Name: Conversion de la biomasse pour produire des hydrocarbures combustibles liquides Via Hot-vapeur Filtré rapide Pyrolyse et catalytique hydrotraitement (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-25T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 28 s
Description: Découvrez la production de biocarburants à partir de biomasse lignocellulosique par pyrolyse rapide et hydrotraitement catalytique. Cette méthode optimise le rendement et la qualité du bio-pétrole pour les énergies renouvelables.

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Ce travail a été soutenu par le US Department of Energy (DOE) sous contrat DE-AC36-08-GO28308 au NREL et contrat DE-AC05-76RL01830 à PNNL. Les auteurs remercient le soutien du Bureau de bioénergie Technologies du DOE.

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Les auteurs déclarent qu&#39;ils ont aucun intérêt financier concurrents.

Dans cet article, nous avons décrit une procédure détaillée pour la conversion de la biomasse lignocellulosique en hydrocarbures carburant portée par pyrolyse rapide et hydrotraitement catalytique. Le système de réacteur de pyrolyse NREL avec un diamètre réacteur à lit fluidisé interne de 5 cm et le système d&#39;hydrotraitement PNNL avec un diamètre à lit fixe intérieure réacteur catalytique de 1,3 cm et de leurs procédures de fonctionnement sont décrits en détail. Ces systèmes de réacteurs peuvent être utilisés pour effectuer des tests de pyrolyse et d&#39;hydrotraitement d&#39;une manière efficace et sûre. Nous avons utilisé des charges herbacées représentatives pour produire des bio-huiles liquides dans le système de réacteur de pyrolyse, puis, les bio-huiles ont été traitées dans le système d&#39;hydrotraitement avec un lit de catalyseur à deux étages comprenant sulfurée Ru / C et CoMo / Al 2 O 3 comme catalyseurs pour produire des hydrocarbures liquides combustibles de gamme. Le procédé est également applicable à la pyrolyse d&#39;une large gamme de matières premières de la biomasse, y compris le bois, l&#39;herbe et les tiges de maïs, puis mise à niveau du produitbio-huile pour produire des biocarburants. 16 Le processus d&#39;hydrotraitement et hydrotraitement pourrait également être utilisé pour la mise à niveau d&#39; autres intermédiaires de la biomasse produite comme l&#39; huile de liquéfaction (bio-brut) à partir de la biomasse comme le bois et les algues. Maximiser le rendement de bio-huile lors de la pyrolyse nécessite un chauffage rapide de la biomasse à une température suffisante pour obtenir la volatilisation maximale de la biomasse. Pour la plupart de la biomasse, cela signifie que des températures de 500 à 600 ° C. Un lit fluidisé assure un transfert rapide de la chaleur du sable à la biomasse, fournissant une vitesse de chauffage élevée. L&#39;utilisation de petites particules fournit également une vitesse de chauffage plus élevée. Typiquement quelques pour cent un rendement plus élevé de bio-huile est obtenue avec le sol de la biomasse à &lt;0,5 mm qu&#39;avec la biomasse sol pour &lt;2 mm. Maximiser le rendement signifie également minimiser le craquage thermique des vapeurs en gardant le temps de séjour à basse température (1 à 2 secondes). vapeurs de pyrolyse contiennent des composés avec une large gamme de points d&#39;ébullition. Ainsi, l&#39;hla tuyauterie ot tend à s&#39;encrassée avec liquides, vapeurs et omble repolymerized. Afin d&#39;éviter cette condition, maintenir la température de la vis sans fin en dessous de 100 ° C et entre toutes les surfaces du réacteur et la condensation de train au-dessus de 400 ° C pour éviter l&#39;encrassement, mais inférieure à 500 ° C pour réduire au minimum le craquage thermique. Une couverture complète avec la bande de chaleur est nécessaire pour éviter les zones froides et de fournir une température uniforme. isolation pads Cousu avec fermetures sur eux fournissent généralement une couverture plus uniforme, ce qui conduit à la température plus uniforme. Il est important que la température chute rapidement dans le premier condenseur afin de minimiser la possibilité de repolymérisation des matériaux à haute point d&#39;ébullition, ce qui pourrait conduire à un blocage de l&#39;entrée du condenseur. Il est également nécessaire d&#39;utiliser de la glace sèche dans le deuxième condenseur pour maximiser la récupération de liquide et d&#39;éviter d&#39;endommager les instruments de mesure de gaz et d&#39;analyse. Certaines fonctionnalités améliorées ne sont pas mentionnés dans la procédure rapide de base de pyrolyse. jet est utile d&#39;avoir une jauge de pression ou de l&#39;émetteur à proximité de l&#39;entrée du réacteur. En outre, il est utile de mesurer la pression différentielle à travers le réacteur et le cyclone et pour mesurer la pression finale et la température au niveau du compteur d&#39;essai à sec (pour permettre le calcul du volume précis). Il est également utile d&#39;avoir des thermocouples supplémentaires dans le lit de pyrolyse pour vérifier que le lit est fluidification assez uniforme pour fournir des températures uniformes. En règle générale, &lt;5 ° C propagation est vu verticalement à travers le lit. Il est également utile d&#39;avoir des boucles imbriquées régulation de la température dans le réacteur. Lorsqu&#39;une plus grande quantité d&#39;huile est nécessaire, il est utile d&#39;installer une vanne sur le fond du récepteur de carbonisation et de monter un récepteur de carbonisation secondaire inférieur à celui qui, à son tour, comporte une soupape en bas avec un récipient monté de façon lâche à elle. Ceci permet de vider le récepteur de carbonisation dans le récepteur secondaire et finalement vers le bas dans le récipient de sorte que le fonctionnement continu peut être maintenue pendant plusieurs heures. Vibration de l&#39;aideful à l&#39;opération. martèlement manuelle des tuyaux peut être utilisé, mais un vibrateur automatique assure une agitation plus fiable. Ceux-ci peuvent être utilisés en continu sur la trémie et la vis de blocage port pour maintenir un écoulement régulier d&#39;alimentation à travers le dispositif d&#39;alimentation. Aussi, en utilisant un vibrateur automatique sur le récepteur char secondaire pendant l&#39;omble vidange rend cette opération beaucoup plus fiable. filtration à chaud vapeur améliore la fissuration et réduit le rendement de bio-huile comme indiqué ci-dessus. Maintenir la température du filtre passe-bas, mais toujours supérieure à la température de condensation (&gt; 400 ° C) minimise la fissuration. Une surface inerte sur le filtre peut également réduire la fissuration. La surface filtrante doit être importante pour réduire la chute de pression. La principale limite du processus de pyrolyse rapide est que la bio-huile produite a des propriétés problématiques majeures telles que viscosité élevée, la corrosivité, la mauvaise volatilité, faible valeur de chauffage, et de l&#39;instabilité chimique, ce qui limite leur utilisation directe et provoque des problèmes durtion de leur mise à niveau. 6,7,8,9 Une variante de pyrolyse rapide, la pyrolyse catalytique rapide, dans lequel la pyrolyse rapide est intégré à un procédé de catalyse pour mettre à niveau la vapeur de pyrolyse, et hydropyrolyse, dans lequel la pyrolyse rapide effectuée en présence de gaz réactifs tels que H 2, peut conduire à une meilleure qualité bio-huile, mais souffrent la complexité opérationnelle plus élevée et faible rendement du produit. 4,8 Deux étapes d&#39;hydrotraitement catalytique a montré de bons résultats de traitement pour la conversion de bio-huile pour alimenter de gamme des hydrocarbures. Bio-huiles sont connues pour être chimiquement instable en raison de la présence d&#39;espèces actives, telles que des composés carbonyle et phénoliques qui peuvent subir repolymérisation et de condensation à basse température, ce qui conduit à une forte propension à former des matières carbonées et une désactivation du catalyseur en conséquence, et même le bouchage des lit de catalyseur. Par conséquent, la première étape d&#39;hydrogénation de l&#39;étape est critique pour le procédé, et a été utilisé pour stabiliser bio-huile par hydrogénation de composés carbonylés et des composés phénoliques à une température relativement basse en utilisant un catalyseur d&#39;hydrogénation approprié. La performance du catalyseur d&#39;hydrogénation est la clé de la stabilité à long terme et de fonctionnement du processus. élimination de l&#39;oxygène par hydrodésoxygénation est produite lors de la deuxième étape par un catalyseur d&#39;hydrotraitement à base de sulfure. Le rendement et les propriétés du produit huileux final obtenu dépendait des catalyseurs et des conditions utilisées dans la deuxième étape. Maximiser le rendement en carburants liquides finaux pourrait être obtenue en utilisant des catalyseurs capables de produire des liaisons CC, telles que la fonction d&#39;alkylation, ainsi que les paramètres de réaction optimisées, notamment la température réactionnelle, la pression et la vitesse spatiale. La principale limite du processus d&#39;hydrotraitement est que, en raison de certaines propriétés problématiques dans la bio-huile tels que l&#39; instabilité chimique et la présence de contaminants 17, la durée de vie des catalyseurs d&#39;hydrotraitement, en particulier les premiers catalyseurs étape d&#39;hydrogénation, sont encore limitered, ce qui rend l&#39;ensemble du processus coûteux. Maximiser la durée de vie des catalyseurs utilisés pourraient être obtenus en utilisant des catalyseurs plus robustes; les paramètres de réaction optimisées, notamment la température réactionnelle, la pression et la vitesse spatiale; ou pré-traitement pour abaisser la teneur en espèces actives ou des contaminants dans les aliments bio-huile. L&#39;hydrotraitement a été exploité à des pressions et des températures élevées du réacteur avec des gaz inflammables et des liquides impliqués. Par conséquent, les règles et les procédures de sécurité doivent être strictement respectées.

Notre société dépend fortement des combustibles fossiles (par exemple, le pétrole, le gaz naturel, charbon, etc.). Ces ressources sont des sources d&#39;énergie non durables et sont épuisés à un rythme de plus en plus rapidement, ce qui conduit à des préoccupations en ce qui concerne la diminution des ressources de combustibles fossiles, les conséquences environnementales des émissions de CO 2, et les problèmes économiques. 1,2,3,4 Il y a une demande croissante pour les sources d&#39;énergie alternatives et durables. La biomasse est la seule ressource renouvelable et neutre en carbone pour la production de combustibles liquides (biocarburants) et de produits chimiques à base de carbone pour remplacer les combustibles fossiles dans le système de production d&#39;énergie et de conversion de courant. 3,4 La biomasse lignocellulosique (par exemple, bois, herbe, cultures énergétiques, déchets agricoles, etc.), qui est actuellement la source de la biomasse la plus abondante et la moins coûteuse, a attiré le plus d&#39; attention comme un moyen de produire des biocarburants par différentes voies thermochimiques et biologiques. <sup&gt; 3,4 Trois principales voies ont fait l&#39;objet des recherches récentes: 1) conversion biochimique ou chimique en sucres suivie par phase aqueuse de traitement catalytique et biochimique des biocarburants; 2) la gazéification en gaz de synthèse suivie d&#39;une conversion catalytique pour les biocarburants ou des alcools; et 3) la pyrolyse ou la liquéfaction aux bio-huiles liquides suivies par la mise à niveau catalytique pour les biocarburants. 3,4 La première voie ne peut utiliser la partie de la cellulose et de l&#39;hémicellulose de la biomasse lignocellulosique. Pyrolyse intégré à la mise à niveau est considéré comme une technologie viable à court terme pour la production directe de biocarburants. La pyrolyse est la décomposition thermique de la biomasse lignocellulosique à des températures comprises entre 400 et 550 ° C en l&#39;absence d&#39;oxygène. 4,5,6 Un certain nombre de réactions, telles que la dépolymérisation, la déshydratation et la liaison C-C clivage se produit lors de la pyrolyse et de conduire à la formation d&#39;un mélange complexe of plus de 200 composés oxygénés. Bio-4,5,6 huiles avec des rendements élevés (jusqu&#39;à 75% en poids de l&#39; aliment sec) peut être produite avec jusqu&#39;à 70% de l&#39;énergie stockée dans les charges d&#39; alimentation de biomasse retenues. 4,5 Cependant, l&#39; utilisation directe de la pyrolyse bio-huile produite comme carburants de transport dans l&#39; équipement standard est problématique en raison de la forte teneur en oxygène et de l&#39; eau, qui conduisent à des propriétés physiques et chimiques telles que la haute viscosité, la corrosivité, la mauvaise volatilité faible la valeur de chauffage, et une mauvaise stabilité. 6,7,8,9 Par conséquent, une vaste élimination de l&#39; oxygène est nécessaire pour améliorer la bio-huiles pour alimenter de gamme des hydrocarbures. hydrotraitement catalytique en utilisant des catalyseurs solides dans l&#39;hydrogène est la voie la plus commune pour mettre à niveau bio-huile par élimination d&#39;oxygène à travers hydrodésoxygénation et d&#39;hydrogénation des réactions. 6,7,8,9 À l&#39;heure actuelle, l&#39;un des principaux défis pour la pyrolyse suivie d&#39;hydrotraitement est de parvenir à un fonctionnement stable à long terme, en particulier pour lesProcédé d&#39;hydrotraitement, dans lequel l&#39;instabilité thermique de la bio-huile et des résidus inorganiques et de soufre dans la bio-huile provoque la désactivation du catalyseur important. 10,11 L&#39;instabilité thermique de la bio-huile a été traitée par hydrogénation à basse température pour stabiliser les espèces actives en bio-huile. 11,12 Nettoyage de bio-huile en enlevant les résidus inorganiques, ce qui pourrait catalyser repolymérisation des fractions bio-huile et désactiver les catalyseurs d&#39;hydrotraitement par dépôt, peut être utile. la filtration à chaud, la vapeur est l&#39;une des techniques permettant de réduire efficacement la teneur en minéraux de bio-huile en éliminant les particules carbonisation lors de la pyrolyse. 13,14,15 Hot-vapeur filtration est utilisé en aval du réacteur de pyrolyse pour séparer les amendes omble du gaz / courant de vapeur de pyrolyse à haute température avant la condensation des vapeurs. 13,14,15 Nous rapportons ici le protocole utilisé au National Renewable Energy Laboratory (NREL) pour la biomasse pyrol rapideyse avec et sans filtration à chaud à la vapeur pour produire des bio-huiles en utilisant un réacteur à lit fluidisé et au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) pour hydrotraitement bio-huile pour produire des biocarburants dans un lit tassé réacteur catalytique à flux continu. Les configurations des systèmes de réacteurs, les procédures de fonctionnement, ainsi que le traitement et l&#39;analyse des matières premières, les bio-huiles, et les biocarburants sont décrits en détail. Résultats du traitement de pyrolyse d&#39;une charge de biomasse représentative avec ou sans vapeur-filtrage chaud et hydrotraitement de la bio-huile produite sont également présentées ainsi qu&#39;une évaluation de l&#39;impact de filtration à chaud à la vapeur.

<table><tbody><tr><td>Système de pyrolyse</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Feedstock</td><td></td><td></td><td>Broyeur à passer Tamis de 2 mm</td></tr><tr><td>Sable pour le matériau du lit</td><td></td> Crible Black Rock <td></td><td>jusqu’à 300-500 microns</td></tr><tr><td>Four</td><td>Thermcraft</td><td>TSP-3.75-0-24-3C-J13667/1A</td><td>Four à tube fendu 3.75 ID X 24 L</td></tr><tr><td>Réacteur de pyrolyse</td><td>Construit sur mesure au NREL</td><td></td><td>2 » de diamètre, hauteur 17 », distributeur à double plaque décalée, 316SS, le port de la tarière est à 2,5 cm au-dessus du distributeur et est refroidi à l’air ou à l’eau, il y a un tube enroulé 1/4 » 304 SS sous le distributeur pour préchauffer le gaz</td></tr><tr><td>Cyclone</td><td>Construit sur mesure au NREL</td><td></td> Récepteur cyclone de <td>1 » de diamètre</td></tr><tr><td></td><td>Construit sur mesure au NREL</td><td></td><td>Capacité de 1 L</td></tr><tr><td>Récepteur secondaire Cyclone</td><td>Construit sur mesure au NREL</td><td></td><td>Capacité de 1 L</td></tr><tr><td>Filtre à vapeur chaude</td><td>Serv-A-Pure</td><td>SC2-0P10B34-X</td><td>316SS, 10 pouces de long, 2,0 microns</td></tr><tr><td></td><td></td> 2<td>cols à fond rond</td><td>500 ml</td></tr><tr><td>Précipitateur électrostatique</td><td>Allen Scientific Glassware, électrodes construites par le NREL Électrode</td><td>de terre de</td><td>2 » de diamètre 10 » de long, verre fermé, robinet d’arrêt sur le fond</td></tr><tr><td>Alimentation haute tension Spellman</td><td>High Voltage</td><td>Bertan 803C-300P</td><td>30 kV max, 0,5 mA</td></tr><tr><td>Condenseur à doigts froids</td><td>Aldrich</td><td>Z164038</td><td></td></tr><tr><td>Filtre coalescent</td><td>Finite</td><td>10C15-060</td><td></td></tr><tr><td>Compteur d’essai sec</td><td>Compteur américain</td><td>DTM-200A</td><td>avec compteur IMAC</td></tr><tr><td>Chromatographe en phase gazeuse</td><td>Varian</td><td>CP-4900</td><td>MS5A, PBQ, CP-Sil</td></tr><tr><td>Colonnes Détecteur d’hydrogène</td><td>Gerhard Wagner</td><td>TCM-4</td><td>Détecteur de conductivité thermique</td></tr><tr><td>Spectromètre infrarouge non dispersif</td> California <td>Analytical</td><td>Model 300</td><td>Monoxyde de carbone 0-5 %, 0-25 %, dioxyde de carbone 0-5 %, 0-20 %, méthane 0-5 000 ppmv, 0-3</td></tr><tr><td> % Régulateur de débit massique</td><td>Celerity (maintenant Tylan)</td><td>Unité 7301</td><td>0-20 SLM fond de réacteur, 0-10 tarière SLM, 0-2 purges slm, 0-5 slm air</td></tr><tr><td>Auger</td><td>Spécialistes de la fabrication de tarière</td><td>110520</td><td>3/8 » Dia SS RH Auger 18 »</td></tr> <tr><td>Moteur pour tarière</td><td>Leeson</td><td></td><td>Motoréducteur à arbre parallèle, 94 tr/min, 1/15 HP, TEFC, 115 VAC</td></tr><tr><td>Système d’alimentation : Moteur pour trémie</td><td>Lenze</td><td>VDE0530</td><td>7KB4-7-100H Moteur Ac Boîte de vitesses hélicoïdale 3PH 0,25 kW 1,4/0,82 A</td></tr><tr><td>Système d’alimentation : Trémie et perte de poids Alimentateur</td><td>K-TRON Soder</td><td>KCL24T20</td><td>avec contrôleur K10S</td></tr><tr><td>Système d’alimentation : Vannes</td><td>Swagelok</td><td>SS-65TS16</td><td>151 bar à 37 &deg ; C et 6,8 bar à 232 &deg ; C</td></tr><tr><td>Système de contrôle</td><td>Pièces</td><td></td><td>Opto22 SNAP-PAC</td></tr><tr><td>Câbles chauffants</td><td>McMaster-Carr</td><td>4550T152 et similaires</td><td>Températures extrêmes (1 400 &deg ; F), isolation lourde pour une utilisation sur</td></tr><tr><td>vibrateur à bille</td> métallique <td>Vibtec</td><td>K 8</td><td></td></tr><tr><td>U-tube</td><td>Construit sur mesure en NREL</td><td></td><td>1/4" PFA et tube en acier inoxydable, 1,4 m de haut</td></tr><tr><td><fort>Système d’hydrotraitement</fort></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ru sur catalyseur en carbone</td><td>Fabriqué à PNNL</td><td></td><td>7,6 % en poids Ru sur carbone</td></tr><tr><td>3 % Co et 9 % Mo sur Al2O3</td><td>Catalyseur Alfa-Aesar</td><td>45579</td><td>Oxyde de cobalt, généralement 3,4-4,5 %, Oxyde de molybdène généralement 11,5-14,5 % sur alumine</td></tr><tr><td>Pompes d’alimentation</td><td>ISCO</td><td>500D</td><td>Pompe à seringue, capacité de bouteille de 500 ml</td></tr><tr><td>Régulateur de débit massique</td><td>Brooks</td><td>SLA5850S1BAF4B1A1</td><td></td></tr><tr><td>Temperatrue controller</td><td>Cole-Parmer</td><td>WU-89000-10</td><td>Contrôleur de température avancé Digi-Sense, thermocouples 115 V</td></tr><tr><td></td><td>Thermocouples de type Omega</td><td></td><td></td> K</tr><tr><td>Transducteur de pression</td><td>Omega</td><td>PX309-3KG5V</td><td></td></tr><tr><td>Bandes chauffantes</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-03106-27</td><td>Bande chauffante à deux éléments, 1/2 po x 12 pi, 936 watts, 120 VAC avec prise à 2 broches</td></tr><tr><td>Manomètre numérique</td><td>Omega</td><td>DPG4000-3K</td><td>Manomètre numérique de haute précision, avec capacité d’enregistrement des données</td></tr><tr><td>Régulateur</td><td>de contre-pression Mity-Mite</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Débitmètre de gaz</td><td>Mesa Labs</td><td>200-220L</td><td>Dry Cal, Definer 220 Low Flow&nbsp ;</td></tr><tr><td>Réacteur d’hydrotraitement, croix, té, raccords</td><td>Parker, Autoclave</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Capteur de gaz combustible</td><td>SMC</td><td>5100-02-IT-S1-01-00-0-0</td><td>Capteur de détection de gaz combustible, puissance 24 VDC, sortie analogique 4-20 MADC avec modbus, pas de relais</td></tr><tr><td>Capteur H2S</td><td>SMC</td><td>5100-05-IT-S1-01-00-0-0</td><td>H2S module de capteur de gaz toxique, puissance 24 VDC, Sortie analogique 4-20 MADC avec modbus, sans relais</td></tr><tr><td>Capteur de ventilation</td><td>TSI</td><td>FHM10</td><td>Moniteur de hotte FHM10</td></tr><tr><td>Chromatographe micro-gaz</td><td></td><td>Inficon Inficon 3000</td><td>Micro-GC à quatre canaux avec tamis moléculaire, colonnes Plot U, Alumina et Stabilwax</td></tr><tr><td>Système de surveillance et de contrôle basé sur Lab-view</td><td>Fabriqué sur mesure chez PNNL</td><td></td> À <td>l’aide de pièces National Instruments et du logiciel Labview</td></tr></tbody></table>

conversion de la biomasse pour produire des hydrocarbures combustibles liquides via hot-vapeur filtré rapide pyrolyse et catalytique hydrotraitement

Biomass Conversion to Produce Hydrocarbon Liquid Fuel Via Hot-vapor Filtered Fast Pyrolysis and Catalytic Hydrotreating

La conversion de la biomasse lignocellulosique pour produire des biocarburants a fait l’objet d’une attention considérable en raison de la recherche d’un remplacement des combustibles fossiles. Parmi les diverses voies thermochimiques et biochimiques, la pyrolyse rapide suivie d’un hydrotraitement catalytique est considérée comme une opportunité prometteuse à court terme. Cet article rend compte des méthodes expérimentales utilisées 1) au National Renewable Energy Laboratory (NREL) pour la pyrolyse rapide de la biomasse lignocellulosique afin de produire des bio-huiles dans un réacteur à lit fluidisé et 2) au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) pour l’hydrotraitement catalytique des bio-huiles dans un réacteur catalytique à flux continu à deux étages, à lit fixe. La configuration des systèmes de réacteur, les procédures d’exploitation, ainsi que le traitement et l’analyse des matières premières, des biohuiles et des biocarburants sont décrits en détail dans ce document. Nous démontrons également la filtration à vapeur chaude pendant la pyrolyse rapide pour éliminer les fines particules de charbon et les contaminants inorganiques de la bio-huile. Les résultats représentatifs ont montré une conversion réussie des matières premières de biomasse en biocarburants à base d’hydrocarbures et, en particulier, l’effet de la filtration à vapeur chaude sur la production et la valorisation des biohuiles. Les protocoles fournis dans ce rapport pourraient aider à générer des données rigoureuses et fiables pour la recherche sur la pyrolyse de la biomasse et l’hydrotraitement de la biohuile.

La pyrolyse rapide de la biomasse herbacée représentant, switchgrass, avec ou sans filtration à chaud-vapeur et le hydrotraitement catalytique du produit bio-huile sont utilisés comme un exemple pour le processus rapporté ici. Plus de détails de ces expériences peuvent être décrites en détail dans notre publication récente. 15 Hot-vapeur filtrée pyrolyse rapide Le tableau 1 montre la bio-huile, char, et les rendements de gaz produits avec et sans le filtre à chaud de vapeur pour une charge herbacée typique. Pour l'expérience témoin sans filtration à chaud, la vapeur, les vapeurs passent bien que le boîtier de filtre mais le filtre n'a pas été installé. Cette gardé le temps de séjour dans les deux expériences de la même sorte que toute différence est due au seul filtre. Les rendements biohuile étaient de 52% à 56%, ce qui indique une conversion réussie de la majeure partie de la biomasse liquide intermediaLes huiles Te. Une photo d'un échantillon représentatif de bio-huile est représenté sur la figure 4. Les fermetures du bilan massique était de 86% à 90%. vapeurs légères qui ne sont pas correctement collectées dans le train de condensation ont été une source de perte de masse. Les huiles de pyrolyse contiennent plusieurs composés à faible point d'ébullition, tels que (point d'ébullition de 20,2 ° C) hydroxyacétaldéhyde, qui sont difficiles à condenser. Ajout d'un second piège à glace sèche permettra d'améliorer la récupération des composés condensables légers. Exécution d'expériences avec des taux d'alimentation de la biomasse plus élevés que rapporté ici permettra d'améliorer la récupération des vapeurs légères en augmentant la concentration de vapeur avant la condensation. La fuite de composés condensables légers peut être vérifiée par chromatographie en masse analyse par spectroscopie de gaz du gaz de sortie. Les bilans de masse ont été relativement faibles pour la charge d'alimentation herbacée, probablement en raison d'échapper à l'omble de lumière, qui a été produit à partir du panic en quantités relativement importantes. Les réactions de craquage se produisent au niveau du filtre de manière àclusion du filtre à chaud vapeur réduit les rendements en huile et a augmenté les rendements de gaz. Le tableau 2 et les figures 5 et 6 montrent les résultats d'analyse des matières premières herbacée et les bio-huiles produites. le filtrage de la vapeur à chaud réduit le résidu de cendres dans le bio-huile de 1,45% en dessous de la limite de détection. Divers composés inorganiques tels que l'aluminium, le calcium, le fer, le potassium, le magnésium, le sodium, le phosphore et le silicium, on a observé dans les bio-huile, et ils proviennent principalement de la charge d'alimentation de biomasse. filtrage Hot-vapeur a diminué de manière significative le contenu inorganique dans la bio-huile, ce qui indique que le filtrage à chaud vapeur était un protocole puissant pour réduire efficacement la teneur en oligo-élément dans les bio-huiles en enlevant char et cendres particules. le filtrage à chaud, la vapeur a également diminué la teneur en carbone et une augmentation de la teneur en oxygène dans les huiles biologiques. matières premières ligneuses ont des teneurs en cendres faible par rapport àmatières premières herbacées et des réductions plus faibles dans les cendres bio-huile et des contenus inorganiques sont observés. 15 Hydrotraitement catalytique de bio-huile Les résultats analytiques de la bio-huile produit étaient en accord avec le fait que les bio-huiles produites à partir d'un tel procédé ne sont pas d'une qualité suffisante pour une utilisation directe dans des moteurs à combustion interne. Par conséquent, l'amélioration de la bio-huile est nécessaire. Les deux échantillons biohuile ont été améliorés par hydrotraitement catalytique dans le système d'hydrotraitement dans les conditions décrites ci-dessus. Huiles biologiques sont connus pour colmater les réacteurs d'hydrotraitement que les caractères ou les produits de polymérisation des espèces actives dans le bio-huiles s'accumuler dans le lit de catalyseur. Par conséquent, la chute de pression à travers les lits de catalyseur au cours des essais d'hydrotraitement est un indicateur important d'accumulation de caractères ou de produits de polymérisation. Le b chaud vapeur filtréeio-huile réalisée presque parfaitement pendant 60 heures TOS dans le test d'hydrotraitement. Cependant, la bio-huile non filtrée avait ~ 5% en poids de matières solides non dissoutes, qui se sont séparés dans la pompe et non traités. Même avec ces solides non traités, il y avait encore une accumulation de chute de pression après 50 heures TOS, probablement à cause des résidus solides dans la bio-huile non filtrée colmatage du lit de catalyseur emballé. Les tableaux 3 et 4 et les figures 5 et 7 liste le rendement des produits pour hydrotraitement bio-huile à différents mélanger. Phase séparée des produits liquides, comprenant une phase de mise à niveau d'huile et une phase aqueuse, et les produits gazeux, y compris le CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, C 4 H 10, CO et CO 2, ont été produites. La figure 4 montre une photo d'un échantillon d'huile de réparatrices amélioré. tableau 5montre les résultats d'analyse d'huile améliorée et la figure 5 compare les résultats d'analyse élémentaire de la bio-huile et l'huile mis à niveau. L'hydrotraitement a été très efficace pour réduire l'oxygène, le soufre et l'azote et de l'hydrogène de manière significative l'addition de la charge bio-huile. La teneur en oxygène dans l'huile est mis à jour ~2.0% en poids, ce qui est nettement inférieur à 35 à 40% d'oxygène dans l'alimentation de bio-huile. Le rapport hydrogène-carbone de l'huile est améliorée ~1.7, comparativement à environ 1,3 pour l'alimentation de bio-huile. La tendance de la densité de l'huile mis à jour, qui a augmenté de 0,81 à 0,83 g / ml pendant la période de l'essai, suggère une désactivation légère de catalyseur au cours des 60 TOS heure. Comme on le voit sur la figure 7, la comparaison des produits hydrotraités entre la vapeur à chaud , filtrée et bio-huile non filtrée à chaud ont montré que la vapeur filtrée biohuile conduit à un rapport légèrement supérieur à l' eau à l' huile améliorée, ce qui est consistent avec la teneur en oxygène plus élevée dans l'alimentation de bio-huile chaude à la vapeur filtrée. Les propriétés de l'huile mis à niveau pour les deux bio-huiles étaient très semblables. La différence majeure entre le hydrotraitement de hot-vapeur filtrée et non filtrée bio-huile est que les lits de catalyseurs utilisés de hot-vapeur filtrée bio-huile ont montré beaucoup moins le dépôt de matières minérales par rapport aux lits de catalyseurs utilisés avec non-filtré bio-huiles. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig1.jpg"> Figure 1. Représentation schématique du système de réacteur de pyrolyse à lit fluidisé de 5 cm. Un filtre à chaud, la vapeur, un système de condensation, et un système de mesure de gaz. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig1large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig2.jpg"> r /&gt; Figure 2. Représentation schématique du système de mini-réacteur d' hydrotraitement. (MFC: régulateur de débit massique; RD: disque de rupture; PT: capteur de pression; PI: indicateur de pression (manométrique); BPR: régulateur de pression; PR: régulateur de pression) <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig2large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig3.jpg"> La Figure 3. Représentation schématique du lit de catalyseur dans le réacteur d'hydrotraitement mini. Le profil de température du lit de catalyseur est représenté sur la gauche et la position des catalyseurs de chaque étape est représentée sur la droite. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig3large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> s / ftp_upload / 54088 / 54088fig4.jpg "/&gt; Figure 4. Photos d'un représentant des échantillons bio-huile ( à gauche) et un échantillon d'huile amélioré représentant ( à droite). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig4large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig5.jpg"> Figure 5. Comparaison des résultats d'analyse élémentaire de la charge herbacée (switchgrass), la bio-huile produite avec filtration à chaud à la vapeur, et l'huile mis à niveau. Carbone, l'hydrogène et la teneur en oxygène n'a pas beaucoup changé après la pyrolyse rapide de la biomasse, cependant, la teneur en oxygène a diminué de manière significative et la teneur en hydrogène a augmenté après hydrotraitement bio-huile. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig5large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> &lt;p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"&gt; <img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig6.jpg"> Figure 6. Comparaison du rendement en huile, l' efficacité de carbone, et quelques propriétés de bio-huile de hot-vapeur filtrée et pyrolyse non-filtré. Ceci démontre l'effet de la filtration des gaz chauds de pyrolyse des vapeurs avant la condensation. filtration de gaz chaud élimine les résidus inorganiques, mais elle affecte aussi le rendement de pyrolyse d'huile [3-LM] et les propriétés du pétrole tels que la teneur en oxygène de l'huile. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig6large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig7.jpg"> Figure 7. Comparaison des résultats d'hydrotraitement de bio-huiles de hot-vapeur filtrée et pyrolyse non-filtré. Hot-vapeur filtrée bio-huile conduit à une eau-to légèrement plus élevé carburant et les propriétés du carburant mis à niveau pour les deux bio-huiles sont très similaires. La différence majeure entre les deux hydrotraitement des huiles de pyrolyse est que le lit de catalyseur de vapeur à chaud, filtrée bio-huile montrait beaucoup moins le dépôt de minéraux. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig7large.jpg" target="_blank">S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <img alt="Tableau 1" src="/files/ftp_upload/54088/54088table1.jpg"> Tableau 1. Les rendements des principaux produits de pyrolyse (bio-huile, l' omble et de gaz) et la fermeture du bilan de masse pour la pyrolyse d'une charge herbacée (switchgrass) avec et sans filtration à chaud-vapeur. <img alt="Tableau 2" src="/files/ftp_upload/54088/54088table2.jpg"> Tableau 2. Analyse de la charge représentative herbacée (switchgrass) et la bio-huile produite avec et sans filtration à chaud-vapeur. 088table3.jpg "/&gt; Tableau 3. Rendement des principaux produits d'hydrotraitement à l'autre pour les TOS hot-vapeur filtrée et bio-huile représentant non-filtré. <img alt="tableau 4" src="/files/ftp_upload/54088/54088table4.jpg"> Tableau 4. Produit composition du gaz pendant la hydrotraitement de bio-huiles représentatives. <img alt="tableau 5" src="/files/ftp_upload/54088/54088table5.jpg"> Tableau 5. Analyse des produits pétroliers mis à niveau de l'hydrotraitement des bio-huiles représentatives.

Méthodes expérimentales de pyrolyse rapide de la biomasse lignocellulosique pour produire des bio-huiles et pour l&#39;hydrotraitement catalytique de bio-huiles pour produire des hydrocarbures de la gamme de carburant sont présentés. filtration à chaud la vapeur lors de la pyrolyse rapide pour éliminer les particules fines de carbonisation et de contaminants inorganiques de bio-huile a également été évaluée.

Conversion de la biomasse pour produire des hydrocarbures combustibles liquides Via Hot-vapeur Filtré rapide Pyrolyse et catalytique hydrotraitement

Lignocellulosic biomass conversion to produce biofuels has received significant attention because of the quest for a replacement for fossil fuels. Among ...

L'objectif général de ce procédé est de démontrer la production de carburants hydrocarbonés à partir de biomasse lignocellulosique selon un processus en deux étapes comprenant une pyrolyse rapide suivie d'un hydrotraitement. Cette méthode permet de répondre à des questions clés dans le domaine des biocarburants, telles que l'impact de la matière première et des conditions opératoires sur la qualité et le rendement de l'huile de pyrolyse et du produit hydrocarboné. Le principal avantage de cette technique réside dans sa capacité à produire de l'huile dans des réacteurs pertinents sur le plan industriel et en quantités suffisantes pour évaluer l'ensemble du procédé intégré.Les problèmes généraux liés aux opérations de pyrolyse sont : l'alimentation fiable de la biomasse, l'empêchement que les vapeurs condensées obstruent les lignes de transfert chauffées à l'entrée du condenseur, et l'obtention d'une condensation complète. L'obstruction du catalyseur pendant l'hydrotraitement, due à l'instabilité des produits, est contrecarrée par l'huile, simplement en utilisant un procédé en deux étapes incluant une étape de stabilisation. Kellene Orton, du Laboratoire national sur les énergies renouvelables, démontrera la procédure de pyrolyse.Le réacteur de pyrolyse utilisé est un réacteur à lit fluidisé bullant, construit en laboratoire, de 5,0 centimètres de diamètre intérieur, équipé d'un système de condensation en verre. Assemblez le réacteur de pyrolyse, le cyclone muni du réceptacle à goudron et le filtre chaud comme décrit dans le protocole textuel. Pour le premier condenseur, utilisez un manchon en graphite dans un raccord à compression afin de relier le tube en acier inoxydable à un tube en verre borosilicaté soudé à une embase de type standard.Éviter de serrer excessivement. Appliquer un graisse au silicone ou un manchon en téflon sur l'embout conique normalisé. Relier le premier condenseur à un ballon à deux cols placé dans un récipient qui servira de bain de glace.Reliez les récipients en aval de ce point à l’aide de tuyaux en vinyle transparent de 9 à 12 millimètres. Fixez les tuyaux à l’aide de colliers sur les raccords en verre, les joints sphériques et les embouts filetés du matériel en verre. Connectez la sortie du premier flacon du condenseur à l’entrée du précipiteur électrostatique, ou ESP.Relier la sortie de l'ESP à la connexion supérieure du condenseur à doigt froid. Ensuite, relier un tube en U de décharge de pression à la conduite située entre l'ESP et le condenseur à doigt froid. Remplir le tube en U à moitié avec de l'eau.Ensuite, reliez le récepteur à un ballon à deux cols de 500 millilitres placé dans un récipient qui servira de bain à la glace carbonique. Fixez un piège à froid au ballon. Connectez la sortie du piège à l'entrée du boîtier du filtre coalescent.Placer un récipient contenant de la glace sèche autour de la base du boîtier du filtre. Verser 200 millilitres de sable dans le réacteur. Ensuite, verser deux kilogrammes de biomasse broyée dans le trémie d'alimentation.Effectuez la vérification d'étanchéité, chauffez le réacteur et préparez-vous à le faire fonctionner comme décrit dans le protocole écrit. Enfin, ajoutez de la glace et de la glace sèche dans la chaîne de condenseurs. Pour commencer l'expérience de pyrolyse, allumez les longues vannes en cuivre et la vis sans fin.Activer les vibreurs du système d'alimentation. Activer le FPE. Régler la tension à 5-10 kilovolts, selon les besoins, afin d'observer un arc au moins une fois toutes les deux secondes.Activer l'alimentateur à faible débit. S'assurer que la biomasse est alimentée. Observer la température du lit et augmenter le point de consigne selon les besoins afin de compenser l'augmentation de la charge thermique.Lorsque la température s'est rétablie à moins de deux degrés Celsius du point de consigne, augmentez le débit d'alimentation de 100 grammes par heure. Répétez le processus jusqu'à atteindre le débit d'alimentation souhaité. Toutes les 15 minutes, enregistrez la température du lit, le débit d'alimentation, le débit du débitmètre sec et les pressions du système.Vérifiez que l'ESP continue de produire correctement des arcs électriques. Réagissez aux changements selon les besoins, rechargez la glace et la glace sèche, videz l'ESP dans un bocal de collecte du produit selon les besoins. Arrêtez l'alimentation une fois qu'une quantité suffisante de biomasse a été introduite pour obtenir une bonne fermeture du bilan de masse.Évitez de trop remplir le récepteur de goudron ou les récepteurs du condenseur. Pesez toutes les parties du système de condensation pour obtenir le rendement total en liquide. Versez les liquides provenant des récepteurs du condenseur dans un bocal ou une bouteille commune.Après avoir refroidi le système à moins de 50 degrés Celsius, recueillez le goudron du récepteur et du filtre chaud. Retirez et pesez le matériau du lit à l’aide d’un vide HEPA équipé d’un récipient séparateur. Oxydez le système et calculez les rendements comme décrit dans le protocole textuel.Analyser l’huile de pyrolyse comme décrit dans le protocole textuel. Le système d’hydrotraitement utilisé est un réacteur en flux continu à lit fixe, construit en laboratoire, de 1,3 centimètre de diamètre intérieur, comprenant un dispositif d’alimentation en gaz et en liquide, ainsi qu’un dispositif de séparation des produits gazeux et liquides. Pulvériser les deux catalyseurs, utiliser du ruthénium supporté sur carbone comme catalyseur de première étape pour la stabilisation de l’huile de pyrolyse, et du molybdène cobalt supporté sur alumine comme catalyseur de deuxième étape pour l’hydrodésygenation de l’huile de pyrolyse.Filtrer pour conserver les grains de 0,25 à 0,60 millimètre. Utiliser des tubes et des tamis en acier inoxydable comme milieu de support pour les lits de catalyseur. Verser lentement et successivement les grains de catalyseur de l'étape deux, les grains de catalyseur de l'étape un et les extrudés de catalyseur d'origine de l'étape un dans le réacteur, tout en tapotant l'extérieur du réacteur afin de former des lits de catalyseur compactés.Chargez 32 millilitres de chaque catalyseur afin de former un lit catalytique à deux étages, avec 24 millilitres de chaque catalyseur situés dans la zone isotherme. Placez le réacteur dans le système d'hydrotraitement en installant d'abord les deux chauffages. Ensuite, reliez le réacteur aux composants d'alimentation en gaz et en liquide ainsi qu'au composant de séparation des produits gaz-liquide.Après avoir effectué le prétraitement du catalyseur par sulfuration comme décrit dans le protocole, régler le débit d'hydrogène à 153 millilitres par minute et maintenir la pression du système à 10,3 mégapascals. Régler la température du lit catalytique de la première étape à 220 degrés Celsius et la température du lit catalytique de la deuxième étape à 400 degrés Celsius. Enregistrer les valeurs de référence de la température des lits et du débit d'hydrogène lorsque la température, la pression et le débit d'hydrogène deviennent stables.Ajouter du disulfure de di-tert-butyle à la charge d'huile de pyrolyse en une quantité équivalant à 150 ppm de soufre dans l'huile de pyrolyse. Remplir l'une des pompes d'alimentation avec la charge d'huile de pyrolyse, puis purger la ligne d'alimentation jusqu'à l'obtention d'un écoulement liquide exempt de bulles d'air. Pressuriser la pompe à 10,3 mégapascals, puis raccorder au réacteur en ouvrant les vannes de connexion.Commencez à alimenter l’huile de pyrolyse à un débit de 4,8 millilitres par heure. Cette action démarre l’essai d’hydrotraitement de l’huile de pyrolyse. Vérifiez l’état du réacteur et enregistrez périodiquement les paramètres tels que la température, la pression, le débit et le volume.Veiller à ce que les températures du lit de catalyseur soient comprises dans une plage de plus ou moins deux degrés par rapport à la température souhaitée, que les débits de gaz et de liquide soient exactement identiques aux réglages souhaités, et que la pression du réacteur soit comprise dans une plage de plus ou moins 0,15 mégapascal par rapport à la pression souhaitée. Vérifier également que la chute de pression à travers le lit de catalyseur soit inférieure à 0,35 mégapascal. Prélever les échantillons liquides toutes les six heures en commençant par commuter le piège d'échantillonnage vers le piège de dérivation et en réduisant la pression du piège d'échantillonnage.Ensuite, évacuez l'échantillon liquide vers des vials de collecte. Purgez le piège d'échantillonnage, puis pressurisez-le avec de l'azote. Enfin, redirigez le flux de produit vers le piège d'échantillonnage.Analyser les échantillons de gaz toutes les deux heures à l'aide d'une microchromatographie en phase gazeuse. Réaliser le test pendant 60 heures en continu, en réglant la température du réacteur à 100 degrés Celsius et le débit d'hydrogène à 100 millilitres par minute. Mettre fin au test en arrêtant l'alimentation en huile de pyrolyse.Traitez et analysez les produits liquides comme décrit dans le protocole écrit. Cette figure compare l'analyse élémentaire de la teneur en carbone, en hydrogène et en oxygène de la matière première, de l'huile de pyrolyse et du carburant amélioré. Elle démontre la conversion réussie de matières premières issues de la biomasse en carburants liquides hydrocarbonés selon le procédé en deux étapes.L'impact de la filtration des gaz chauds des vapeurs de pyrolyse avant condensation est démontré ici. La filtration des gaz chauds élimine les résidus inorganiques, mais elle affecte également le rendement en huile de pyrolyse et les propriétés de l'huile, telles que sa teneur en oxygène. Des résultats détaillés présentent les rendements et les propriétés des carburants améliorés après hydrotraitement.Le bio-huile filtrée par vapeur chaude conduit à un rapport eau-sur-carburant légèrement plus élevé, et les propriétés du carburant raffiné pour les deux bio-huiles sont très similaires. La principale différence entre l’hydrotraitement des deux huiles de pyrolyse réside dans le fait que le lit catalytique du bio-huile filtré par vapeur chaude présentait beaucoup moins de dépôt de minéraux. Cette technique illustre la conversion de la biomasse lignocellulosique en carburants hydrocarbonés par pyrolyse rapide et hydrotraitement, en utilisant les conditions nécessaires pour produire un biocarburant de haute qualité avec un bon rendement.Après ce développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs pour explorer les matières premières issues de la biomasse, les politiques et paramètres, ainsi que les catalyseurs et paramètres d'hydrotraitement ayant le plus grand impact sur l'efficacité globale du carbone, dans la production de biocarburants. N'oubliez pas que le travail avec l'huile de pyrolyse et sur des systèmes réacteurs chauds peut être extrêmement dangereux. Des précautions doivent toujours être prises lors de l'exécution de cette technique.En outre, les règles et procédures de sécurité doivent être strictement respectées.

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