הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

הפקת מעבדה של דלק ביולוגי ביוכימיים מתוך שמן לפתית באמצעות מרת פיצוח קטליטי

13.3K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/54390

⸱

2 בספטמבר 2016

 ,  ,  ,  , 
1CanmetENERGY, Natural Resources Canada

במאמר זה

סיכום

מאמר זה מציג שיטה ניסיונית לייצר דלק ביולוגי ביוכימיים משמן קנולה מעורבב עם מזון מבוסס-מאובנים בנוכחות זרז בטמפרטורות מתונות. גזיות, נוזלי, ומוצרים מוצקים מיחידת התגובה הן לכמת ומאופיינת. תשואות מרת מוצר בנפרד מחושבות ומוצגות.

תקציר

העבודה מבוססת על מחקר מדווח החוקר את יכולת העיבוד של שמן קנולה (הזנה ביולוגית) בנוכחות שמן גז כבד שמקורו בביטומן (HGO) לייצור דלקים לתחבורה דרך מסלול פיצוח קטליטי נוזלי (FCC). ניסויי פיצוח מבוצעים עם יחידת תגובה אוטומטית לחלוטין במהירות חלל שעתית במשקל קבוע (WHSV) של 8 שעות-1, 490-530 מעלות צלזיוס, ויחס זרז/שמן של 4-12 גרם/גרם. כאשר הזנה נמצאת במגע עם זרז בכור מיטת הנוזל, מתרחש סדק ויוצר מוצרים גזיים, נוזליים ומוצקים. האדים המיוצרים מתעבים ונאספים במקלט נוזלי בטמפרטורה של -15 מעלות צלזיוס. השפכים שאינם ניתנים לעיבוי מופנים תחילה לכלי ונשלחים לאחר הומוגניזציה לכרומטוגרף גז מקוון (GC) לניתוח גז זיקוק. הקוק המופקד על הזרז נקבע באתרו על ידי שריפת הזרז המושקע באוויר בטמפרטורות גבוהות. רמות CO2 נמדדות כמותית באמצעות תא אינפרא אדום (IR), ומומרות לתפוקת קולה. דגימות נוזלים במקלטים מנותחות על ידי GC לזיקוק מדומה כדי לקבוע את הכמויות בטווחי רתיחה שונים, כלומר, IBP-221 °C (בנזין), 221-343 °C (שמן מחזור קל) ו-343 °C+ (שמן מחזור כבד). פיצוח של מזון המכיל שמן קנולה מייצר מים, המופיעים בתחתית מקלט נוזלים ועל הדופן הפנימית שלו. השבת מים על הקיר מושגת על ידי שטיפה עם מתנול ואחריה טיטרציה של קרל פישר לתכולת המים. התוצאות הבסיסיות המדווחות כוללות המרה (חלק ההזנה שהומר לגז ומוצר נוזלי עם נקודת רתיחה מתחת ל-221 מעלות צלזיוס, קולה ומים, אם קיימים) ותפוקות של גז יבש (H2-C 2, CO ו-CO2), גז נפט נוזלי (C3-C 4), בנזין, נפט מחזורי קל, נפט מחזורי כבד, קולה ומים, אם קיימים.

מבוא

יש עניין גלובלי חזק הן במגזר הפרטי והציבורי למצוא אמצעי יעיל כלכלית לייצר דלקים לתחבורה ממקורות הנגזרות ביומסה. עניין זה הוא מונע על ידי דאגה כללית על התרומה המשמעותית של שריפת דלקים פוסיליים נפט לגז חממה (GHG) ותרומה הקשורים אליו להתחממות הגלובלית. כמו כן, ישנו רצון פוליטי חזק בצפון אמריקה ובאירופה כדי לעקור בנפט זר-מיוצר עם דלקים נוזליים מקומיים מתחדשים. בשנת 2008, דלק ביולוגי בתנאי 1.8% של דלקים לתחבורה בעולם 1. במדינות מפותחות רבות, נדרש כי דלק ביולוגי להחליף מ -6% ל -10% של דלקי נפט בעתיד הקרוב 2. בקנדה, התקנות מחייבות תוכן מתחדש ממוצע של 5% בבנזין החל מה -15 בדצמבר, 2010 3. הדירקטיבה האנרגיה המתחדשת (RED) באירופה גם יש מנדט יעד אנרגיה מתחדש 10% עבור טרנס האיחוד האירופיבענף הנמלים בשנת 2020 4.

האתגר כבר לפתח ולהפגין מסלול כלכלי בת קיימא לייצר דלקים לתחבורה fungible מביומסה. מקורות ביולוגיים כוללים ביומסה מבוסס הטריגליצרידים כגון שמנים צמחיים ושומנים מן החי, כמו גם שמן בישול פסולת ביומסה מתאית כגון שבבי עץ, פסולה ביער, ושאריות חקלאות. במהלך שני העשורים האחרונים, מחקר התמקד בהערכת עיבוד נפט הנגזרות ביומסה באמצעות קונבנציונלי נוזל פיצוח קטליטי (FCC) 5 - 12, טכנולוגיה אחראית לייצור ביותר של הבנזין בבית זיקוק נפט. הגישה החדשנית שלנו במחקר זה היא שמן קנולה לשתף בתהליך מעורבב עם זינת חולות נפט נגזרת ביטומן. בדרך כלל, ביטומן יש לשדרג לפני תחילת תהליך הזיקוק, הפקת חומר זינה לזיקוק כגון נפט גולמי סינטטי (SCO) דאגות זו מסלול עיבוד במיוחד עתירת אנרגיה, והיווה 68-78% של גזי החממה emissions מייצור SCO 13, בשנת 2011, המהווים 2.6% מכלל פליטות גזי החממה הכוללת של קנדה 14. החלפת חלק משודרג HGO עם biofeed תפחית את פליטות גזי חממה, מאז ייצור דלק הביולוגי כרוכות טביעת הפחמן קטנה בהרבה. שמן קנולה נבחר בעבודה זו משום שהוא מצוי בשפע קנדה וארצות הברית. זינה זה בעל צפיפות וצמיגות דומה לאלה של HGOs בעוד תכולת גופרית, חנקן ומתכות שעלולות להשפיע על ביצועי FCC או איכות מוצר הם זניחים. יתר על כן, אפשרות שיתוף עיבוד זה מציע יתרונות טכנולוגיים וכלכליים משמעותיים שכן הדבר יאפשר ניצול של תשתיות זיקוק הקיים, ומכאן, ידרוש חומרה או שינוי נוספים קטנות של בית הזיקוק. בנוסף, ייתכנו סינרגיה פוטנציאל שיכול להביא לשיפור איכות המוצר כאשר שיתוף לעיבוד ביטומן ארומטי מאוד להאכיל עם עמיתו ביומסה ישר שרשרת שלה. עם זאת, שיתוף עיבודכרוך באתגרים טכניים חשובים. אלה כוללים את המאפיינים פיסיים וכימיים הייחודיים של ביו-הזנות: תוכן חמצן גבוה, רכב עשיר פרפין, תאימות עם חומר זינת נפט, פוטנציאל עכירות, וכו '

מחקר זה מספק פרוטוקול מפורט לייצור דלק ביולוגי בקנה מידה מעבדה משמן קנולה באמצעות פיצוח קטליטי. מערכת תגובה אוטומטית לחלוטין - התייחסה בעבודה זו כיחידת בדיקת מעבדה (LTU) 15 - משמשת עבור עבודה זו איור 1 מציג באופן סכמטי איך יחידה זו פועלת.. LTU זה הפך לסטנדרט בתעשייה ללימודי FCC מעבדה. מטרת מחקר זה היא לבחון את התאמתו של LTU לפיצוח שמן קנולה לייצר דלקים וכימיקלים במטרה מקל פליטת גזי חממה.

figure-introduction-1
איור 1: illustratio קונספטואליתn כור האיור. מראה קווי זרימה של זרז, להאכיל, מוצר, ו diluent. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

זהירות: יש להתייעץ כל גיליונות נתוני בטיחות חומרים רלוונטיים (MSDS) לפני השימוש בחומרים. עבודה עם דגימות נפט גולמי צריך להיעשות רק כשהוא לבוש בציוד מגן אישי מתאים (משקפי מגן, כפפות, מכנסיים, נעליים סגורות, חלוקות מעבדה), ופתיחה, העברה וטיפול בדגימות גולמיות אמורים להתרחש בתוך fumehood פרק. פחמימנים מחוממים יכולים להיות דליקים אוויר, ומערכת התגובה צריכה להיות בזהירות לדלוף בדקה לפני שימוש עם תערובות נפט גולמיות. הכור יכול להגיע לטמפרטורות גבוהות ככל 750 מעלות צלזיוס, וכפפות בטיחות גבוהה טמפרטורה צריכות לשמש כשעובדים ליד משטחים חמים.

1. שיקולים כלליים

  1. כדי להפוך את השימוש הטוב ביותר של יחידת התגובה האוטומטית, אשר יכול להשלים שש ריצות רצופות מעל ~ 8 שעות, בחר קצב עדכון קבוע של 1.2 גרם / דקה. זו מגדירה את מהירות שטח לשעה במשקל (WHSV) עד 8 ​​שעות -1 דרך מערכת היחסים WHSV = 60 / [(C / O) × t] = 60 × (O / T) / C כאשר t הוא Feזמן אספקה ​​אד בשנת דקות ו- C ו- O הם המוני זרז ולהאכיל, בהתאמה, בגרמים. על ידי שינוי זמן ההזרקה להאכיל, סט של יחסי מסת זרז / שמן של 4, 6, 8, 10, ו 11.25 (x2) הושג לכל טמפרטורת תגובה על מנת להשיג מגוון רחב של מרה.

2. זינה והכנת Catalyst

  1. קבל HGO ידי זיקוק מחוץ -343 ° C חלק (על ידי ספינינג הלהקה) של נפט גולמי סינתטי (SCO).
  2. לרכוש שמן קנולה אכיל כיתה מחנות אוכל מקומית, ולהשתמש ללא טיפול נוסף.
  3. הכן תערובת קנולה 15 נ% על ידי ערבוב 79.645 גרם של HGO (0.9370 גרם / מ"ל ​​צפיפות) עם שמן קנולה 13.7535 גרם (0.9169 גרם / מ"ל ​​צפיפות).
  4. מסך זרז שיווי המשקל באמצעות מסננת רשת 60 טיילר (250 מיקרומטר פתיחה), ואחריו הקרנה שנייה עם מסננת רשת 400 טיילר (38 מיקרומטר פתיחה).
  5. תתכלה החלקיקים על-גודל (38-250 מיקרומטר) ב 600 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות, ולאחר מכן לטעון אותם לתוך tהוא שש מינן יחידת התגובה האוטומטית.

3. נוהל בדיקה

  1. הכנת המערכת
    1. הכנת תכנית
      1. באמצעות התוכנה שולט יחידת התגובה, פתח את חלון תנאים לרוץ.
      2. הקלד את זיהויים של להאכיל זרז, הלחץ הברומטרי, הפעם זריקה, ואת נקודות להגדיר טמפרטורה עבור מערכת הזנה, הכור, את קו המוצרים, נוזל קירור, ואת ממיר CO קטליטי בכל שלב של תקופת ריצה .
    2. הכנת Catalyst
      1. עבור כל הופר זכוכית זרז מעל צינורות התהליך, להסיר את המכסה ולחייב 9 גרם של זרז על-גודל שרופים לתוך הופר. צרף O-Ring לחלק העליון של הופר מחדש מהדק המכסה שלה.
    3. כיול דרג Feed
      1. הגדר את הזנת משאבת שמן כדי לספק הזנה בקצב הזרקת עדכון קבוע (1.2 גר '/ דק') עבור כל ריצות הפיצוח.
      2. ניתקתי את oil קו הזנה מתחת שסתום טיהור (KV-114) 16 ולצרף צינור זמני קצר אל החלק התחתון של השסתום למסירה שמן לתוך מבחנה tared.
      3. מחממים את חומרי זינה 85 ° C כדי לאפשר את תערובת HGO לזרום בקלות פנימה והחוצה של המזרק לאורך קו ההזנה.
      4. הגדר את זמן הזרקה לכיול המשאבה לאותו ערך לזה של הסיבוב הראשון בסדרה (הגדרת ברירת המחדל).
      5. טרת מבחנה, ולמקם אותו על הפריקה של הצינורות הזמניים הקצרים. הפעל את תכנית המשתמש "PUMPCAL" מראש 17 בתוכנת יחידת תגובה.
      6. לאחר שתכנית PUMPCAL תושלם, להסיר ולשקול את המבחנה המכילה את ההזנה. מחלק את המסה של הזנה נמסרה לתוך הכוס עד ההזרקה להשיג השיעור להאכיל.
      7. כוונו את מהירות המשאבה גבוה או נמוך (באמצעות חיוג שלוש ספרות על המשאבה) וחזרו על צעדים 3.1.3.5 כדי 3.1.3.6 עד שיעור להאכיל הרצויה מושגת.
      8. הסר אתצינור וקצר זמני מחדש לחבר את קו ההזנה.
    4. כיול של GC לניתוח גז
      הערה: שלב זה הוא הכרחי אם GC לניתוח גז יימצא מחוץ כיול, אשר ניתן להסיק בדיקות התייחסות, במגמת נתונים, ואיזון חומר. הניסיון מלמד, כי כיול GC-אפשר לסמוך על במשך תקופה ארוכה.
      1. חבר גליל לסטנדרטי גז זיקוק multicomponent המסחריים שסתום היד 16 (HV-190).
      2. טען שיטה בתוכנת GC שמסוגלת משחררים ומפריד כל הפסגות בתקן גז זיקוק. השתמש פרמטרי שיטת GC בטבלת 1.
      3. שימוש בתוכנת GC, לבצע ריצת ניתוח של תקן גז הזיקוק.
      4. פתח את הכרומתוגרמה התקן גז הזיקוק ולשלב את פסגות הכרומתוגרמה.
      5. זהה את פסגות הכרומתוגרמה, להבטיח כי כל הרכיבים של calibגז מנה נמצא. מחק את כל פסגות שנמצאות אך לא ניתן לייחס את הרכיבים בתקן.
      6. בהתבסס על טווחי זמן שמירה, גוש ותרכובות פרד משחרר לאחר C 5 לתוך C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3, ו- C 6 + 4 קבוצות. בשיטה זו, גוש איזומרים pentene לקבוצה אולפינים אחד C 5.
      7. שימוש בתוכנת GC, להקצות ערכי ריכוז שיא כל משולב מהתקן הגז, תחת פונקצית הכיול.
      8. שמור את הכיול לתוך קובץ השיטה, לשימוש לשם קביעת הריכוזים של פסגות בריצות בדיקה שלאחר מכן. ניתק את תקן הגז המסחרי.
    5. כיול Analyzer 2 CO
      1. באמצעות התוכנה יחידת תגובה, להחליף את השסתום (KV-170) 16 למצב מאפשר הגז אפס (חנקן) לזרום אל מנתח גז IR. התאם את הזרימה על ידי סיבוב ידית בשיתוף עם val בקרת זרימהve (FCV-107) 16, במידת הצורך, כדי לקבל כ -250 SCCM על מחוון הזרימה (FI-107) 16.
      2. אפס הנתח באמצעות בורג התאמה אפס בלוח הקדמי של הנתח בעזרת מברג שטוח להב.
      3. החלף את שסתום יד (HV-107) 16 לספק את CO 2 (% שומה 19.8) גז רגיל הנתח. התאם את השסתום הידני (MV-107) 16 כדי להשיג זרימה של כ 250 SCCM על מחוון הזרימה (FI-107).
      4. התאם הנתח לקרוא כדי להתאים את הריכוז (% שומה 19.8) של גז span הרגיל באמצעות בורג SPAN בלוח הקדמי.
      5. נתק את הגז span ולהחזיר את שסתום יד (HV-107) למצב RUN.
    6. הכנת מקלט מוצרים הנוזלי
      הערה: מקלט כל מורכב קבל בקבוקון GC מחובר לחלק התחתון של הקבל על ידי קטע קצר של צינורות סיליקון.
      1. ברצף להקצות מספרי אל קונדהnsers בקבוקוני GC.
      2. מניח תוסף קטן של צמר זכוכית בתוך החלק העליון של כל זרוע לשקע מקלט כפי שמוצג באיור 2.
      3. שמור את השפופרת זקופה עם קצת תמיכה בכוס או בבקבוק בגודל מתאים. לשקול כל לכונס הנכסים איזון אנליטית את החלון העליון של שמכוסה על ידי עטוף במעטה פלסטיק מעוקב כדי להבטיח סביבה טיוטת חינם (איור 3).
      4. רשום את המסה היבשה (W לפני) של המקלט המוכן יחד עם פקקים שכותרתו.
      5. להתקין ולחבר את השפופרת שקלה לקו המוצרים (איור 4).
    7. הכנת Reactor
      1. להתקין קו הזנת שמן בכור באורך המאפשר לגובה מזרק 1.125 אינץ.
      2. מקום מסנן ביציאה של הכור כדי למנוע אבק זרז מלהיכנס קו המוצרים, שינוי המסנן לאחר 50-100 ריצות.
      3. בצע מבחן לחץ על b כור המערכהy הפעיל תכנית PTEST1 17 לאחר כיול משאבת ההזנה והתקנה של המקלטים. סגור את אוורור הגז לחצים על מערכת הכור עם חנקן 150 מ"מ כספי, ואחריו בידוד של המערכת.
      4. שים את הלחץ לקרוא לכמה דקות על מנת להבטיח את הירידה בלחץ הוא לא יותר מ 0.4 מ"מ כספי לדקה המציין כי אין דליפות נוכחות. אם נפילת לחץ של יותר מ -0.4 מ"מ כספי לדקה הוא ציין, לבצע בדיקת דליפה פי הוראות היצרן, ולתקן כל הדלפות בהתאם.
לדוגמא כניסת T 90 ° C לחץ בטווח הודעה 30 psi
Injector T 90 ° C איזון לחץ 10 שניות
זמן ריצה 300 שניות גלאים מוליכות תרמית
לחץ טור 30 psi נתוני רכישה בשיעור 50 הרץ
ערוץ A ערוץ B ערוץ C ערוץ D
טרום טור PLOT-U; 30 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 3 מ ' PLOT-Q; 10 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 1 מ ' אלומינה; 3 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 1 מ ' -
טור Molsieve; 12 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 10 מ ' PLOT-U; 30 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 8 מ ' אלומינה; 8 מיקרומטר × 320 מיקרומטר × 10 מ ' OV1; 2 מיקרומטר × 150 מיקרומטר × 10 מ '
גז מוביל אַרגוֹן הֶלִיוּם הֶלִיוּם הֶלִיוּם
מצב מפרצון backflush backflush backflush נפח קבוע
טור T 100 ° C 90 ° C 130 ° C 90 ° C
זמן הזרקה 30 msec 120 msec 0 msec 100 msec
זמן backflush 12.5 שניות 5.0 שניות 5.5 שניות -

טבלה 1: פרמטרים השיטה GC לניתוח של גז המיוצר על ידי LTU.

figure-protocol-1
איור 2: ויאל מצורף קבל. תמונה המראה את המיקום של תקע צמר זכוכית ואת דבקותו של בקבוקון GC אל המעבה עם צינורות סיליקון. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-protocol-2
איור 3:.. שקילה של מקלט מוצר כיסוי פלסטיק עבור היתרה לשקול את שפופרת המוצר הנוזלית הארוכה, אשר עשוי להישאר מחוץ לחלון העליון אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-protocol-3
איור 4:. מצורף מקלט נוזל תמונה מראה את הקובץ המצורף של מקלטי נוזלי לקו המוצרים.המודעה / 54,390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

  1. בהתאם למערכת ההפעלה ב Auto Mode
    1. במסך SETUP LTU, קלט את המידע הרלוונטי לצורך הניסוי: מספר לרוץ, להאכיל שם, זרז זיהוי, בלחץ אטמוספרי, נקודות להגדיר לעור וטמפרטורות הכור פנימיים הן התחדשות פיצוח זרז, וזמן הזרקת שמן. השמט את הצעד הזה אם מידע מלא נכלל בסעיף 3.1.1.
    2. מניח את המערכת למצב מנוהל על ידי לחיצה על הכפתור "Run" על מסך זרימת תהליך. זה יוזם את רצף הבדיקה 17, אשר כולל את השלבים במצב אוטומטי כדי לתארו דיון.
  2. ללא Auto Mode בהתאם למערכת ההפעלה
    1. שימוש במחשב המחובר GC, לשלב את הפסגות ולעבד את הנתונים באמצעות הכיול הוקם. הזן את הנתונים GC הסופי לתוכנית LTU דרך המחשב LTU.
  3. הודעה וברח מבצע
    1. קביעת מסה של מוצר נוזלי
      1. לאחר הסרת המהדק, להטות את השפופרת לאסוף כל טיפות מוצר נוזליות על קצה המתכת המשופעת מתחת שסתום המוצר.
      2. מייד לאטום את המקלט עם פקקי גומי שהכותרת ובזהירות להסיר אותו מהאמבטיה. יש לשטוף את אתילן גליקול מהאמבטיה עם מים קרים ומייבשים מבחוץ עם מגבת נייר.
      3. מניחים את השפופרת מוצר נוזלי על מדף בטמפרטורת החדר למשך 20 דקות, המאפשר לכל מוצר קפוא להפשיר ולהפעיל לתוך בקבוקון GC בתחתית המקלט.
      4. אסוף את העיכוב נוזל סביב המפרק המתכת עבור המקלט עם ספוגית צמר גפן tared. מהי מסת העיכוב הנוזלי (ספוגית W) ולהקליט.
      5. פתח את מקלט המוצר הנוזלי לאווירה במנדף פרק להשוואה לחצים על ידי הסרת הפקק לרגע על לשקע העליון של כונס הנכסים.
      6. לָשִׂיםאת הפקק חזרה על ולקבל מסת המקלט (W אחרי). הסר את בקבוקון GC מן הקבל. שווי ולאחסן את המדגם המוצר במקרר ב 4 מעלות צלזיוס לצורך ניתוח מאוחר יותר.
      7. אם טיפת מים מופיעה בתחתית בקבוקון GC כמו במקרה של פיצוח שמן קנולה, להשתמש במזרק נקי להעביר כמה שיותר מוצר שמן ללא מים כדי בקבוקון אחר ככל האפשר וכובע אותו מייד.
      8. יש לשטוף את הקירות הפנימיים של קבל המקלט ביסודיות עם איכות קטנה של מתנול לאסוף את כל כביסת מתנול לתוך בקבוקון GC המקורי המכיל את אגל המים. כיסוי או הבקבוקון ולקבל את המסה של החלק הפנימי הנוזלי לשימוש נחישות מים.
    2. ניתוח של מוצר נוזלי לזיקוק סימולציה
      1. שימוש D2887 ASTM שיטת מבחן סטנדרטי 18, לקבוע את אחוז המוני של המוצר נוזל ללא מים רותחים בטווחים של בנזין (IBP-221 ° C), שמן מחזור אור (LCO, 221-343 מעלות צלזיוס), ו- h שמן מחזור eavy (HCO, 343 ° C-FBP).
    3. ניתוח של מוצרי מים
      1. שיטת בדיקה סטנדרטית באמצעות ASTM D4377 19, לקבוע את תכולת המים (W H2O) של לשטוף מתנול בשילוב עם טיפת המים בבקבוקון.
  4. חישובים
    1. המוני של מוצרי גזיות
      1. חשב את הנפח הכולל של המוצר גזי דרך היקף המים שנדחו על פי הנוסחה:

        figure-protocol-4

        כאשר V גז הוא נפח (מ"ל) של גז שנאספו בתנאים סטנדרטיים (0 K ו- 101.3 kPa), מים V הוא נפח (מ"ל) של המים שנדחו במהלך הבדיקה, T היא הטמפרטורה גז (° C) ו- P הוא לחץ הגז ( kPa).
      2. לחשב את המסה של כל רכיב גז באמצעות:

        jpg "/>

        איפה אני W הוא מסה (ז) אני ה מוצר גזים, N i הוא mol% של i ה מרכיב הגז, ו- M i הוא משקל מולקולרי של i ה מוצר גזים. המשקל המולקולרי של גוש פתורים C 5 + ההנחה היא להיות 86.
      3. חשבתי את המסה הכוללת של מוצר גזים כמו:

        figure-protocol-5

        הגז שבו W הוא המסה הכוללת של מוצר גזים, ואני W הוא המסה של i ה מוצר גזים כפי שחושב 3.5.1.2.
    2. המוני של מוצרים נוזליים
      1. חשב את המסה הכוללת של מוצר נוזלי עם:

        W liq = W אחרי - W לפני ספוגית + W

        שם W liq הוא מסה (ז) של המוצר הנוזלי, W אחרי הוא מסה (ז)של מקלט המוצר הנוזלי לאחר תגובה, W לפני הוא מסה (ז) של מקלט המוצר הנוזלי לפני התגובה, ספוגית W היא מסה (ז) של השוד הנוזלי שנאסף על המקלון.
    3. Mass קולה
      1. חשב את המסה הכוללת של קוקאין נגזר LTU באמצעות:

        קוקאין W = פחמן W × 1.0695

        איפה קוק W היא מסה (ז) של קוק, פחמן W הוא מסה (ז) של פחמן, 1.0695 הוא הגורם פחמן-אל-קוק.
    4. Mass יתרה (Recovery)
      1. חשב את מאזן מסה באמצעות

        R = (W גז + W liq + W קוקאין) ÷ להאכיל W × 100

        כאשר R הוא התאוששות (מסה% של מזון) ולהאכיל W הוא מסה (ז) של ההזנה השמנה. R צריך להיות בטווח של 96 עד 102%. אם לא, לדחות את הבדיקה כפי משביע רצון.
    5. תשואות וגיור Unnormalized
      הערה: חישוב כל התשואה המוצר (feed% מסה) על פי הנוסחאות המפורטות להלן.
      1. חישוב גז יבש (H 2 -C 2 's, CO, CO 2)

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

        היכן Y DG הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של גז יבש, W H2 הוא מסה (ז) של H 2, W C1 הוא מסה (ז) של גז C 1 (מתאן), W C2 היא מסה (ז) הגז C 2 (אתאן אתילן), W CO הוא מסה (ז) של CO, CO2 W הוא מסה (ז) של CO2. שימו לב תיקון עבור דקות כמות ה- CO 2 מומס במים אינו הכרחי.
      2. לחשב גז פחמימני מעובה (גפ"מ)

        Y גפ"מ = (W C3 + W C4) ÷ W להאכיל × 100

        היכן Y גפ"מ הוא תשואה unnormalized (feed המונית%) של המוצר גפ"מ, W C3 הוא מסה (ז) של גז C 3 (פרופן פרופילן), ו- W C4 היא מסה (ז) של גז C 4 (בוטאן ו 1,3-סטירן butenes כולל).
      3. חישוב בנזין

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

        היכן Y GLN הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של בנזין, X GLN (מתקבל על ידי זיקוק מדומה) היא חלק המוני של בנזין במוצר נוזלי ללא מים, W H2O הוא מסה (ז) של מים במוצר נוזלי, אם בכלל, ו- W C5 + הוא מסה (ז) 5 C + המוצר בשלב גז (C 6 פתורים </ sub> בתוספת C 6 + גוש).
      4. חישוב שמן מחזור אור (LCO)

        Y LCO = [X LCO × (W liq - W H2O - W ספוגית)] ÷ W להאכיל × 100

        היכן Y LCO הוא תשואה unnormalized (% מסה של feed) של המוצר LCO ו- X LCO (מתקבל על ידי זיקוק מדומה) היא חלק המוני של LCO במוצר נוזלי ללא מים.
      5. חישוב שמן מחזור כבד (HCO)

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

        היכן Y HCO הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של HCO ו- X HCO (מתקבל על ידי זיקוק מדומה) היא חלק המוני של HCO במוצר נוזלי ללא מים.
      6. חישוב קולה

        Y קוקאין = W קוקאין ÷ W להאכיל × 100

        איפה קוק Y הוא תשואת unnormalized (feed% מסה) של קוק.
      7. מי חישוב

        Y H2O = W H2O ÷ W להאכיל × 100

        היכן Y H2O הוא תשואה unnormalized (feed% מסה) של מים.
      8. חישוב המרה

        Unnorm CON = 100 - LCO Y - Y HCO

        שם CON unnorm הוא המרה unnormalized (feed% מסה).
    6. תשואות וגיור מנורמלים

      Y 0 i = Y i ÷ R × 100

      איפה אני Y 0 היא תשואה מנורמלת (feed% מסה) של i ה המוצר.

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

      איפה נורמת CON הוא המרה מנורמלת (feed% מסה).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

פרוטוקול הוקמה כבר מיושם בהצלחה תערובת שמן של יחס נפח 15:85 (כלומר, 14.73: 85.27 יחס מסה) בין שמן קנולה ועוד 20 SCO הנגזרות HGO. מסיבות מעשיות (עלות, זמין של שמן קנולה, ואתגרים אפשריים הפעלה מסחרית), המחקר התמקד זינה המכילה 15 בנוסף שמן קנולה נ%, אם כי הזנות עם ריכוזים גבוהים יותר נשפטו גם. השילוב היה סדוק קטליטית ב 490-530 מעלות צלזיוס, 8.0 שעות -1 WHSV עם משתנים זרז / יחסי שמן (ברצף 11.25, 10, 8, 6, 4, ו 11.25). לשם...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

הפרוטוקול המתואר כאן מנצל פעולה מחזורית של כור יחיד המכיל קבוצה של חלקיקי הזרז מרחף לדמות שמן הזנה והתחדשות זרז פיצוח. השמן כדי להיות מפוצץ הוא שחומם מראש ואכילה מלמעלה דרך צינור מזרק עם קצו הקרוב לתחתית של מיטת הנוזלים. האדים שנוצרו לאחר פיצוח קטליטי הוא מרוכזים ונאספים כונס נכסים, ואת המוצר הנוזל הנגבים מנותחים לזיקוק מדומה כדי לקבוע תשואות של שברים בטווחי רתיחה שונים. המוצר גזי noncondensable נשלחת כרומטוגרפיה גזית on-line ניתוח כדי לקבוע תשואות של גז יבש גז פחמימני מעובה. היקף...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

תודות

המחברים מבקשים להודות במעבדה האנליטית של המרכז הטכנולוגי CanmetENERGY לתמיכה הטכנית שלה, ואת Suncor Energy Inc. לאספקת הנפט הגולמי הסינטטי. מימון חלקי למחקר זה סופק על ידי Natural Resources קנדה וממשלת תוכנית המזימה של קנדה מחקר ופיתוח אנרגיה (PERD) עם A22.015 מזהה הפרויקט. יי ג'אנג רוצים להכיר שלו למדעי הטבע וההנדסה מועצת המחקר (NSERC) של אחוות אורח קנדה מינואר 2015 עד ינואר 2016.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
יחידת הערכת פיצוח מתקדמת (ACE)Kayser Technology Inc.ACE R+ 46הורכב על ידי Zeton Inc. SN:505-46; מורכב מ-(1) כור; (2) מערכת הוספת זרזים; (3) מערכת אספקת הזנה; (4) מערכת איסוף נוזלים; (5) מערכת איסוף גז; (6) מערכת ניתוח גזים; (7) מערכת התחדשות זרזים; (8) ממיר קטליטי CO; (9) כור מערכת ניתוח קולה
(ACE)Kayser Technology Inc.V-105צינור נירוסטה ID בגודל 1.6 ס"מ בעל תחתית חרוטית מחודדת ועם מדלל (חנקן) הזורם מלמטה כדי להנזיל את הזרז ולשמש גם כגז ההפשטה בסוף הריצה
Catalyst Addition System (ACE)Kayser Technology Inc.שישה הופרים (V-120F, עם שסתומים מתאימים) להוספת זרז לעד 6 הפעלות
מערכת אספקת הזנה (ACE)Kayser Technology Inc.מורכב מבקבוק הזנה (V-100), מזרק (FS-115), משאבה (P-100) ומזרק (עם גובה מזרק של 1.125 אינץ', כלומר, המרחק מהנקודה הנמוכה ביותר של תחתית הכור החרוטי לקצה התחתון של מזרק ההזנה)
מערכת איסוף נוזלים (ACE)Kayser Technology Inc.שישה מקלטי נוזל (V-110F) שקועים באמבט נוזל קירור משותף (תערובת אתילן גליקול/מים ביחס מסה של 50:50) בסביבות – 15 & deg; C במיכל גדול (V-145)
מערכת איסוף גז (ACE)Kayser Technology Inc.מבוסס על עקרון תזוזה של מים; מורכב מכלי איסוף גז (V-150) עם בוחש מונע (MTR-100), וסולם משקל (WT-100) לשקילת המים העקורים שנאספו בכוס (V-160).
מערכת ניתוח גז (ACE)קייזר טכנולוגיה בע"מאלמנט מפתח הוא Agilent micro GC (דגם 3000A) עם ארבעה עמודים נימיים המצוידים בגלאי מוליכות תרמית (TCDs) בהתאמה 
מערכת התחדשות קטליזטור (ACE)קייזר טכנולוגיה בע"מV-105זרז משומש בכור שנשרף in situ באוויר ב-+700 ו-deg; C כדי להבטיח הסרה מוחלטת של הפחמן המופקד על הזרז
CO Catalytic Convertor  (אס)קייזר טכנולוגיה בע"מכור (V-140) עם CuO כזרז לחמצון כל CO ופחמימנים בגז פליטה מותש ל-CO2 (ינותח על ידי מנתח גז IR) ו-H2O (ייספג על ידי מייבש)
מערכת ניתוח קולה (ACE)Kayser Technology Inc.מנתח IR של Servomex (דגם 1440C) למדידת CO2 בגז פליטה
מותש R+MM Software SuiteKayser Technology Inc.כולל iFIX 3.5 
Agilent Micro GCAgilent Technologies3000Aלניתוח גז לאחר פיצוח
תוכנת Cerity Networked Data SystemAgilent Technologiesעבור Agilent Micro GC
CO2 מנתח גזServomex Inc.1440CSN: 01440C1C02/2900
NESLAB אמבטיה מקוררתThemo Electron CorporationRTE 740SN: 104300061
Orion  משאבת מזרק מרווהThemo Electron CorporationM362לאספקת שמן הזנה לצינור מזרק
נפט גולמי סינטטי (SCO) סנקור אנרג'י בע"ממזוהה כ-Suncor OSA 10-4.1
Catalyst PPetro-Canada RefineryEquilibrium Catalyst
BalanceMettler ToledoAB304-Sלשקילת מקלטי מוצר נוזלי
BalanceMettler ToledoXS8001Sלשקילת מים שנעקרו על ידי מוצר גז
אתילן גליקולFisher Scientifc Inc.CAS 107-21-1מעורבב עם מים מזוקקים כנוזל קירור (50 v%)
DrieriteW.A. Hammond Drierite Co. Ltd.24001לספיגת מים לאחר ממיר קטליטי CO
תחמוצת נחושתLECO Corporation501-170זרז להמרת CO ל-CO2
TolueneFisher Scientific Co. CAS 108-88-3לניקוי מקלטי נוזלים
אצטוןפישר סיינטיפיק ושות' CAS 67-64-1לניקוי מקלטי נוזלים
Micro GC כיול גזאוויר נוזלי קנדה בע"מ.SPG-25MX0015306גז סטנדרטי רב-רכיבי
19.8% CO2 גז סטנדרטיBOC קנדה בע"מ24069890לכיול מנתח IR
ארגון גזלינדה קנדה בע"מ24001306כיתה 5.0 טוהר
הליום גזלינדה קנדה בע"מ24001333דרגה 5.0
טוהר גז מנתח GC מודולInficonGCMOD-15ערוץ
A מנתח גז GC מודול InficonGCMOD-03ערוץ B
מנתח גז GC מודולInficon GCMOD-04ערוץ C
מנתח גז GC מודול InficonGCMOD-73ערוץ D
HP 6890 GCHewlett-Packard Co. G1530Aלזיקוק מדומה
ASTM 2887 מדגם סטנדרטיPAC L.P.26650.150לבקרת איכות בזיקוק מדומה
ASTM 2887 מדגם סטנדרטיPAC L.P.25950.200לכיול בעמודת זיקוק מדומה
עבור GC 6890 (זיקוק מדומה)AgilentTechnologiesCP756210 מ' x 0.53 מ"מ x 1.2 ומיקרו; m, עמודה HP 6890 GC
חנקן נוזליאוויר נוזלי קנדה בע"מ.SPG-NIT1AC240LCלשימוש בזיקוק מדומה 
חנקןאוויר נוזלי קנדה בע"מבתפזורת (בניין N2)לשימוש בתפעול יחידת ACE
תנור לתכנות IsotempThermo Fisher Scientifc Inc.10-750-126להסתיידות של
בקבוקוני זרז GC, Crimp TopChromatograghic Specialties IncC223682C2 מ"ל, לאטמי מוצר נוזלי
, Crimp TopChromatograghic Specialties IncC22115011 מ"מ, לשימוש עם בקבוקוני GC
4 אונקיות בקבוקים עגולים שקופים של בוסטוןFisher Scientific Co. 02-911-784עם מכסים מרופדים בחרוט PE, לשימוש במערכת הזנה
מסננתאנדקוטס בע"מ6140269צמצם 38 מיקרון
מסננתאנדקוטס בע"מ6146265צמצם 250 μ מ
שייקראנדקוטס בע"מMIN 2737-11Minor-Meinzer 2 שייקר מסננת להקרנת זרזים
V20 טיטרטור KF נפחימטלר טולדו5131025056לניתוח תכולת מים של המוצר הנוזלי
Hydranal Composite 5Sigma-Aldrich34805-1L-RReagent לטיטרציה של קארל פישר
מתנול (דרגת מים נמוכה במיוחד)Fisher Scientific Co. A413-4מעורבב עם טולואן (40:60 w/w) לטיטרציה של KF: משמש גם להשבת מים במקלט
Glass WoolFisher Scientific Co. 11-388ממוקם בתוך החלק העליון של זרוע יציאת המקלט 

מקורות

  1. Bringezu, S., et al. Towards Sustainable Production and Use of Resources - Assessing Biofuels. United Nations Environment Programme. , (2009).
  2. Sheehan, J., Camobresco, V., Duffield, J., Graboski, M., Shapouri, H. Life cycle inventory for biodiesel and petroleum diesel for use in an urban bus. National Renewable Energy Laboratory Report. , (1998).
  3. Renewable Fuels Regulations. Canada Gazette Part II. 144 (18), 1614-1740 (2010).
  4. Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC (Text with EEA relevance). Official Journal of the European Union. 140, 16-62 (2009).
  5. Al-Sabawi, M., Chen, J., Ng, S. Fluid catalytic cracking of biomass-derived oils and their blends with petroleum feedstocks: A Review. Energy Fuels. 26 (9), 5355-5372 (2012).
  6. Dupain, X., Costa, D. J., Schaverien, C. J., Makkee, M., Moulijn, J. A. Cracking of a rapeseed vegetable oil under realistic FCC conditions. Appl. Catal. B: Environ. 72 (1-2), 44-61 (2007).
  7. Tian, H., Li, C., Yang, C., Shan, H. Alternative processing technology for converting vegetable oils and animal fats to clean fuels and light olefins. Chin J Chem Eng. 16 (3), 394-400 (2008).
  8. Melero, J. A., Clavero, M. M., Calleja, G., Garcia, A., Miravalles, R., Galindo, T. Production of bio-fuels via the catalytic cracking of mixtures of crude vegetable oils and nonedible animal fats with vacuum gas oil. Energy Fuels. 24 (1), 707-717 (2010).
  9. Bielansky, P., Reichhold, A., Schönberger, C. Catalytic cracking of rapeseed oil to high octane gasoline and olefins. Chem Eng Process. 49 (8), 873-880 (2010).
  10. Ng, S. H., Shi, Y., Ding, L., Chen, S. Catalytic cracking of a rapeseed oil for production of transportation fuels and chemicals: Yield structure. 2010 AIChE Annual Meeting. Salt Lake City, UT, USA, , (2010).
  11. Bielansky, P., Weinert, A., Schönberger, C., Reichhold, A. Catalytic conversion of vegetable oils in a continuous FCC pilot plant. Fuel Process Technol. 92 (12), 2305-2311 (2011).
  12. Ng, S. H., Lay, C., Bhatt, S., Freel, B., Graham, R. Upgrading of biomass-derived liquid to clean fuels. 2012 AIChE Annual Meeting. Pittsburgh, PA, USA, , (2012).
  13. Ordorica-Garcia, G., Croiset, E., Douglas, P., Elkamel, A., Gupta, M. Modeling the energy demands and greenhouse gas emissions of the Canadian oil sands industry. Energy Fuels. 21 (4), 2098-2111 (2007).
  14. Canada's Emission Trends. , Government of Canada, Environment Canada. (2013).
  15. Versatile fluidized bed reactor. US Patent. , 6069012 The fluidized bed reactor described herein and the trade mark "ACE" are covered by this patent (2000).
  16. ACE Operating Manual: PID Drawing No. R+ 101 and 102. , Kayser Technology. (2007).
  17. System Manual: ACE - Model R+. , Kayser Technology. (2007).
  18. ASTM D2887-15 Standard test method for boiling range distribution of petroleum fractions by gas chromatography. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
  19. AASTM D4377-00 Standard test method for water in crude oils by potentiometric Karl Fischer titration. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2015).
  20. Ng, S. H., et al. FCC coprocessing oil sands heavy gas oil and canola oil. 1. Yield structure. Fuel. 156, 163-176 (2015).
  21. Cox, J. D., Wagman, D. D., Medvedev, V. A. CODATA Key values for thermodynamics. , Hemisphere Publishing Corp. New York. (1984).
  22. Ng, S. H., et al. FCC study of Canadian oil-sands derived vacuum gas oils. 1. Feed and catalyst effects on yield structure. Energy Fuels. 16 (5), 1196-1208 (2002).
  23. Ng, S. H., Dabros, T., Humphries, A. Fluid catalytic cracking quality improvement of bitumen after paraffinic froth treatment. Energy Fuels. 21 (3), 1432-1441 (2007).
  24. Scherzer, J. Chapter 5, Correlation between catalyst formulation and catalytic properties. Fluid Catalytic Cracking: Science and Technology. Magee, J. S., Mitchell, M. M. Jr , Studies in Surface Science; 76. Elsevier Science Publishers BV. 145-182 (1993).
  25. Fisher, I. P. Effect of feedstock variability on catalytic cracking yields. Appl. Catal. 65 (2), 189-210 (1990).
  26. Ng, S. H., et al. Study of Canadian FCC feeds from various origins and treatments. 1. Ranking of feedstocks based on feed quality and product distribution. Energy Fuels. 18 (1), 160-171 (2004).
  27. Ng, S. H., et al. Study of Canadian FCC feeds from various origins and treatments. 2. Some specific cracking characteristics and comparisons of product yields and qualities between a riser reactor and a MAT unit. Energy Fuels. 18 (1), 172-187 (2004).
  28. Ng, S. H., et al. Key observations from a comprehensive FCC study on Canadian heavy gas oils from various origins. 1. Yield profiles in batch reactors. Fuel Process Technol. 87 (6), 475-485 (2006).
  29. Scherzer, J. Octane-enhancing zeolitic FCC catalysts: Scientific and technical aspects. Catalysis Reviews: Science and Engineering. 31 (3), 215-354 (1989).
  30. ASTM D7964/D7964M-14 Standard test method for determining activity of fluid catalytic cracking (FCC) catalysts in a fluidized bed. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2014).
  31. ASTM D5154-10 Standard test method for determining activity and selectivity of fluid catalytic cracking (FCC) catalysts by Microactivity test. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (2010).
  32. Moorehead, E. L., McLean, J. B., Cronkright, W. A. Chapter 7, Microactivity evaluation of FCC catalysts in the laboratory: Principles, approaches and applications. Fluid Catalytic Cracking: Science and Technology. Magee, J. S., Mitchell, M. M. Jr , Studies in Surface Science; 76. Elsevier Science Publishers BV. 223-255 (1993).
  33. Rawlence, D. J., Gosling, K. FCC catalyst performance evaluation. Appl. Catal. 43 (2), 213-237 (1988).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

גלה מאמרים נוספים

פיצוח קטליטי של נוזליםעיבוד שמן קנולהתערובת שמן גז כבדיחידת בדיקה מעבדתיתאנליזה בגז כרומטוגרףאנלייזר אינפרה-אדוםזיקוק מדמהקביעת תנובת קוקשיטה לשחזור מים
הפקת מעבדה של דלק ביולוגי ביוכימיים מתוך שמן לפתית באמצעות מרת פיצוח קטליטי
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.