Name: La biomassa di conversione per la Produzione di idrocarburi liquidi Fuel Via Hot-vapore filtrata veloce pirolisi e catalitica Hydrotreating (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-25T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 28 s
Description: Scopri la produzione di combustibili idrocarburici da biomassa lignocellulosica mediante pirolisi rapida e idrotrattamento catalitico. Questo metodo ottimizza reattori industriali per biocarburanti di alta qualità.

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Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento dell&#39;Energia degli Stati Uniti (DOE) nell&#39;ambito del contratto DE-AC36-08-GO28308 a NREL e contratto DE-AC05-76RL01830 a PNNL. Gli autori ringraziano il supporto di Office bioenergia tecnologie del DOE.

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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

In questo articolo, abbiamo descritto una procedura dettagliata per la conversione di biomassa lignocellulosica di idrocarburi del carburante raggio tramite pirolisi veloce e idrotrattamento catalitico. Il sistema reattore di pirolisi NREL con 5 cm diametro del reattore a letto fluido interno e il sistema di idrotrattamento PNNL con un diametro interno a letto fisso da 1,3 cm reattore catalitico e le procedure di funzionamento sono descritte in dettaglio. Questi reattori possono essere utilizzati per effettuare prove di pirolisi e di hydrotreating in modo efficiente e sicuro. Abbiamo utilizzato materie prime rappresentativi erbacee per la produzione di bio-oli liquidi nel sistema reattore di pirolisi, e poi, i bio-oli sono stati elaborati nel sistema di hydrotreating con un letto di catalizzatore a due stadi compresi sulfided Ru / C e Como / Al 2 O 3 come catalizzatori per la produzione di carburante raggio idrocarburi liquidi. Il processo è applicabile anche a pirolisi di una vasta gamma di materie prime da biomassa tra cui il legno, erba e paglia del mais e poi l&#39;aggiornamento del prodottobio-olio per la produzione di biocarburanti. 16 Il processo di idrotrattamento e idrotrattamento anche potrebbe essere utilizzata per l&#39;aggiornamento di altri intermedi biomassa generata come l&#39;olio di liquefazione (bio-greggio) dalla biomassa come il legno e le alghe. Massimizzare resa bio-olio durante la pirolisi richiede riscaldamento della biomassa rapidamente a temperatura sufficiente per ottenere la massima volatilizzazione della biomassa. Per la maggior parte della biomassa, ciò significa temperature da 500 a 600 ° C. Un letto fluido fornisce un rapido trasferimento di calore dalla sabbia alla biomassa, fornendo una elevata velocità di riscaldamento. L&#39;uso di piccole particelle fornisce anche una velocità di riscaldamento superiore. Di solito una piccola percentuale maggiore resa bio-olio si ottiene con la terra biomassa di &lt;0,5 mm che con biomassa terra per &lt;2 mm. resa Massimizzare significa anche minimizzare il cracking termico dei vapori mantenendo il tempo di permanenza a temperatura bassa (da 1 a 2 secondi). vapori pirolisi contengono composti con una vasta gamma di punti di ebollizione. Così, l&#39;htubazioni ot tende a diventare sporcata con, vapori repolymerized liquidi e char. Per evitare questa condizione, mantenere la temperatura coclea inferiore a 100 ° C e tutte le superfici tra il reattore e condensazione stazione superiore a 400 ° C per evitare incrostazioni, ma inferiore a 500 ° C per minimizzare il cracking termico. copertura approfondita con nastro termico è necessario per evitare punti freddi e fornire una temperatura uniforme. isolamento pad cuciti con chiusure su di essi in genere forniscono una copertura più uniforme, ottenendo in tal modo la temperatura più uniforme. È importante che la temperatura scende rapidamente nel primo condensatore per ridurre al minimo la possibilità di ripolimerizzazione di materiali-punto di ebollizione elevato, che potrebbe portare al blocco del all&#39;ingresso del condensatore. È anche necessario utilizzare ghiaccio secco nel secondo condensatore di massimizzare il recupero di liquidi ed evitare danni agli strumenti gas di misura e analisi. Alcune funzioni avanzate non sono stati menzionati nella procedura di pirolisi veloce di base. iot è utile disporre di un manometro o trasmettitore vicino all&#39;ingresso del reattore. Inoltre, è utile per misurare la pressione differenziale attraverso il reattore e ciclone e per misurare la pressione finale e temperatura al misuratore di prova a secco (per consentire il calcolo dei volumi precisi). E &#39;anche utile avere termocoppie aggiuntive nel letto pirolisi per verificare che il letto è fluidificazione abbastanza uniformemente per fornire temperature uniformi. Tipicamente, &lt;5 ° C spread è visto verticalmente attraverso il letto. E &#39;anche utile avere il controllo della temperatura nested-ciclo sul reattore. Quando è necessaria una maggiore quantità di olio, è utile installare una valvola sul fondo del ricevitore char e montare un ricevitore char secondario sotto, che a sua volta ha una valvola in basso con un vaso vagamente montato ad esso. Questo rende possibile svuotare il ricevitore char nel ricevitore secondario e infine giù nel vaso in modo che il funzionamento continuo può essere mantenuta per molte ore. La vibrazione è di aiutoFul all&#39;operazione. martellamento manuale dei tubi può essere utilizzato, ma un vibratore automatica fornisce un&#39;agitazione più affidabile. Questi possono essere azionati continuamente sulla porta tramoggia serratura e coclea per mantenere un flusso di alimentazione regolare attraverso l&#39;alimentatore. Inoltre, utilizzando un vibratore automatica del ricevitore char secondario durante char scarico rende questa operazione molto più affidabile. filtrazione a caldo vapore migliora screpolature e riduce la resa bio-olio come indicato sopra. Mantenendo la temperatura del filtro bassa ma ancora al di sopra della temperatura di condensazione (&gt; 400 ° C) minimizza cracking. Una superficie inerte sul filtro può anche ridurre cracking. La superficie filtrante deve essere grande per ridurre la caduta di pressione. La maggiore limitazione del processo di pirolisi veloce è che il bio-olio prodotto ha alcune importanti proprietà problematici, come ad alta viscosità, corrosività, scarsa volatilità, potere calorifico inferiore, e instabilità chimica, che limita la loro utilizzazione diretta e causa alcuni problemi during loro aggiornamento. 6,7,8,9 Una variante di pirolisi veloce, catalitica pirolisi veloce, in cui pirolisi veloce è integrato con un processo di catalisi per aggiornare il vapore pirolisi, e hydropyrolysis, in cui veloce pirolisi condotta in presenza di gas reattivi come H 2, può portare ad una bio-olio maggiore qualità ma soffrono maggiore complessità operativa e bassa resa del prodotto. 4,8 Due stadi idrotrattamento catalitico ha mostrato buoni risultati di lavorazione per la conversione di bio-olio per alimentare raggio idrocarburi. Bio-oli sono noti per essere chimicamente instabile a causa della presenza di specie attive come composti carbonilici e fenolici che potrebbero subire ripolimerizzazione e condensazione a bassa temperatura, portando ad una elevata propensione per formare materiali carboniosi e la conseguente disattivazione del catalizzatore e anche l&#39;intasamento letto di catalizzatore. Pertanto, il primo passo fase di idrogenazione è stato critico per il processo, ed è stato utilizzato per stabilizzare bio-olio per idrogenazione dei carbonili e fenoliche ad una relativa bassa temperatura utilizzando un catalizzatore di idrogenazione corretta. Le prestazioni del catalizzatore di idrogenazione è stata la chiave della stabilità a lungo termine e l&#39;operabilità del processo. rimozione dell&#39;ossigeno dal idrodeossigenazione avvenuto al secondo stadio un catalizzatore di hydrotreating solfuro-based. La resa e proprietà del prodotto finale olio prodotto dipendevano i catalizzatori e le condizioni utilizzate nella seconda fase. Massimizzare la resa di combustibili liquidi finali potrebbe essere realizzato impiegando catalizzatori capaci di generare legami CC, come la funzione di alchilazione, e parametri di reazione ottimizzati tra cui la temperatura di reazione, pressione e velocità spaziale. La maggiore limitazione del processo di idrotrattamento è che, a causa di alcune proprietà problematici bio-olio come l&#39;instabilità chimica e la presenza di contaminanti 17, la durata dei catalizzatori di hydrotreating, soprattutto i primi catalizzatori fase di idrogenazione, tuttora limitanoed, il che rende il processo globale costosa. Massimizzare la durata dei catalizzatori usati potrebbe essere realizzato impiegando catalizzatori più robusti; parametri di reazione ottimizzati tra cui la temperatura di reazione, pressione e velocità spaziale; o pretrattamento per abbassare il contenuto della specie attiva o contaminanti nei mangimi bio-olio. Il idrotrattamento è stato fatto funzionare a pressioni e temperature elevate reattore con gas infiammabili e liquidi coinvolti. Pertanto, le norme di sicurezza e le procedure devono essere seguite scrupolosamente.

La nostra società dipende in larga misura dai combustibili fossili (ad esempio, petrolio, gas naturale, carbone, ecc). Queste risorse sono fonti di energia non sostenibili e si stanno esaurendo a un ritmo rapido aumento, che porta a preoccupazioni per quanto riguarda diminuzione delle risorse di combustibili fossili, conseguenze ambientali di emissioni di CO 2, e problemi economici. 1,2,3,4 vi è una crescente domanda di fonti energetiche alternative e sostenibili. La biomassa è l&#39;unica risorsa rinnovabile e carbon-neutral per la produzione di combustibili liquidi (biocarburanti) e prodotti chimici a base di carbonio per sostituire i combustibili fossili nel corrente sistema di produzione di energia e la conversione. 3,4 Biomassa lignocellulosica (ad esempio, i boschi, l&#39;erba, le colture energetiche, rifiuti agricoli, ecc), che è attualmente la fonte di biomassa più abbondante e meno costoso, ha attirato l&#39;attenzione più come un modo per la produzione di biocarburanti attraverso vari percorsi termochimici e biologici. <sup&gt; 3,4 tre percorsi principali sono stati al centro del recente ricerca: 1) la conversione biochimica o chimica di zuccheri seguita dalla fase acquosa trasformazione catalitica e biochimico ai biocarburanti; 2) la gassificazione di gas di sintesi seguita da conversione catalitica di biocarburanti o alcool; e 3) la pirolisi o liquefazione di bio-oli liquidi seguiti da aggiornamento catalitica ai biocarburanti. 3,4 Il primo percorso può utilizzare solo la porzione di cellulosa ed emicellulosa di biomassa lignocellulosica. La pirolisi integrato con l&#39;aggiornamento è considerata una tecnologia praticabile a breve termine per la produzione diretta di biocarburanti. La pirolisi è la decomposizione termica della biomassa lignocellulosica a temperature comprese tra 400 e 550 ° C in assenza di ossigeno. 4,5,6 Una serie di reazioni, come depolimerizzazione, disidratazione, e scissione del legame C-C, si verificano durante la pirolisi e portano alla formazione di una miscela complessa of più di 200 composti ossigenati. 4,5,6 Bio-oli in rese elevate (fino al 75% in peso di mangime secco) potrebbe essere prodotto con fino al 70% dell&#39;energia immagazzinata nelle biomasse trattenuti. 4,5 Tuttavia, l&#39;uso diretto della pirolisi bio-olio prodotto come combustibili di trasporto nelle apparecchiature standard è problematico a causa della elevata ossigeno e contenuto di acqua, che portano a diverse proprietà fisiche e chimiche, come ad alta viscosità, corrosività, scarsa volatilità, bassa potere calorifico, e scarsa stabilità. 6,7,8,9 Pertanto, estesa rimozione di ossigeno è necessario per aggiornare bio-oli per alimentare raggio idrocarburi. idrotrattamento catalitico utilizzando catalizzatori solidi in idrogeno è la via più comune per l&#39;aggiornamento di bio-olio per la rimozione di ossigeno attraverso reazioni idrodeossigenazione e idrogenazione. 6,7,8,9 Attualmente, una delle sfide principali per pirolisi seguita da idrotrattamento è quello di ottenere un funzionamento stabile a lungo termine, in particolare per laprocesso di idrotrattamento in cui l&#39;instabilità termica del bio-olio e residui inorganici e zolfo in bio-olio provoca significative disattivazione del catalizzatore. 10,11 L&#39;instabilità termica di bio-olio è stato affrontato per idrogenazione a bassa temperatura per stabilizzare la specie attiva in bio-olio. 11,12 Pulizia di bio-olio per la rimozione di residui inorganici, che potrebbero catalizzare ripolimerizzazione delle frazioni bio-olio e disattivare catalizzatori di hydrotreating dalla deposizione, può essere prezioso. filtrazione Hot-vapore è una delle tecniche per ridurre efficacemente il contenuto inorganico in bio-olio togliendo particolato char durante la pirolisi. 13,14,15 filtrazione Hot-vapore viene utilizzato a valle del reattore di pirolisi per separare ammende char dal gas / corrente di vapore pirolisi ad alta temperatura prima condensazione dei vapori. 13,14,15 Riportiamo qui il protocollo utilizzato presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) per la biomassa pyrol veloceYsis con e senza filtrazione a caldo vapore per produrre bio-oli utilizzando un reattore a letto fluido e al Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) per idrotrattamento bio-olio per la produzione di biocarburanti in un gremito letto reattore catalitico a flusso continuo. Le configurazioni dei sistemi di reattori, le procedure operative, nonché il trattamento e l&#39;analisi delle materie prime, bio-oli e biocarburanti sono descritte in dettaglio. I risultati del trattamento di pirolisi di un rifornimento di biomassa rappresentante con o senza hot-vapore-filtraggio e idrotrattamento del bio-olio prodotto sono anche presentati insieme ad una valutazione dell&#39;impatto della filtrazione a caldo vapore.

<table><tbody><tr><td>Sistema di pirolisi</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mulino</td><td></td><td></td><td>per materie prime per passare 2 mm di schermo</td></tr><tr><td>Sabbia per materiale del letto</td><td>Black Rock</td><td></td><td>Screen a 300-500 micron</td></tr><tr><td>Forno</td><td>Thermcraft</td><td>TSP-3.75-0-24-3C-J13667/1A</td><td>Forno a tubi divisi 3,75 ID X 24 L</td></tr><tr><td>Reattore di pirolisi</td><td>Costruito su misura al NREL</td><td></td><td>2" di diametro, altezza 17", distributore a doppia piastra sfalsata, 316SS, la porta della coclea è 2,5 cm sopra il distributore ed è raffreddata con aria o acqua, c'è un tubo a spirale da 1/4" 304 SS sotto il distributore per preriscaldare il gas</td></tr><tr><td>Ciclone</td><td>Costruito su misura a NREL</td><td></td> 1<td>" di diametro</td></tr><tr><td>Ricevitore a ciclone</td><td>Costruito su misura a NREL</td><td></td><td>Capacità di 1 L</td></tr><tr><td>Ricevitore secondario a ciclone</td><td>Costruito su misura a NREL</td><td></td><td>Capacità 1 L</td></tr><tr><td>Filtro vapore caldo</td><td>Serv-A-Pure</td><td>SC2-0P10B34-X</td><td>316SS, 10 pollici di lunghezza, 2,0 micron</td></tr><tr><td>2 colli a fondo tondo palloni</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Precipitatore elettrostatico</td><td>Allen Scientific Glassware, elettrodi costruiti in NREL Elettrodo</td><td>di terra lungo 2" di diametro 10" costruito su misura, vetro chiuso, rubinetto di arresto sul fondo</td><td></td></tr><tr><td>Alimentatore ad alta tensione</td><td>Spellman High Voltage</td><td>Bertan 803C-300P</td><td>30 kV max, 0,5 mA</td></tr><tr><td>Condensatore a dita fredde</td><td>Aldrich</td><td>Z164038</td><td></td></tr><tr><td>Filtro a coalescenza</td><td>Finito</td><td>10C15-060</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore di prova a secco</td><td>American Meter</td><td>DTM-200A</td><td>con contatore IMAC</td></tr><tr><td>Gascromatografo</td><td>Colonne Varian</td><td>CP-4900</td><td>MS5A, PBQ, CP-Sil</td></tr><tr><td>Rivelatore di idrogeno</td><td>Gerhard Wagner</td><td>Rivelatore di conducibilità termica</td> <td>TCM-4</td></tr><tr><td>Spettrometro a infrarossi non dispersivo</td><td>Modello analitico California</td><td>300</td><td>Monossido di carbonio 0-5%, 0-25%, anidride carbonica 0-5%, 0-20%, metano 0-5.000 ppmv, 0-3%</td></tr><tr><td>Regolatore di flusso di massa</td><td>Celerity (ora Tylan)</td><td>Unità 7301</td><td>0-20 SLM fondo reattore, 0-10 SLM coclea, 0-2 spurgi slm, 0-5 slm aria Auger</td></tr><tr><td></td><td>Manufacturing Specialists</td><td>110520</td><td>Coclea 3/8" Dia SS RH 18"</td></tr><tr><td>Motore per Coclea</td><td>Motoriduttore Leeson-Albero</td><td></td><td>Parallelo, 94 giri/min, 1/15 HP, TEFC, 115 VAC</td></tr><tr><td>Sistema di alimentazione: Motore per tramoggia</td><td>Lenze</td><td>VDE0530</td><td>7KB4-7-100H Motore Ac Riduttore elicoidale 3PH 0,25 kW 1,4/0,82 A</td></tr><tr><td>Sistema di alimentazione: Tramoggia e Perdita di peso Alimentatore</td><td>K-TRON Soder</td><td>KCL24T20</td><td>con controller K10S</td></tr><tr><td>Sistema di alimentazione: Valvole</td><td>Swagelok</td><td>SS-65TS16</td><td>151 bar a 37 gradi C e 6,8 bar a 232 &deg; C</td></tr><tr><td>Sistema di controllo</td><td>Opto22</td><td>SNAP-PAC parti</td><td></td></tr><tr><td>Cavi termici</td><td>McMaster-Carr</td><td>4550T152 e simili</td><td>Extreme Temperature (1.400 &deg; F), isolamento pesante per l'uso su metallo</td></tr><tr><td>Vibratore a sfera</td><td>Vibtec</td><td>K 8</td><td></td></tr><tr><td>Tubo a U</td><td>Costruito su misura in NREL</td><td></td><td>1/4" PFA e tubi in acciaio inossidabile, 1,4 m di altezza</td></tr><tr><td><forte>Sistema di idrotrattamento</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ru su catalizzatore di carbonio</td><td>Fabbricato a PNNL</td><td></td><td>7,6% in peso di Ru su carbonio</td></tr><tr><td>3% di Co e 9% di Mo su catalizzatore Al2O3</td><td>Alfa-Aesar</td><td>45579</td><td>Ossido di cobalto, tipicamente 3,4-4,5%, ossido di molibdeno tipicamente 11,5-14,5% su allumina</td></tr><tr><td>Pompe di alimentazione</td><td>ISCO</td><td>500D</td><td>Pompa a siringa, capacità del cilindro di 500 ml</td></tr><tr><td>Regolatore di flusso di massa</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>Regolatore di temperatura avanzato Digi-Sense, termocoppie da 115 V</td></tr><tr><td>Termocoppie</td><td>Omega</td><td></td><td>di tipo K</td></tr><tr><td>Trasduttore di pressione</td><td>Omega</td><td>PX309-3KG5V</td><td></td></tr><tr><td>Nastri termici</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-03106-27</td><td>Nastro riscaldante a doppio elemento, 1/2 pollice x 12 piedi, 936 watt, 120 V CA con spina a 2 poli</td></tr><tr><td>Manometro digitale</td><td>Omega</td><td>DPG4000-3K</td><td>Manometro digitale ad alta precisione, con capacità di registrazione dei dati Regolatore</td></tr> di <tr><td>contropressione</td><td>Mity-Mite</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Misuratore di portata del gas</td><td>Mesa Labs</td><td>200-220L</td><td>Dry Cal, Definer 220 Low Flow&nbsp;</td></tr><tr><td>Reattore per idrotrattamento, croce, raccordo a T, raccordi</td><td>Parker, autoclave</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sensore di gas combustibile</td><td>SMC</td><td>5100-02-IT-S1-01-00-0-0</td><td>Sensore di rilevamento gas combustibile, alimentazione 24 VDC, uscita analogica 4-20 MADC con modbus, senza relè</td></tr><tr><td>Sensore H2S</td><td>SMC</td><td>5100-05-IT-S1-01-00-0</td><td>Modulo sensore di gas tossico H2S, alimentazione 24 VDC, uscita MADC analogica 4-20 con modbus, senza relè</td></tr><tr><td>Sensore di ventilazione</td><td>TSI</td><td>FHM10</td><td>Monitor per cappa aspirante FHM10</td></tr><tr><td>Cromatografo Micro-Gas</td><td>Inficon Inficon</td><td>3000</td><td>Micro-GC a quattro canali con setaccio molecolare, colonne Plot U, Allumina e Stabilwax</td></tr><tr><td>Sistema di monitoraggio e controllo basato su Lab-view</td><td>Costruito su misura presso PNNL</td><td></td><td>Utilizzo di parti e software Labview di National Instruments</td></tr></tbody></table>

la biomassa di conversione per la produzione di idrocarburi liquidi fuel via hot-vapore filtrata veloce pirolisi e catalitica hydrotreating

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

La conversione della biomassa lignocellulosica per produrre biocarburanti ha ricevuto un'attenzione significativa a causa della ricerca di un sostituto dei combustibili fossili. Tra i vari percorsi termochimici e biochimici, la pirolisi rapida seguita dall'idrotrattamento catalitico è considerata un'opportunità promettente a breve termine. Questo articolo riporta i metodi sperimentali utilizzati 1) presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) per la pirolisi rapida di biomassa lignocellulosica per produrre bio-oli in un reattore a letto fluido e 2) presso il Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) per l'idrotrattamento catalitico di bio-oli in un reattore catalitico a due stadi, a letto fisso, a flusso continuo. Le configurazioni dei sistemi di reattori, le procedure operative e la lavorazione e l'analisi di materie prime, bio-oli e biocarburanti sono descritte in dettaglio in questo documento. Dimostriamo anche la filtrazione a vapore caldo durante la pirolisi rapida per rimuovere le particelle di carbone fine e i contaminanti inorganici dal bio-olio. I risultati rappresentativi hanno mostrato il successo della conversione delle materie prime da biomassa in biocarburanti a base di idrocarburi e, in particolare, l'effetto della filtrazione a vapore caldo sulla produzione e l'aggiornamento del bioolio. I protocolli forniti in questo rapporto potrebbero aiutare a generare dati rigorosi e affidabili per la ricerca sulla pirolisi della biomassa e sull'idrotrattamento del bio-petrolio.

La pirolisi veloce di una biomassa erbacea rappresentante, switchgrass, con o senza filtrazione a caldo vapore ed il idrotrattamento catalitico del prodotto bio-olio sono usati come esempio per il processo qui riportato. Maggiori dettagli di questi esperimenti possono essere trovati in dettaglio nella nostra recente pubblicazione. 15 Hot-vapore filtrato pirolisi veloce Tabella 1 mostra bio-olio, char, e le rese gas prodotti con e senza il filtro hot-vapore per un tipico feedstock erbaceo. Per l'esperimento di controllo senza filtrazione a caldo vapore, i vapori passano se l'alloggiamento del filtro, ma il filtro non è stato installato. Questa mantenuto il tempo di permanenza nei due esperimenti stesso modo qualsiasi differenza è dovuta solo il filtro. Le rese bio-olio erano 52% al 56%, indicando positiva conversione della porzione principale della biomassa intermedia liquidooli te. Una foto di un campione rappresentativo bio-olio è mostrato in Figura 4. Il saldo chiusure di massa erano 86% al 90%. vapori leggeri che non sono stati correttamente raccolti nella stazione di condensazione sono stati una fonte di perdita di massa. oli pirolisi contengono diversi composti a basso punto di ebollizione, quali (punto di ebollizione 20.2 ° C) hydroxyacetaldehyde, che sono difficili da condensare. Aggiunta di una seconda trappola ghiaccio secco migliorerà il recupero dei composti condensabili luce. L'esecuzione di esperimenti con una maggiore velocità di avanzamento di biomassa rispetto riportato qui sarà migliorare il recupero dei vapori di luce, aumentando la concentrazione di vapore prima della formazione di condensa. La fuoriuscita di composti condensabili luce può essere verificata mediante gas cromatografia massa spettroscopia del gas in uscita. I bilanci di massa erano relativamente basso per la materia prima erbacea, probabilmente a causa della fuga char luce, che è stato prodotto dal switchgrass in quantità relativamente grandi. reazioni di cracking avvengono al filtro in modo inconclusione del filtro hot-vapore ha ridotto le rese in olio e ha aumentato le rese del gas. Tabella 2 e figure 5 e 6 mostrano i risultati delle analisi delle materie prime erbacee e le bio-oli prodotti. filtraggio Hot-vapore ridotto il residuo di cenere nel bio-olio dal 1,45% al ​​di sotto del limite di rilevazione. Varie sostanze inorganiche, come l'alluminio, calcio, ferro, potassio, magnesio, sodio, fosforo e silicio, sono state osservate in bio-oli e provengono principalmente dalla materia prima biomassa. filtraggio a caldo vapore diminuito in modo significativo il contenuto inorganico nella bio-olio, a indicare che il filtro a caldo di vapore è stato un potente protocollo per ridurre efficacemente il contenuto oligoelemento nei bio-oli, eliminando char e cenere particolato. filtraggio Hot-vapore ha anche diminuito il contenuto di carbonio e aumentare il contenuto di ossigeno nei bio-oli. materie prime legnose hanno un basso contenuto di ceneri rispetto alsono osservate materie prime erbacee, e riduzioni minori nella cenere bio-olio e contenuti inorganici. 15 Idrotrattamento catalitico di bio-olio I risultati analitici del bio-olio prodotto erano coerenti con il fatto che bio-oli prodotti da tale processo non sono di qualità sufficiente per un uso diretto in motori a combustione interna. Pertanto, è necessario potenziamento della bio-olio. I due campioni bio-olio sono stati aggiornati da idrotrattamento catalitico nel sistema di idrotrattamento alle condizioni di cui sopra. Bio-oli sono noti per collegare i reattori hydrotreating come caratteri o prodotti di polimerizzazione di specie attiva in Bio-oli accumularsi nel letto di catalizzatore. Pertanto, la caduta di pressione attraverso i letti di catalizzatore durante le prove di hydrotreating è un importante indicatore di accumulare caratteri o prodotti di polimerizzazione. Il B hot-vapore filtratoio-olio eseguito quasi senza problemi per 60 ore TOS nel test di idrotrattamento. Tuttavia, il bio-olio non filtrato aveva ~ 5% in peso di solidi non disciolti, che separavano nella pompa e non sono stati trattati. Anche con questi solidi non trattati, c'era ancora un accumulo caduta di pressione dopo 50 ore TOS, probabilmente a causa dei residui solidi del bio-olio non filtrato collegando il letto di catalizzatore imballato. Le tabelle 3 e 4 e le figure 5 e 7 lista la resa dei prodotti per idrotrattamento bio-olio a diversa lancio. Phase-separato prodotti liquidi, tra una fase aggiornato olio ed una fase acquosa, e prodotti gassosi, inclusi CH 4, C 2 H 6, C 3 H 8, C 4 H 10, CO e CO 2, sono stati prodotti. La figura 4 mostra una foto di un campione di olio riparativa aggiornato. Tabella 5mostra i risultati dell'analisi di olio aggiornato e Figura 5 confronta i risultati dell'analisi elementare del bio-olio e l'olio aggiornato. Hydrotreating era molto efficace nel ridurre l'ossigeno, zolfo e azoto e l'aggiunta di idrogeno significativamente dal feed bio-olio. Il contenuto di ossigeno nell'olio superiore era ~2.0 wt%, che era significativamente inferiore 35 a 40% in peso di ossigeno nel mangime bio-olio. Il rapporto idrogeno-carbonio dell'olio superiore era ~1.7, rispetto ~1.3 per l'alimentazione bio-olio. L'andamento della densità dell'olio aggiornato, che passa da 0,81 al 0,83 g / ml nel periodo del test, suggerisce una disattivazione del catalizzatore lieve negli TOS 60 ore. Come mostrato in figura 7, i confronti di prodotti idrotrattata tra hot-vapore filtrato e bio-olio non filtrato mostrato che hot-vapore filtrato bio-olio ha portato ad un rapporto olio leggermente superiore acqua-aggiornato, che è consiStent con il contenuto di ossigeno superiore nel mangime bio-olio caldo-vapore filtrato. Le proprietà dell'olio di aggiornamento per i due bio-oli erano molto simili. La differenza principale tra l'idrotrattamento di hot-vapore filtrata e non filtrata bio-olio era che i letti catalitici usati di hot-vapore filtrato bio-olio mostravano meno deposizione inorganici rispetto ai letti catalitici usati con non filtrata bio-oli. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig1.jpg"> Figura 1. Schema per il letto fluido reattore di pirolisi 5 cm. C'è un filtro hot-vapore, un sistema di condensazione, e un sistema del gas di misurazione. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig2.jpg"> r /&gt; Figura 2. Schema del sistema di idrotrattamento mini-reattore. (MFC: controllore di flusso di massa; RD: disco di rottura; PT: trasduttore di pressione; PI: indicatore di pressione (manometro); BPR: regolatore di contropressione; PR: il regolatore di pressione) <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig3.jpg"> Figura 3. Schema del catalizzatore letto nel reattore mini-idrotrattamento. Il profilo di temperatura del letto catalitico è mostrato nella sinistra e la posizione dei catalizzatori di ciascuna fase è mostrata nella destra. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> s / ftp_upload / 54088 / 54088fig4.jpg "/&gt; Figura 4. Foto di un rappresentante campioni bio-olio (a sinistra) e un campione di olio aggiornato rappresentante (a destra). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig5.jpg"> Figura 5. Confronto dei risultati delle analisi elementare della carica erbaceo (switchgrass), il bio-olio prodotto con filtrazione a caldo vapore, e l'olio aggiornato. Carbonio, idrogeno, e contenuto di ossigeno non cambia molto dopo veloce pirolisi della biomassa, tuttavia, il contenuto di ossigeno è diminuito significativamente e contenuto di idrogeno aumentata dopo idrotrattamento bio-olio. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> &lt;p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"&gt; <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig6.jpg"> Figura 6. Confronto di resa in olio, efficienza di carbonio, e alcune proprietà bio-olio da hot-vapore filtrato e pirolisi non filtrata. Questo dimostra l'impatto di filtraggio dei gas caldi di vapori di pirolisi prima di condensa. filtrazione gas caldo elimina i residui inorganici ma riguarda anche la resa di pirolisi olio [3-LM] e le proprietà del petrolio come il contenuto di ossigeno di olio. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/54088/54088fig7.jpg"> Figura 7. Confronto dei risultati di hydrotreating di bio-oli da hot-vapore filtrato e pirolisi non filtrata. Hot-vapore filtrato bio-olio porta ad una leggermente superiore acqua-to rapporto tra combustibile e le proprietà di combustibile migliorato per i due bio-oli sono molto simili. La principale differenza tra idrotrattamento dei due oli di pirolisi è che il letto catalitico di hot-vapore filtrato bio-olio mostrato molto minore deposizione di minerali. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54088/54088fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Tabella 1" src="/files/ftp_upload/54088/54088table1.jpg"> Tabella 1. I rendimenti dei principali prodotti di pirolisi (bio-olio, char, e gas) e chiusure di bilancio di massa per pirolisi di una materia prima erbacea (verga) con e senza filtrazione a caldo vapore. <img alt="Tabella 2" src="/files/ftp_upload/54088/54088table2.jpg"> Tabella 2. Analisi della materia prima rappresentante erbacea (verga) e bio-olio prodotto con e senza filtrazione a caldo vapore. 088table3.jpg "/&gt; Tabella 3. Resa dei principali prodotti di hydrotreating al diverso scossa per hot-vapore filtrata e non filtrata rappresentante bio-olio. <img alt="Tabella 4" src="/files/ftp_upload/54088/54088table4.jpg"> Tabella 4. Prodotto composizione del gas durante l'idrotrattamento di bio-oli rappresentativi. <img alt="Tabella 5" src="/files/ftp_upload/54088/54088table5.jpg"> Tabella 5. Analisi dei prodotti petroliferi aggiornati dal idrotrattamento di bio-oli rappresentativi.

Metodi sperimentali per la rapida pirolisi di biomassa lignocellulosica per la produzione di bio-oli e per l&#39;idrotrattamento catalitico di bio-oli per la produzione di idrocarburi gamma di carburante sono presentati. filtrazione a caldo di vapore durante la pirolisi veloce per rimuovere le particelle fini e char contaminanti inorganici da Bio-Oil è stata anche valutata.

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

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

L'obiettivo generale di questo processo è dimostrare la produzione di combustibili idrocarburici a partire da biomassa lignocellulosica mediante un processo in due fasi costituito da pirolisi rapida e trattamento catalitico con idrogeno. Questo metodo può contribuire a rispondere a domande fondamentali nel campo dei biocarburanti, come l'impatto della materia prima e delle condizioni operative sulla qualità e sul rendimento dell'olio pirolitico e del prodotto idrocarburico. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente la produzione di olio in reattori rilevanti a livello industriale e in quantità sufficienti per valutare l'intero processo in modo completamente integrato.I problemi generali associati alle operazioni di pirolisi sono: l'alimentazione affidabile della biomassa, il prevenire che i vapori condensati ostruiscano le linee di trasferimento riscaldate all'ingresso del condensatore e il raggiungimento di una condensazione completa. L'ostruzione del catalizzatore durante l'idrotrattamento, dovuta all'instabilità dei prodotti, viene superata utilizzando un processo in due stadi che include una fase di stabilizzazione. La procedura di pirolisi verrà dimostrata da Kellene Orton del National Renewable Energy Laboratory.Il reattore di pirolisi utilizzato è un reattore a letto fluidizzato con bollitore, costruito in laboratorio, con un diametro interno di 5,0 centimetri, dotato di un sistema di condensazione in vetro. Assemblare il reattore di pirolisi, il ciclone con il ricevitore di catrame e il filtro caldo come descritto nel protocollo testuale. Per il primo condensatore, utilizzare un manicotto in grafite all'interno di un raccordo a compressione per collegare il tubo in acciaio inossidabile a un tratto di tubo in vetro borosilicato saldato a un giunto conico standard.Evitare un serraggio eccessivo. Applicare grasso al silicone o una guaina in teflon al giunto conico. Collegare il primo condensatore a un pallone bicollo posizionato in un contenitore che fungerà da bagno di ghiaccio.Realizzare collegamenti tra i recipienti a valle di questo punto utilizzando tubi in vinile trasparente da 9-12 millimetri. Fissare i tubi con fascette stringitubo sui giunti in vetro levigato, sui giunti sferici e sulle bocchette filettate del materiale vetroso. Collegare l'uscita del primo pallone refrigerante all'ingresso del precipitatore elettrostatico, o ESP.Collegare l'uscita dell'ESP al raccordo superiore del condensatore a dito freddo. Successivamente, collegare un tubo a U di sicurezza alla linea tra l'ESP e il condensatore a dito freddo. Riempire il tubo a U per metà con acqua.Successivamente, collegare il ricevitore a un pallone a due colli da 500 millilitri posizionato in un contenitore che fungerà da bagno di ghiaccio secco. Fissare un knockout al pallone. Collegare l'uscita del knockout all'ingresso della carcassa del filtro coalescente.Posizionare un contenitore per contenere il ghiaccio secco attorno alla base del corpo del filtro. Versare 200 millilitri di sabbia nel reattore. Successivamente, versare due chilogrammi di biomassa macinata nel tramoggia di alimentazione.Eseguire il controllo della tenuta, riscaldare il reattore e prepararsi a farlo funzionare come descritto nel protocollo testuale. Infine, aggiungere ghiaccio e ghiaccio secco alla serie di condensatori. Per iniziare l'esperimento di pirolisi, accendere le valvole lunghe di rame e l'estrusore.Accendere i vibratori del sistema di alimentazione. Accendere l'ESP. Impostare la tensione a 5-10 chilovolt, secondo necessità, in modo da osservare un arco almeno una volta ogni due secondi.Accendere l'alimentatore a una velocità ridotta e assicurarsi che la biomassa venga alimentata. Osservare la temperatura del letto e aumentare il valore impostato secondo necessità per compensare l'aumento del carico termico.Quando la temperatura si è ripristinata entro due gradi Celsius rispetto al valore impostato, aumentare la velocità di alimentazione di 100 grammi all'ora. Ripetere il processo fino a raggiungere la velocità di alimentazione desiderata. Ogni 15 minuti, registrare la temperatura del letto, la velocità di alimentazione, la portata del misuratore del gas secco e le pressioni del sistema.Verificare che l'ESP stia ancora effettuando correttamente l'arco elettrico. Rispondere alle variazioni secondo necessità, ricaricare il ghiaccio e il ghiaccio secco, svuotare l'ESP in un barattolo di raccolta del prodotto secondo necessità. Interrompere l'alimentazione dopo aver fornito una quantità sufficiente di biomassa per ottenere una buona chiusura del bilancio di massa.Evitare di riempire eccessivamente il ricevitore del catrame o i ricevitori del condensatore. Pesare tutte le parti del sistema di condensazione per ottenere la resa totale di liquido. Versare i liquidi provenienti dai ricevitori del condensatore in un barattolo o una bottiglia comune.Dopo aver raffreddato il sistema a meno di 50 gradi Celsius, raccogliere la pece dal ricevitore e dal filtro caldo. Rimuovere e pesare il materiale del letto utilizzando un aspirapolvere HEPA con un recipiente di separazione. Ossidare il sistema e calcolare le rese come descritto nel protocollo testuale.Analizzare l'olio di pirolisi come descritto nel protocollo del testo. Il sistema di idrotrattamento utilizzato è un reattore continuo a letto fisso, costruito in laboratorio, con diametro interno di 1,3 centimetri, dotato di una componente per l'alimentazione di gas e liquido e di una componente per la separazione del prodotto gas-liquido. Triturare entrambi i catalizzatori, utilizzare rutenio supportato su carbonio come catalizzatore di primo stadio per la stabilizzazione dell'olio di pirolisi e utilizzare cobalto molibdeno supportato su allumina come catalizzatore di secondo stadio per l'idro-deossigenazione dell'olio di pirolisi.Setacciare per trattenere granuli di dimensioni comprese tra 0,25 e 0,60 millimetri. Utilizzare tubi e schermi in acciaio inossidabile come materiale di supporto per i letti catalitici. Versare lentamente e in sequenza i granuli del catalizzatore dello stadio due, i granuli del catalizzatore dello stadio uno e gli estrusi originali del catalizzatore dello stadio uno nel reattore, battendo leggermente sul lato esterno del reattore per formare letti catalitici ben compattati.Caricare 32 millilitri di ciascun catalizzatore per formare un letto catalitico a due stadi, con 24 millilitri di ciascun catalizzatore posizionati nella zona isoterma. Inserire il reattore nel sistema di idrotrattamento installando prima i due riscaldatori. Successivamente, collegare il reattore al componente di alimentazione di gas e liquido e al componente di separazione del prodotto gas-liquido.Dopo aver eseguito il pretrattamento del catalizzatore mediante solfidazione come descritto nel protocollo testuale, 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 catalitico dello stadio uno a 220 gradi Celsius e la temperatura del letto catalitico dello stadio due a 400 gradi Celsius. Registrare i valori di riferimento della temperatura del letto e del flusso di idrogeno quando temperatura, pressione e flusso di idrogeno diventano stabili.Aggiungere disolfuro di di-tert-butilo al carburante oleoso da pirolisi in una quantità pari a 150 ppm di zolfo nell'olio da pirolisi. Riempire una delle pompe di alimentazione con il carburante oleoso da pirolisi e spurgare la tubazione di alimentazione finché non si ottiene un flusso liquido privo di bolle d'aria. Portare la pompa alla pressione di 10,3 megapascal, quindi collegarla al reattore aprendo le valvole di collegamento.Iniziare a immettere l'olio di pirolisi a un flusso di 4,8 millilitri all'ora. Questa azione avvia il test di idrotrattamento dell'olio di pirolisi. Verificare lo stato del reattore e registrare periodicamente i parametri, come temperatura, pressione, portata e volume.Assicurarsi che le temperature del letto catalitico siano entro due gradi, più o meno, della temperatura desiderata, che le portate del gas e del liquido siano esattamente uguali ai valori impostati desiderati e che la pressione del reattore sia entro 0,15 megapascal, più o meno, della pressione desiderata. Verificare inoltre che la caduta di pressione attraverso il letto catalitico sia inferiore a 0,35 megapascal. Raccogliere i campioni liquidi ogni sei ore, passando prima il trappolatore di campionamento al trappolatore di by-pass e riducendo la pressione del trappolatore di campionamento.Quindi, scaricare il campione liquido nei vial di raccolta. Spurgare la trappola di campionamento e pressurizzare la trappola di campionamento con azoto. Infine, deviare il flusso del prodotto verso la trappola di campionamento.Analizzare i campioni di gas ogni due ore utilizzando la microcromatografia gassosa. Eseguire il test per 60 ore in corrente, impostando la temperatura del reattore a 100 gradi Celsius e la portata di 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 testuale. Questa figura confronta l'analisi elementare del contenuto di carbonio, idrogeno e ossigeno della materia prima, dell'olio di pirolisi e del carburante migliorato. Illustra la conversione riuscita di biomasse in carburanti liquidi idrocarburici mediante il processo in due fasi.Viene qui dimostrato l'effetto della filtrazione a caldo dei vapori di pirolisi prima della condensazione. La filtrazione del gas caldo elimina i residui inorganici, ma influisce anche sul rendimento dell'olio di pirolisi e sulle proprietà dell'olio, come il contenuto di ossigeno nell'olio. Risultati dettagliati mostrano i rendimenti e le proprietà dei combustibili migliorati dopo il trattamento con idrogeno.La bio-olio filtrata a vapore caldo porta a un rapporto leggermente più elevato tra acqua e combustibile, e le proprietà del combustibile migliorato per le due bio-oli sono molto simili. La differenza principale tra l'hydrotrattamento dei due olii di pirolisi è che il letto catalitico della bio-olio filtrata a vapore caldo ha mostrato un deposito di minerali molto minore. Questa tecnica illustra la conversione della biomassa lignocellulosica in combustibili idrocarburici mediante pirolisi rapida e hydrotrattamento, utilizzando le condizioni necessarie per produrre un biocarburante di alta qualità con rese elevate.Dopo questo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori per esplorare materie prime lignocellulosiche, politiche e parametri, nonché catalizzatori e parametri di idrotrattamento con il maggiore impatto sull'efficienza complessiva del carbonio, per la produzione di biocarburanti. Non dimenticare che lavorare con olio di pirolisi e su sistemi reattori a caldo può essere estremamente pericoloso. Si devono sempre adottare precauzioni durante l'esecuzione di questa tecnica.Inoltre, le norme e le procedure di sicurezza devono essere rigorosamente seguite.

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