La biomassa di conversione per la Produzione di idrocarburi liquidi Fuel Via Hot-vapore filtrata veloce pirolisi e catalitica Hydrotreating

L'obiettivo generale di questo processo è dimostrare la produzione di combustibili idrocarburici da biomassa lignocellulosica in un processo in due fasi costituito da pirolisi rapida e idrotrattamento. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dei biocarburanti, come l'impatto delle materie prime e delle condizioni operative sulla qualità e sulla resa del bio-olio di pirolisi e del prodotto idrocarburico. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente la produzione di petrolio in reattori di rilevanza industriale e in quantità sufficienti per valutare il processo completamente integrato.

I problemi generali con le operazioni di pirolisi sono: alimentare la biomassa in modo affidabile, evitare che i vapori condensati ostruiscano le linee di trasferimento riscaldate nell'ingresso del condensatore e ottenere la condensazione completa. L'ostruzione del catalizzatore durante l'idrotrattamento a causa dell'instabilità dei prodotti avviene tramite olio, è semplicemente utilizzando un processo a due stadi che include uno stadio di stabilizzazione. A dimostrare la procedura di pirolisi sarà Kellene Orton del National Renewable Energy Laboratory.

Il reattore di pirolisi utilizzato è un reattore a letto fluido gorgogliante di 5,0 centimetri di diametro interno costruito in laboratorio e dotato di un sistema di condensazione in vetro. Assemblare il reattore di pirolisi, il ciclone con ricevitore di catrame e il filtro caldo come descritto nel protocollo di testo. Per il primo condensatore, utilizzare una ghiera di grafite in un raccordo di compressione per accoppiare il tubo in acciaio inossidabile a un pezzo di tubo di vetro borosilicato fuso a un giunto conico standard.

Evitare di serrare eccessivamente. Applicare grasso al silicone, o un manicotto in teflon, sul giunto conico standard. Collegare il primo condensatore a un pallone a due colli posto in un contenitore che fungerà da bagno di ghiaccio.

Realizzare i collegamenti tra i recipienti a valle di questo punto con un tubo in vinile trasparente da 9-12 millimetri. Fissare il tubo con il tubo clamps sui giunti in vetro smerigliato, giunti sferici e portagomma sulla vetreria. Collegare l'uscita del primo pallone del condensatore all'ingresso del precipitatore elettrostatico, o ESP.

Collegare l'uscita dell'ESP al raccordo superiore del condensatore a dito freddo. Quindi, collegare uno scarico della pressione con tubo a U alla linea tra l'ESP e il condensatore a dita freddo. Riempire il tubo a U per metà con acqua.

Quindi, collegare il ricevitore a un pallone a due colli da 500 millilitri posto in un contenitore che fungerà da bagno di ghiaccio secco. Attacca un foro alla fiaschetta. Collegare l'uscita del foro all'ingresso dell'alloggiamento del filtro a coalescenza.

Posizionare un contenitore per contenere il ghiaccio secco attorno alla parte inferiore dell'alloggiamento del filtro. Versare 200 millilitri di sabbia nel reattore. Quindi, versare due chilogrammi di biomassa macinata nella tramoggia di alimentazione.

Eseguire il controllo delle perdite, riscaldare il reattore e prepararsi a farlo funzionare come descritto nel protocollo di testo. Infine, aggiungere ghiaccio e ghiaccio secco al treno del condensatore. Per iniziare l'esperimento di pirolisi, accendere le lunghe valvole di rame e la coclea.

Accendere i vibratori del sistema di alimentazione. Impostare la tensione a 5-10 kilovolt, se necessario, per osservare un arco almeno una volta ogni due secondi.

Accendi l'alimentatore a bassa velocità. E assicurati che la biomassa si stia nutrendo. Osservare la temperatura del letto e aumentare il set point secondo necessità per compensare l'aumento del carico termico.

Quando la temperatura si è ristabilita entro due gradi Celsius dal set point, aumentare la velocità di alimentazione di 100 grammi all'ora. Ripetere il processo fino a raggiungere la velocità di avanzamento desiderata. Ogni 15 minuti, registrare la temperatura del letto, la velocità di alimentazione, la velocità del misuratore di prova a secco e le pressioni del sistema.

Verificare che l'ESP continui a emettere correttamente l'arco elettrico. Rispondere alle modifiche secondo necessità, riempire il ghiaccio e il ghiaccio secco, scolare l'ESP in un barattolo di raccolta del prodotto secondo necessità. Interrompere l'alimentazione dopo aver alimentato abbastanza biomassa per ottenere una buona chiusura del bilancio di massa.

Evitare di riempire eccessivamente il ricevitore di catrame o i ricevitori del condensatore. Pesare tutte le parti del sistema del condensatore per ottenere una resa totale del liquido. Versare i liquidi dai ricevitori del condensatore in un barattolo o in una bottiglia comune.

Dopo aver raffreddato il sistema a una temperatura inferiore a 50 gradi Celsius, raccogliere il catrame dal ricevitore e dal filtro caldo. Rimuovere e pesare il materiale del letto utilizzando un aspirapolvere HEPA con un recipiente ad estrazione diretta. Ossidare il sistema e calcolare le rese come descritto nel protocollo di testo.

Analizzare l'olio di pirolisi come descritto nel protocollo di testo. Il sistema di idrotrattamento utilizzato è un reattore a flusso continuo a letto fisso di 1,3 centimetri di diametro interno costruito in laboratorio, con un componente di alimentazione di gas e liquidi e un componente di separazione del prodotto gas-liquido. Frantumare entrambi i catalizzatori, utilizzare il rutenio supportato dal carbonio come catalizzatore di fase uno per la stabilizzazione dell'olio di pirolisi e utilizzare il cobalto molibdeno supportato dall'allumina come catalizzatore di fase due per l'idrodeossigenazione dell'olio di pirolisi.

Setaccio per trattenere grani da 0,25 a 0,60 millimetri. Utilizzare tubi e schermi in acciaio inossidabile come mezzi di supporto per i letti del catalizzatore. Lentamente e in sequenza, versare i grani del catalizzatore dello stadio due, i grani del catalizzatore dello stadio uno e il catalizzatore originale dello stadio uno si estrudono nel reattore, picchiettando all'esterno del reattore per formare letti di catalizzatore impaccati.

Caricare 32 millilitri di ciascun catalizzatore per formare un letto di catalizzatore a due stadi con 24 millilitri di ciascun catalizzatore situato nella zona isotermica. Posizionare il reattore nel sistema di idrotrattamento installando prima i due riscaldatori. Quindi, collegare il reattore al componente di alimentazione del gas e del liquido e al componente di separazione del prodotto gas-liquido.

Dopo aver eseguito il pretrattamento del catalizzatore mediante solforazione come descritto nel protocollo di testo, regolare il flusso di idrogeno a 153 millilitri al minuto e mantenere la pressione del sistema a 10,3 megapascal. Impostare la temperatura del letto del catalizzatore dello stadio uno a 220 gradi Celsius e la temperatura del letto del catalizzatore dello stadio due a 400 gradi Celsius. Registrare la temperatura del letto e le linee di base del flusso di idrogeno quando la temperatura, la pressione e il flusso di idrogeno diventano stabili.

Aggiungere di-terz-butil disolfuro all'alimentazione dell'olio di pirolisi ad una quantità pari a 150 ppms di zolfo in olio di pirolisi. Riempire una delle pompe di alimentazione con l'olio di alimentazione per pirolisi e spurgare la linea di alimentazione fino a ottenere un flusso di liquido privo di bolle d'aria. Pressurizzare la pompa a 10,3 megapascal, quindi collegarla al reattore aprendo le valvole di collegamento.

Iniziare ad alimentare l'olio di pirolisi a una portata di 4,8 millilitri all'ora. Questa azione avvia il test di idrotrattamento dell'olio di pirolisi. Controllare lo stato del reattore e registrare periodicamente i parametri, come temperatura, pressione, portata e volume.

Assicurarsi che le temperature del letto del catalizzatore siano comprese tra più o meno due gradi rispetto alla temperatura desiderata, che le portate di gas e liquidi siano esattamente le stesse delle impostazioni desiderate e che la pressione del reattore sia compresa tra più o meno 0,15 megapascal della pressione desiderata. Assicurarsi inoltre che la caduta di pressione attraverso il letto del catalizzatore sia inferiore a 0,35 megapascal. Raccogliere i campioni liquidi ogni sei ore commutando prima la trappola di campionamento sulla trappola di bypass e riducendo la pressione della trappola di campionamento.

Quindi, scolare il campione liquido nelle fiale di raccolta. Spurgare la trappola di campionamento e pressurizzare la trappola di campionamento con azoto. Infine, reindirizzare il flusso del prodotto alla trappola di campionamento.

Analizzare i campioni di gas ogni due ore utilizzando la cromatografia a microgas. Condurre il test per 60 ore in funzione, impostando la temperatura del reattore a 100 gradi Celsius e la portata dell'idrogeno a 100 millilitri al minuto. Terminare il test interrompendo l'alimentazione dell'olio di pirolisi.

Elaborare e analizzare i prodotti liquidi come descritto nel protocollo di testo. Questa figura confronta l'analisi elementare del contenuto di carbonio, idrogeno e ossigeno della materia prima, dell'olio di pirolisi e del carburante migliorato. Dimostra il successo della conversione delle materie prime da biomassa in combustibili liquidi idrocarburici nel processo in due fasi.

Qui viene dimostrato l'impatto della filtrazione a gas caldo dei vapori di pirolisi prima della condensazione. La filtrazione a gas caldo elimina i residui inorganici, ma influisce anche sulla resa dell'olio di pirolisi e sulle proprietà dell'olio, come il contenuto di ossigeno dell'olio. I risultati dettagliati dimostrano le rese e le proprietà dei combustibili migliorati dopo l'idrotrattamento.

Il bio-olio filtrato a vapore caldo porta a un rapporto acqua/carburante leggermente più alto e le proprietà del carburante aggiornato per i due bio-oli sono molto simili. La principale differenza tra l'idrotrattamento dei due oli di pirolisi è che il letto del catalizzatore di bio-olio filtrato a vapore caldo ha mostrato una deposizione molto inferiore di minerali. Questa tecnica mostra la conversione della biomassa lignocellulosica in combustibili idrocarburici attraverso la pirolisi rapida e l'idrotrattamento, utilizzando le condizioni necessarie per produrre un biocarburante di alta qualità con una buona resa.

Dopo questo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori per esplorare le materie prime, le politiche e i parametri della biomassa e l'idrotrattamento dei catalizzatori e dei parametri con il più alto impatto sull'efficienza complessiva del carbonio, per la produzione di biocarburanti. Non dimenticare che lavorare con l'olio di pirolisi e sui sistemi a reattore caldo può essere estremamente pericoloso. Bisogna sempre prendere precauzioni durante l'esecuzione di questa tecnica.

Inoltre, le regole e le procedure di sicurezza devono essere seguite rigorosamente.