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.
Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.
Methodenartikel
Labor Produktion von Biokraftstoffen und Biochemikalien aus Rapsöl durch Catalytic Cracking-Umwandlung
In diesem Artikel
Zusammenfassung
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.....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
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 d....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
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.......
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
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.......
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
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.
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| ACE-Einheit (Advanced Cracking Evaluation) | Kayser Technology Inc. | ACE R+ 46 | Zusammengebaut 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-105 | Ein 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-105 | Verbrauchter 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 Suite | Kayser Technology Inc. | Inklusive iFIX 3.5 | |
| Agilent Micro GC | Agilent Technologies | 3000A | Für die Gasanalyse nach dem Cracken |
| Cerity Networked Data System | Agilent Technologies | Software für Agilent Micro GC | |
| CO2 Gasanalysator | Servomex Inc. | 1440C | SN: 01440C1C02/2900 |
| NESLAB Kühlbad | Themo Electron Corporation | RTE 740 | SN: 104300061 |
| Orion Sage Spritzenpumpe | Themo Electron Corporation | M362 | Zum Fördern von Speiseöl zum Injektorrohr |
| Synthetisches Rohöl (SCO) | Suncor Energy Inc. | Identifiziert als Suncor OSA 10-4.1 | |
| Catalyst P | Petro-Canada Refinery | Equilibrium catalyst | |
| Balance | Mettler Toledo | AB304-S | Zum Wiegen von flüssigen Produktabscheidern |
| Balance | Mettler Toledo | XS8001S | Zum Wiegen von Wasser, das durch Gasprodukt verdrängt |
| Ethylen Glykol | Fisher Scientifc Inc. | CAS 107-21-1 | Gemischt mit destilliertem Wasser als Kühlmittel (50 v%) ) |
| Drierite | W.A. Hammond Drierite Co., Ltd. | 24001 | Für die Wasseraufnahme nach CO-Katalysator |
| Kupferoxid | LECO Corporation | 501-170 | Katalysator für die Umwandlung von CO in CO2 |
| Toluol | Fisher Scientific Co. | CAS 108-88-3 | Zur Reinigung von Flüssigkeitsbehältern |
| Aceton | Fisher Scientific Co. | CAS 67-64-1 | Zur Reinigung von Flüssigkeitsbehältern |
| Micro GC Calibration Gas | Air Liquid Canada Inc. | SPG-25MX0015306 | Mehrkomponenten-Standardgas |
| 19,8 % CO2 Standardgas | BOC Canada Ltd. | 24069890 | Zur Kalibrierung des IR-Analysators |
| Argon Gas | Linde Canada Ltd. | 24001306 | Klasse 5.0 Reinheit |
| Heliumgas | Linde Canada Ltd. | 24001333 | Klasse 5.0 |
| GC-Modul | Inficon | GCMOD-15 | Kanal A |
| Gasanalysator GC-Modul | Inficon | GCMOD-03 | Kanal B |
| Gasanalysator GC Modul | Inficon | GCMOD-04 | Kanal C |
| Gasanalysator GC Modul | Inficon | GCMOD-73 | Kanal D |
| HP 6890 GC | Hewlett-Packard Co. | G1530A | Für simulierte Destillation |
| ASTM 2887 Standardprobe | PAC L.P. | 26650.150 | Für die Qualitätskontrolle in der simulierten Destillation |
| ASTM 2887 Standardprobe | PAC L.P. | 25950.200 | Zur Kalibrierung in simulierter Destillation |
| Kolonne für GC 6890 (simulierte Destillation) | Agilent Technologies | CP7562 | 10 m x 0,53 mm x 1,2 µ m, HP 6890 GC Säule |
| Flüssiger Stickstoff | Luft Liquid Canada Inc. | SPG-NIT1AC240LC | Für den Einsatz in der simulierten Destillation |
| Stickstoff | Luft Flüssigkeit Kanada Inc. | Bulk (Gebäude N2) | Für den Einsatz im Betrieb von ACE-Einheiten |
| Isotemp Programmierbarer Ofen | Thermo Fisher Scientifc Inc. | 10-750-126 | Für die Kalzinierung von |
| , Crimp Top | Chromatograghic Specialties Inc | C223682C | 2 ml, für |
| Flüssigprodukt-Dichtungen, Crimp Top | Chromatograghic Specialties Inc | C221150 11 | mm, zur Verwendung mit GC-Fläschchen |
| 4 oz klare Boston Rundflaschen | Fisher Scientific Co. | 02-911-784 | Mit PE-Kegel ausgekleideten Kappen, für den Einsatz im Zuführsystem |
| Sieve | Endecotts Ltd. | 6140269 | Aperture 38 Mikron |
| Sieb | Endecotts Ltd. | 6146265 | Blende 250 μ m |
| Shaker | Endecotts Ltd. | MIN 2737-11 | Minor-Meinzer 2 Siebmaschine für das Katalysatorscreening |
| V20 Volumetrischer KF-Titrator | Mettler Toledo | 5131025056 | Für die Wassergehaltsanalyse des flüssigen Produkts |
| Hydranal Composite 5 | Sigma-Aldrich | 34805-1L-R | Reagenz für Karl-Fischer-Titration |
| Methanol (extrem niedrige Wasserqualität) | Fisher Scientific Co. | A413-4 | Gemischt mit Toluol (40:60 w/w) für die KF-Titration: wird auch zur Rückgewinnung von Wasser in Behältern |
| verwendet Glass Wool | Fisher Scientific Co. | 11-388 | Platziert in der Oberseite des Empfängerauslassarms |
Referenzen
- Bringezu, S., et al. Towards Sustainable Production and Use of Resources - Assessing Biofuels. United Nations Environment Programme. , (2009).
- Sheehan, J., Camobresco, V., Duffield, J., Graboski, M., Shapouri, H. Life cycle inventory for biodiesel and petroleum diesel for use in an urban bus. ....
Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Nachdrucke und Genehmigungen
