (x2) wurde für jede Reaktionstemperatur erreicht, um eine große Auswahl an Umsatz zu erreichen.

2. Rohstoffliche und Katalysatorherstellung

  1. Erhalten HGO durch die -343 ° C-Fraktion abdestilliert wurde (durch Spinnband) aus einem synthetischen Rohöl (SCO).
  2. Erwerben Sie essbaren-Grade-Rapsöl aus einem lokalen Lebensmittelgeschäft und nutzen, ohne weitere Behandlung.
  3. Bereiten Sie eine 15 V% Raps Mischung durch Mischen von 79,645 g HGO (0,9370 g / ml Dichte) mit 13,7535 g Rapsöl (0,9169 g / ml Dichte).
  4. Bildschirm, um den Gleichgewichtskatalysator mit einem 60 Tyler Mesh-Sieb (250 & mgr; m Öffnung), gefolgt von einem zweiten Screening mit einem 400 Tyler-Mesh-Sieb (38 & mgr; m Öffnung).
  5. Calcine die auf großen Teilchen (38-250 & mgr; m) bei 600 ° C für 4 Stunden, so dass sie dann in t ladener sechs Trichtern der automatisierten Reaktionseinheit.

3. Testverfahren

  1. Systemvorbereitung
    1. Programmvorbereitung
      1. Mit der Software, die die Reaktionseinheit steuert, öffnen Sie das Fenster für Laufbedingungen.
      2. Typ in den Identifikationen der Beschickung und Katalysator, der Luftdruck, die Einspritzzeit und die Temperatursollwerte für das Speisesystem, den Reaktor, die Produktlinie, die Kühlmittel und dem CO-Katalysator in jedem Schritt der Laufzeit .
    2. Katalysatorherstellung
      1. Für jeden Katalysator Glastrichter über dem Prozessrohr, den Deckel abnehmen und aufladen 9 g kalziniertes auf Größe Katalysator in den Trichter. Bringen Sie einen O-Ring an die Spitze des Trichters und wieder klemmen seinen Deckel.
    3. Die Kalibrierung des Vorschubs
      1. Stellen Sie die Ölförderpumpe Vorschub bei einer konstanten Zufuhrinjektionsrate (1,2 g / min) für alle Cracken Läufe zu liefern.
      2. Trennen Sie die oil Zuleitung unter dem Purge - Ventil (KV-114) 16 und befestigen Sie eine kurze vorübergehende Rohr auf den Boden des Ventils für die Öllieferung in eine austarierte Becher.
      3. Vorwärmen des Einsatzmaterials auf 85 ° C die HGO-Mischung zu ermöglichen, zu fließen leicht in die und aus der Spritze und entlang der Speiseleitung.
      4. Stellen Sie die Einspritzzeit der Pumpe auf den gleichen Wert wie für den ersten Lauf in der Serie (Standardeinstellung) für die Kalibrierung.
      5. Tarieren Sie einen Becher, und legen Sie es auf die Entlastung des kurzen temporären Schläuche. Starten Sie das Preset "PUMPCAL" Anwenderprogramm 17 in der Reaktionseinheit Software.
      6. Nachdem das PUMPCAL Programm abgeschlossen ist, entfernen und den Becher mit dem Futter wiegen. Teilen Sie die Masse des Futters in den Becher durch die Einspritzzeit lieferte die Vorschubgeschwindigkeit zu erhalten.
      7. Stellen Sie die Pumpendrehzahl höher oder niedriger (unter Verwendung der dreistelligen Regler an der Pumpe) und wiederholen Sie die Schritte 3.1.3.5 bis 3.1.3.6, bis die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit erreicht wird.
      8. Entferne daskurze vorübergehende Rohr und verbinden die Zuleitung.
    4. Kalibrierung von GC für Gasanalyse
      Hinweis: Dieser Schritt, wenn die GC für die Gasanalyse notwendig ist, gefunden wird nicht mehr kalibriert werden, die aus Referenzprüfungen, Daten Trending abgeleitet werden kann, und Materialbilanz. Die Erfahrung zeigt, dass die GC Kalibrierung stützte sich auf einen längeren Zeitraum werden kann.
      1. Schließen Sie einen Zylinder von kommerziellen Mehrkomponenten- Raffineriegas Standard zum Handventil (HV-190) 16.
      2. Legen Sie eine Methode in der GC-Software, die von eluierenden und trennt alle Spitzen in der Raffineriegas Standard fähig ist. Verwenden , um die Parameter für die GC - Methode in Tabelle 1.
      3. Mit Hilfe der GC-Software, führen Sie eine Analyse Lauf der Raffineriegas-Standard.
      4. Öffnen Sie das Chromatogramm der Raffineriegas-Standard und die Integration der Peaks im Chromatogramm.
      5. Identifizieren der Peaks in dem Chromatogramm, um sicherzustellen, dass alle Komponenten in dem calibRation Gas gefunden. Löschen keine Peaks, die vorhanden sind, aber nicht an die Komponenten in der Norm zurückgeführt werden.
      6. Basierend auf Retentionszeitbereiche, Stückerz und divide eluierenden Verbindungen nach C 5 in C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3 und C 6 + 4 Gruppen. Für dieses Verfahren Klumpen Pentenisomeren in eine C 5 Olefingruppe.
      7. Mit Hilfe der GC-Software, Konzentrationswerte zu jedem integrierten Peak aus dem Gas Standard unter der Kalibrierungsfunktion zuweisen.
      8. Speichern Sie die Kalibrierung in die Methodendatei, für die Verwendung der Konzentrationen von Spitzen in den nachfolgenden Testläufen zu bestimmen. Ziehen Sie den kommerziellen Gas-Standard.
    5. Kalibrierung von CO 2 Analyzer
      1. Durch die Reaktionseinheit Software schaltet das Ventil (KV-170) 16 in die Position, die das Nullgas (Stickstoff) mit dem IR - Gasanalysator strömen kann. Den Durchfluss durch den Drehknopf in Verbindung mit dem Flusskontrolle val DrehVe (FCV-107) 16, falls erforderlich, auf etwa 250 sccm auf die Strömungsanzeige (FI-107) 16 erhalten.
      2. Null der Analysator die Nullpunkteinstellung Schraube an der Frontseite des Gerätes mit Hilfe eines Schlitz- Schraubendreher.
      3. Schalten Sie das Handventil (HV-107) 16 , um die CO 2 (19,8 Mol%) Standardgas in den Analysator zu versorgen. Stellen Sie das Handventil (MV-107) 16 einen Fluss von etwa 250 sccm auf die Strömungsanzeige (FI-107) zu erhalten.
      4. mit der SPAN Schraube an der Frontplatte Stellen Sie den Analysator Lesen der Konzentration (19,8 Mol%) der Standard-Kalibriergas zu entsprechen.
      5. Trennen Sie das Kalibriergaswertes und senden Sie das Handventil (HV-107) in die Stellung RUN.
    6. Herstellung von flüssigen Zustand Receiver
      Hinweis: Jeder Empfänger besteht aus einem Kondensator und einem GC-Vial zum Boden des Kondensators verbunden ist mit einem kurzen Stück Silikonschlauch.
      1. zuweisen Nummern nacheinander an die condensers und GC-Vials.
      2. Setzen Sie einen kleinen Pfropfen aus Glaswolle im Inneren der Oberseite jeder Arm Empfänger Steckdose , wie in Abbildung 2 dargestellt.
      3. Halten Sie den Empfänger aufrecht mit etwas Unterstützung in einem Becher oder einem Kolben geeigneter Größe. Wiegen Sie jeden Empfänger in einer Analysenwaage das oberste Fenster , von denen durch eine kubische Kunststoffschutz abgedeckt ist eine zugfreie Umgebung (Abbildung 3) zu gewährleisten.
      4. Notieren Sie sich die Trockenmasse (W vor) des vorbereiteten Empfänger zusammen mit markierten Anschlägen.
      5. Installieren und schließen Sie das gewogen Empfänger an die Produktlinie (Abbildung 4).
    7. Reactor Vorbereitung
      1. Installieren Sie eine Ölzufuhrleitung in den Reaktor mit einer Länge, die für eine 1,125 Zoll Injektorhöhe ermöglicht.
      2. Legen Sie einen Filter am Ausgang des Reaktors jeden Katalysatorstaub zu verhindern, dass die Produktlinie Eingabe, Ändern Sie den Filter nach 50-100 läuft.
      3. Führen Sie einen Drucktest auf dem Reaktorsystem by läuft das Programm PTEST1 17 nach Zuführpumpe Kalibrierung und Installation der Empfänger. Schließen Sie die Gasentlüftung und unter Druck des Reaktorsystems mit 150 mmHg Stickstoff, durch Isolierung des Systems.
      4. Beobachten Sie den Druck für ein paar Minuten mit dem Lesen der Druckabfall, um sicherzustellen, nicht mehr als 0,4 mmHg pro Minute ist, was anzeigt, dass keine Lecks vorhanden sind. Wenn ein Druckabfall von mehr als 0,4 mmHg pro min beobachtet wird, führen Sie eine Dichtigkeitsprüfung gemäß den Anweisungen des Herstellers, und beheben dementsprechend alle Lecks.
Probeneinlass T 90 ° C Beitrag Laufdruck 30 psi
Injector T 90 ° C Druckausgleich 10 sec
Laufzeit 300 sec Die Detektoren Wärmeleitfähigkeit
Säulendruck 30 psi Datenerfassungsrate 50 Hz
Kanal A Kanal B Kanal C Kanal D
Vorsäule PLOT-U; 30 & mgr; m × 320 & mgr; m × 3 m PLOT-Q; 10 & mgr; m × 320 & mgr; m × 1 m Aluminiumoxid; 3 & mgr; m × 320 & mgr; m × 1 m -
Spalte Molsieve; 12 & mgr; m × 320 & mgr; m × 10 m PLOT-U; 30 & mgr; m × 320 & mgr; m × 8 m Aluminiumoxid; 8 & mgr; m × 320 & mgr; m × 10 m OV1; 2 & mgr; m × 150 & mgr; m × 10 m
Trägergas Argon Helium Helium Helium
Inlet - Modus Rückspülfilter Rückspülfilter Rückspülfilter Fixed Volume
Spalte T 100 ° C 90 ° C 130 ° C 90 ° C
Injektionszeit 30 msec 120 ms 0 ms 100 msec
Rückspülzeit 12,5 sec 5,0 sec 5,5 sec -

Tabelle 1: GC - Methode Parameter für die Analyse von Gas durch die LTU erzeugt.

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Abbildung 2: Vial Befestigung an Kondensator. Foto die Lage des Glaswollepfropfen und die Befestigung eines GC - Vial mit dem Kondensator mit Silikonschlauch zeigt. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

figure-protocol-2
Abbildung 3:.. Mit einem Gewicht von Produktaufnehmer Plastikabdeckung für den Rest des langen flüssigen Produkts Empfänger zu wiegen, die aus dem oberen Fenster hängen bleiben Bitte klicken Sie hier um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Abbildung 4:. Flüssigkeitsaufnahme Befestigung Foto die Befestigung der flüssigen Empfänger auf die Produktlinie zeigt.ad / 54390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

  1. Systembetrieb im Auto-Modus
    1. Auf der LTU-SETUP-Bildschirm, geben Sie die entsprechenden Informationen für das Experiment: Laufnummer Feed-Name, Katalysatorbezeichnung, Luftdruck, Sollwerte für Haut und der inneren Reaktortemperaturen sowohl für Rissbildung und Regenerierung des Katalysators und der Öleinspritzzeit. Lassen Sie diesen Schritt, wenn vollständige Informationen in Abschnitt 3.1.1 enthalten.
    2. Stellen Sie das System in den Run-Modus, indem Sie auf die Taste "RUN" auf dem Prozessfluss-Bildschirm. Dies leitet die Testsequenz 17, die die Schritte im Auto - Modus umfasst in der Diskussion beschrieben werden.
  2. Nicht-Auto-Modus Systembetrieb
    1. Mit Hilfe des Computers mit dem GC angebracht, die Spitzen zu integrieren und die Daten mit der Kalibrierung festgelegt verarbeiten. Geben Sie die letzte GC-Daten in die LTU-Programm durch den LTU-Computer.
  3. Post-Betrieb laufen
    1. Massebestimmung des flüssigen Produkts
      1. Nach der Klemme zu entfernen, kippen Sie den Hörer ab und sammeln unter dem Produktventil keine flüssigen Produkt Tropfen auf der abgeschrägten Metallspitze.
      2. Unmittelbar versiegeln den Empfänger mit der Bezeichnung Gummistopper und vorsichtig aus dem Bad zu entfernen. Spülen Sie das Ethylenglykol aus dem Bad mit kaltem Wasser und trocknen Sie die Außenseite mit einem Papiertuch ab.
      3. Legen Sie das flüssige Produkt-Empfänger auf einem Gestell bei Raumtemperatur für 20 Minuten, so dass jedes gefrorene Produkt zu tauen und heruntergekommen in den GC-Fläschchen an der Unterseite des Empfängers.
      4. Sammeln Sie die Zurückhalten von Flüssigkeit um die Metallverbindung für den Empfänger mit einem austarierten Wattebausch. Bestimmen Sie die Masse der Zurückhalten von Flüssigkeit (W Tupfer) und Rekord.
      5. Öffnen Sie das flüssige Produkt-Empfänger in die Atmosphäre in einem belüfteten Abzugshaube für den Druckausgleich durch momentanes den Anschlag auf dem oberen Ausgang des Empfängers zu entfernen.
      6. Stellender Anschlag wieder auf und der Empfänger Masse erhalten (W nach). Entfernen Sie die GC-Fläschchen aus dem Kondensator. Cap und speichern Sie die Produktprobe in einem Kühlschrank bei 4 ° C für eine spätere Analyse.
      7. Wenn ein Wassertropfen, wie im Fall der GC Fläschchen Boden erscheint Rapsöl von Rissen, verwenden Sie eine saubere Spritze so viel Wasser freies Öl-Produkt in ein anderes Fläschchen wie möglich zu übertragen und sofort verschließen.
      8. Spülen Sie die Innenwände des Empfängers Kondensator gründlich mit einer geringen Qualität von Methanol und sammeln Sie alle der Methanolwäsche in die ursprüngliche GC Fläschchen mit dem Wassertropfen. Verschließe das Röhrchen und erhalten die Masse der Flüssigkeit im Inneren für den Einsatz in Wasserbestimmung.
    2. Die Analyse der Flüssigkeit Produkt für Simulierte Destillation
      1. Unter Verwendung von Standardtestverfahren ASTM D2887 18 bestimmen den Massenanteil des wasserfreien flüssigen Produkts in den Bereichen von Benzin siedet (IBP-221 & deg ; C), leichtes Kreislauföl (LCO, 221-343 ° C), und h eavy Kreislauföl (HCO, 343 ° C-FBP).
    3. Analyse von Wasser Artikel
      1. Unter Verwendung von Standardtestmethode ASTM D4377 19, bestimmen den Wassergehalt (W H2O) des Waschmethanol mit dem Wassertropfen in dem Fläschchen kombiniert.
  4. Berechnungen
    1. Masse gasförmiger Produkt
      1. Berechnen des Gesamtvolumens des gasförmigen Produktes durch das Volumen des verdrängten Wassers nach der Formel:

        figure-protocol-4

        wobei V Gasvolumen (ml) von Gas bei Standardbedingungen gesammelt (0 K und 101,3 kPa), V Wasservolumen (ml) Wasser während des Tests verschoben, T Gastemperatur (° C) und P Gasdruck ( kPa).
      2. Berechnen Sie die Masse jeder Gaskomponente mit:

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        wobei W i Masse (g) des i - ten gasförmigen Produkt, N i ist Mol-% der i - ten Komponente in dem Gas, und M i das Molekulargewicht der i - ten gasförmigen Produkts. Das Molekulargewicht des C 5 + ungelösten Klumpen wird angenommen , 86 zu sein.
      3. Berechnen Sie die Gesamtmasse des gasförmigen Produkts als:

        figure-protocol-5

        wobei W Gas ist die Gesamtmasse des gasförmigen Produkts und W i ist die Masse des i - ten gasförmigen Produkts , wie in 3.5.1.2 berechnet.
    2. Masse der Flüssigkeit Produkt
      1. Berechnen Sie die Gesamtmasse des flüssigen Produkts mit:

        W liq = W nach - W + W vor Tupfer

        wobei W liq ist Masse (g) des flüssigen Produkts, W nach Masse (g)des Empfängers flüssigen Produkts nach der Reaktion, bevor W ist die Masse (g) des flüssigen Produkts Empfänger vor der Reaktion, und W Tupfer Masse (g) des Zurückhalten von Flüssigkeit auf dem Baumwolltupfer gesammelt.
    3. Masse von Coca-Cola
      1. Berechnen Sie die Gesamtmasse von Koks aus der LTU abgeleitet werden:

        W Koks = W Kohlenstoff × 1,0695

        wobei W coke Masse (g) von Koks ist, W Kohlenstoff Masse (g) des Kohlenstoffs und 1,0695 ist die Kohlenstoff-coke Faktor.
    4. Massenbilanz (Wiederherstellung)
      1. Berechnen Sie die Massenbilanz mit

        R = (W Gas + W liq + W Koks) ÷ W - Feed × 100

        wobei R Rückgewinnung (Masse% des Zulaufs) und W - Feed ist Masse (g) des Ölzufuhr. R sollte im Bereich von 96-102% liegen. Wenn nicht, lehnen die Prüfung als nicht zufriedenstellend.
    5. Nicht normalisierte Renditen und Conversion
      Hinweis: Berechnen jedes Produkt Ausbeute (Masse-% feed) nach den Formeln nachstehend angegeben.
      1. Berechnen Dry Gas (H 2 -C 2 's, CO und CO 2)

        Y DG = (W H2 + W C1 + W C2 + W CO + W CO2) ÷ W - Feed × 100

        wobei Y DG unnormalisierten Ausbeute (Masse-% Futter) des trockenen Gases ist, W H2 Masse (g) von H 2, W C1 ist Masse (g) des C 1 Gas (Methan), W C2 Masse (g) der C & sub2 ; -Gas (Ethan und Ethylen), W CO Masse (g) von CO und CO2 W ist Masse (g) CO 2. Beachten Sie, dass die Korrektur für die geringe Menge an CO 2 in Wasser gelöst ist nicht erforderlich.
      2. Berechnen Sie Liquefied Petroleum Gas (LPG)

        Y LPG = (W C3 + W C4) ÷ W - Feed × 100

        wobei Y LPG unnormalisierten Ausbeute (Masse-% Futter) des LPG - Produkt, W C3 ist Masse (g) des C 3 Gas (Propan und Propylen) und W C4 ist Masse (g) des C - 4 - Gas (Butane und Butene einschließlich 1,3-butadien).
      3. Berechnen Benzin

        Y GLN = [X GLN × (W liq - W H2O - W Tupfer) + W C5 +] ÷ W - Feed × 100

        wobei Y GLN nicht normalisierten Ausbeute (Masse-% feed) von Benzin ist, X GLN (durch simulierte Destillation) erhaltene Massenanteil des Benzins in dem wasserfreien flüssigen Produkt, ist W H2O Masse (g) von Wasser in dem flüssigen Produkt, wenn jede und W C5 + ist Masse (g) von 5 C + Produkt in der Gasphase (ungelöste C 6 </ sub> plus C 6 + Klumpen).
      4. Berechnen Light Cycle Oil (LCO)

        Y LCO = [X LCO × (W liq - W H2O - W Tupfer)] ÷ W - Feed × 100

        wobei Y LCO unnormierte Ausbeute (Masse% des Zulaufs) des LCO Produkts und X LCO (erhalten durch simulierte Destillation) ist , ist Massenanteil von LCO in dem wasserfreien flüssigen Produkt.
      5. Berechnen schweren Kreislauföl (HCO)

        Y HCO = [X HCO × (W liq - W H2O - W Tupfer) + W Tupfer] ÷ W - Feed × 100

        wobei Y HCO unnormierte Ausbeute (Masse-% feed) von HCO und X HCO (erhalten durch simulierte Destillation) ist , ist Massenanteil von HCO in dem wasserfreien flüssigen Produkt.
      6. Berechnen von Coca-Cola

        Y Koks = W ÷ W - Feed Koks × 100

        wobei Y Koks ist nicht normalisierten Ausbeute (Masse-% Futter) von Koks.
      7. berechnen Wasser

        Y H2O = W H2O ÷ W - Feed × 100

        wobei Y H2O ist nicht normalisierten Ausbeute (Masse-% Futter) Wasser.
      8. Berechnen Conversion

        CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO

        wo CON unnorm ist nicht normalisierten Umwandlung (Masse-% Futter).
    6. Normierte Ausbeuten und Conversion

      0 Y i = Y i ÷ R × 100

      wobei Y 0 i normalisierte Ausbeute (Masse-% Futter) des i - ten Produkt.

      CON Norm = 100 - Y 0 LCO- Y 0 HCO

      wo CON Norm wird normalisiert Umwandlung (Masse-% Futter).

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Ergebnisse

(: 85,27 Massenverhältnis dh 14,73) zwischen Rapsöl und einem SCO-derived HGO 20 Das etablierte Protokoll zu einem Ölmischung von 15:85 Volumenverhältnis wurde erfolgreich angewendet. Aus praktischen Gründen (Kosten, Verfügbarkeit von Rapsöl und mögliche Herausforderungen in den kommerziellen Betrieb) wurde die Studie auf Einsatzmaterial fokussiert 15 v% Rapsöl Zusatz enthält, obwohl Feeds mit höheren Konzentrationen wurden auch ausprobiert. Die Mischung wurde katalyt...

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Diskussion

Das hier beschriebene Protokoll verwendet zyklischen Betrieb eines einzigen Reaktor eine Charge von fluidisierten Katalysatorteilchen enthaltenden Beschickungsöl zu simulieren Rißbildung und Katalysatorregenerierung. Das Öl wird gecrackt wird vorgewärmt und von oben durch eine Einspritzrohr mit der Spitze nahe am Boden des Fluidbetts zugeführt. Der Dampf nach dem katalytischen Cracken erzeugt wird kondensiert und in einer Vorlage aufgefangen, und das flüssige Produkt gesammelt wird anschließend für simulierte Destillati...

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Offenlegungen

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen haben.

Danksagungen

Die Autoren möchten die analytische Labor des CanmetENERGY Technologiezentrum für seine technische Unterstützung und Suncor Energy Inc. zur Versorgung des synthetischen Rohöls zu danken. Teilfinanzierung für diese Studie wurde von Natural Resources Canada und der Regierung Kanadas interdepartementale Programm für Energieforschung und Entwicklung (PERD) mit Projekt-ID A22.015 zur Verfügung gestellt. Yi Zhang möchte seine von Januar 2015 bis Januar 2016 Naturwissenschaften und Engineering Research Council (NSERC) von Kanada Visiting Fellowship anzuerkennen.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
ACE-Einheit (Advanced Cracking Evaluation)Kayser Technology Inc.ACE R+ 46Zusammengebaut von Zeton Inc. SN:505-46; bestehend aus (1) einem Reaktor; (2) Katalysator-Zugabe-System; (3) Futterabgabesystem; (4) System zur Sammlung von Flüssigkeiten; (5) Gassammelsystem; (6) Gasanalysesystem; (7) System zur Regeneration des Katalysators; (8) CO-Katalysator; (9) Koksanalysesystem
Reactor (ACE)Kayser Technology Inc.V-105Ein Edelstahlrohr mit einem Innendurchmesser von 1,6 cm, das einen konischen Boden hat und von unten mit einem Verdünnungsmittel (Stickstoff) versehen ist, das den Katalysator fluidisiert und am Ende des Laufs auch als Strippgas dient
Catalyst Addition System (ACE)Kayser Technology Inc.Sechs Trichter (V-120F, mit entsprechenden Ventilen) für die Zugabe von Katalysator für bis zu 6 Durchläufe
Feed Delivery System (ACE)Kayser Technology Inc.Bestehend aus Zuführflasche (V-100), Spritze (FS-115), Pumpe (P-100) und Injektor (mit 1,125 Zoll Injektorhöhe, d.h. , der Abstand vom tiefsten Punkt des konischen Reaktorbodens zum unteren Ende des Einspeisungsinjektors)
Liquid Collection System (ACE)Kayser Technology Inc.Sechs Flüssigkeitsbehälter (V-110F), die in ein gemeinsames Kühlmittelbad (Ethylenglykol/Wasser-Gemisch im Massenverhältnis 50:50) bei etwa – 15 & Grad; C in einem großen Tank (V-145)
Gassammelsystem (ACE)Kayser Technology Inc.Basierend auf dem Prinzip der Wasserverdrängung; bestehend aus einem Gassammelbehälter (V-150) mit einem motorbetriebenen Rührwerk (MTR-100) und einer Waage (WT-100) zum Wiegen des verdrängten Wassers, das in einem Becherglas (V-160) gesammelt wird.
Gasanalysesystem (ACE)Kayser Technology Inc.Zentrales Element ist der Agilent Micro GC (Modell 3000A) mit vier Kapillarsäulen, die mit entsprechenden Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (TCDs) ausgestattet sind.
Katalysator-Regenerationssystem (ACE)Kayser Technology Inc.V-105Verbrauchter Katalysator im Reaktor, der verbrannt wird in situ in Luft bei +700 ° C zur vollständigen Entfernung des auf dem Katalysator abgelagerten Kohlenstoffs
CO-Katalysator (ACE)Kayser Technology Inc.Ein Reaktor (V-140) mit CuO als Katalysator zur Oxidation von CO und Kohlenwasserstoffen im abgesaugten Rauchgas zu CO2 (zur Analyse durch einen IR-Gasanalysator) und H2O (zur Aufnahme durch einen Trockner)
Coke Analyzing System (ACE)Kayser Technology Inc.Servomex (Modell 1440C) IR-Analysator zur Messung von CO2 in abgesaugtem Rauchgas
R+MM Software SuiteKayser Technology Inc.Inklusive iFIX 3.5 
Agilent Micro GCAgilent Technologies3000AFür die Gasanalyse nach dem Cracken
Cerity Networked Data SystemAgilent TechnologiesSoftware für Agilent Micro GC
CO2 GasanalysatorServomex Inc.1440CSN: 01440C1C02/2900
NESLAB KühlbadThemo Electron CorporationRTE 740SN: 104300061
Orion  Sage SpritzenpumpeThemo Electron CorporationM362Zum Fördern von Speiseöl zum Injektorrohr
Synthetisches Rohöl (SCO)Suncor Energy Inc.Identifiziert als Suncor OSA 10-4.1
Catalyst PPetro-Canada RefineryEquilibrium catalyst
BalanceMettler ToledoAB304-SZum Wiegen von flüssigen Produktabscheidern
BalanceMettler ToledoXS8001SZum Wiegen von Wasser, das durch Gasprodukt verdrängt
Ethylen GlykolFisher Scientifc Inc.CAS 107-21-1Gemischt mit destilliertem Wasser als Kühlmittel (50 v%) )
DrieriteW.A. Hammond Drierite Co., Ltd.24001Für die Wasseraufnahme nach CO-Katalysator
KupferoxidLECO Corporation501-170Katalysator für die Umwandlung von CO in CO2
ToluolFisher Scientific Co. CAS 108-88-3Zur Reinigung von Flüssigkeitsbehältern
AcetonFisher Scientific Co. CAS 67-64-1Zur Reinigung von Flüssigkeitsbehältern
Micro GC Calibration GasAir Liquid Canada Inc.SPG-25MX0015306Mehrkomponenten-Standardgas
19,8 % CO2 StandardgasBOC Canada Ltd.24069890Zur Kalibrierung des IR-Analysators
Argon GasLinde Canada Ltd.24001306Klasse 5.0 Reinheit
HeliumgasLinde Canada Ltd.24001333Klasse 5.0
GC-ModulInficonGCMOD-15Kanal A
Gasanalysator GC-ModulInficonGCMOD-03Kanal B
Gasanalysator GC ModulInficonGCMOD-04Kanal C
Gasanalysator GC ModulInficonGCMOD-73Kanal D
HP 6890 GCHewlett-Packard Co. G1530AFür simulierte Destillation
ASTM 2887 StandardprobePAC L.P.26650.150Für die Qualitätskontrolle in der simulierten Destillation
ASTM 2887 StandardprobePAC L.P.25950.200Zur Kalibrierung in simulierter Destillation
Kolonne für GC 6890 (simulierte Destillation)Agilent TechnologiesCP756210 m x 0,53 mm x 1,2 µ m, HP 6890 GC Säule
Flüssiger StickstoffLuft Liquid Canada Inc.SPG-NIT1AC240LCFür den Einsatz in der simulierten Destillation 
StickstoffLuft Flüssigkeit Kanada Inc.Bulk (Gebäude N2)Für den Einsatz im Betrieb von ACE-Einheiten
Isotemp Programmierbarer OfenThermo Fisher Scientifc Inc.10-750-126Für die Kalzinierung von
, Crimp TopChromatograghic Specialties IncC223682C2 ml, für
Flüssigprodukt-Dichtungen, Crimp TopChromatograghic Specialties IncC221150 11mm, zur Verwendung mit GC-Fläschchen
4 oz klare Boston RundflaschenFisher Scientific Co. 02-911-784Mit PE-Kegel ausgekleideten Kappen, für den Einsatz im Zuführsystem
SieveEndecotts Ltd.6140269Aperture 38 Mikron
SiebEndecotts Ltd.6146265Blende 250 μ m
ShakerEndecotts Ltd.MIN 2737-11Minor-Meinzer 2 Siebmaschine für das Katalysatorscreening
V20 Volumetrischer KF-TitratorMettler Toledo5131025056Für die Wassergehaltsanalyse des flüssigen Produkts
Hydranal Composite 5Sigma-Aldrich34805-1L-RReagenz für Karl-Fischer-Titration
Methanol (extrem niedrige Wasserqualität)Fisher Scientific Co. A413-4Gemischt mit Toluol (40:60 w/w) für die KF-Titration: wird auch zur Rückgewinnung von Wasser in Behältern
verwendet Glass WoolFisher Scientific Co. 11-388Platziert in der Oberseite des Empfängerauslassarms 
. wird Reinheits-GasanalysatorKatalysator-GC-Fläschchen

Referenzen

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