このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。

方法論記事

接触分解変換により菜種油からバイオ燃料および生化学の研究室の生産

13.3K 回視聴

⸱

DOI:

10.3791/54390

⸱

2016年9月2日

 ,  ,  ,  , 
1CanmetENERGY, Natural Resources Canada

この記事について

サマリー

本稿では、穏やかな温度で触媒の存在下で化石ベースのフィードと混合したキャノーラ油からのバイオ燃料とバイオケミカルを製造するための実験的な方法を提示します。反応器からの気体、液体、および固体の生成物を定量し、特徴付けられます。変換および個々の製品の収率が計算され、報告されています。

要約

この研究は、ビチューメン由来の重油(HGO)の存在下でのキャノーラ油(バイオフィード)の加工性を調査し、流体接触分解(FCC)ルートによる輸送用燃料の生産について調査した報告された研究に基づいています。クラッキング実験は、8 hr-1、490-530 °Cの固定重量時間間隔(WHSV)、および4-12 g / gの触媒/油比で全自動反応ユニットを使用して実行されます。供給物が流動床反応器内の触媒と接触すると、亀裂が発生し、気体、液体、および固体の生成物が生成されます。生成された蒸気は凝縮され、-15°Cの液体レシーバーに収集されます。非凝縮性廃液は、最初に容器に送られ、均質化後、製油所のガス分析のためにオンラインガスクロマトグラフ(GC)に送られます。触媒上に堆積したコークスは、使用済み触媒を高温の空気中で燃焼させることにより、その場で測定されます。CO2のレベルは、赤外線(IR)セルを介して定量的に測定され、コークス収率に変換されます。レシーバー内の液体サンプルは、GCによってシミュレート蒸留のために分析され、IBP-221 °C(ガソリン)、221-343 °C(軽サイクル油)、343 °C+(重サイクル油)などのさまざまな沸騰範囲での量が決定されます。キャノーラ油を含む飼料に亀裂が入ると水が発生し、液体レシーバーの底部とその内壁に現れます。壁面の水の回収は、メタノールによる洗浄とそれに続くカールフィッシャー滴定による含水率の漸増によって達成されます。報告された基本的な結果には、変換(沸点が221°C未満のガスおよび液体製品、コークス、および存在する場合は水に変換された飼料の一部)と乾燥ガス(H2-C 2、CO、およびCO2)、液化石油ガス(C3-C 4)、ガソリン、軽質サイクル油、重質サイクル油、 コーラ、および存在する場合は水。

概要

バイオマス由来の原料から輸送燃料を製造するための効率的かつ経済的な手段を見つけるために、民間部門と公共部門の両方で強力なグローバル関心があります。この関心は温室効果ガス（GHG）の排出と地球温暖化への関連寄与石油化石燃料の燃焼の実質的な貢献を超える一般的な懸念によって駆動されます。また、再生可能な国内の液体燃料と外国産石油を置換する北米やヨーロッパで強い政治的意志があります。 2008年には、バイオ燃料が世界の輸送燃料1の1.8％を提供しました。多くの先進国では、バイオ燃料が近い将来2に石油燃料の10％6％から置換することが必要です。カナダでは、規制が3。欧州における再生可能エネルギー指令（RED）は、欧州連合（EU）トランスのための10％の再生可能エネルギー目標を義務付けた2010年12月15日出発ガソリン中の5％の平均再生可能燃料のコンテンツを必要とします2020年4による港湾セクター。

課題は、バイオマスから代替可能な輸送燃料を製造するための実行可能な経済的な経路を開発し、実証することでした。生物学的供給源は、木材チップ、森林廃棄物、農業残渣などのトリグリセリドベースのような植物油や動物性脂肪などのバイオマスだけでなく、廃食用油とセルロース系バイオマスを含みます。過去20年間にわたり、研究を用いて、バイオマス由来の油処理の評価に焦点を当ててきた従来の（FCC）5流動接触分解- 12、石油精製所でガソリンのほとんどを生産する責任技術を。本研究で我々の新しいアプローチは、オイルサンドビチューメン由来の原料と混合する同時プロセスのキャノーラ油です。通常、ビチューメンは、合成原油（SCO）はGHG emissiの68から78パーセントを占め、処理ルートは、特にエネルギー集約的である - これとして精油所原料を生産、前精錬にアップグレードする必要がありますカナダの総温室効果ガス排出量14の2.6％を構成し、SCOの生産13と、2011年からアドオン。バイオ燃料の生産がはるかに小さいカーボンフットプリントを含むのでbiofeedでアップグレードHGOの一部を置き換えることは、温室効果ガスの排出量を減少させるであろう。それはカナダと米国で豊富であるため、キャノーラ油は、この作品に選ばれています。この原料は、FCC性能や製品の品質に影響を与える可能性が硫黄、窒素、および金属の内容は無視され、一方HGOsと同様の密度および粘度を有しています。また、この共同処理オプションは、それは少し追加のハードウェアや製油所の修正を必要とするであろう、したがって、既存の製油所のインフラストラクチャの利用を可能にし、同じよう重要な技術的および経済的な利点を提供しています。加えて、共処理高い芳香ビチューメンが直鎖状バイオマス対応して供給するとき、製品の品質向上につながる可能性が潜在的な相乗効果が存在してもよいです。しかし、同時処理重要な技術的課題を伴います。高酸素含有量、パラフィンリッチな組成、石油供給原料との相溶性、汚染電位、 等 ：これらは、バイオフィードのユニークな物理的及び化学的特性を含みます

本研究では、接触分解を通じてキャノーラ油から実験室規模でのバイオ燃料の生産のための詳細なプロトコルを提供します。完全に自動化された反応系-臨床検査ユニット（LTU）15としてこの仕事に呼ば-この仕事のために使用されている。図1は、本機の動作を模式的方法を示しています。このLTUは、実験室FCC研究のための業界標準となっています。本研究の目的は、温室効果ガス排出量を軽減することを目標に燃料や化学物質を生成するためにキャノーラ油をクラッキングするためのLTUの適合性をテストすることです。

figure-introduction-1
図1：概念illustratio原子炉。触媒の流線を示すイラスト、飼料、製品、および希釈剤のn個。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

プロトコル

注意：材料を使用する前に、関連するすべての物質安全データシート（MSDS）を参照してください。通気換気フード内で起こらなければならない適切な個人用保護具（安全眼鏡、手袋、ズボン、クローズドつま先の靴、白衣）、および開口部、転送し、粗サンプルの取り扱いを身に着けている間、原油サンプルと協力してのみ行われるべきです。加熱された炭化水素は空気中の可燃性とすることができ、反応系には、慎重に原油の混合物で使用する前に漏れ、チェックする必要があります。反応器を750℃程度の高温に達することができ、加熱した表面付近で作業する場合、高温安全手袋を使用する必要があります。

1.一般的な考慮事項

  1. 〜8時間かけて6回連続ランを完了することができ、自動化反応部、を最大限に活用するために、1.2グラム/分の一定の供給速度を選択します。これは関係WHSV = 60 / [（C / O）×T] = 60×（O /トン）を介して、8時間-1に重量空間速度（WHSV）を設定/ C FEはトンをここでエド配信分の時間とCとOグラムで、それぞれ、触媒および飼料の塊です。供給噴射時間を変更することによって、4、6、8、10、及び11.25（×2）の触媒/油の質量比のセットは、変換の広い範囲を達成するために、各反応温度のために達成されました。

2.原料と触媒調製

  1. 合成原油（SCO）の（バンドをスピニング）-343℃の留分を蒸留することによりHGOを取得します。
  2. 地元の食料品店から食用グレードのキャノーラ油を購入し、さらに処理することなく使用しています。
  3. 13.7535グラムキャノーラ油（0.9169グラム/ mlの濃度）でHGO（0.9370グラム/ミリリットルの密度）の79.645グラムを混合することにより、15体積％のキャノーラブレンドを準備します。
  4. 400タイラーメッシュ篩（38μmの開口部）との二次スクリーニングに続いて60タイラーメッシュ篩（250μmの開口部）を、使用した平衡触媒を画面。
  5. その後、4時間600℃で、オンサイズ粒子（38から250μm）を焼成トンにロード彼自動化された反応部の6ホッパー。

3.試験手順

  1. システムの準備
    1. プログラムの準備
      1. 反応器を制御するソフトウェアを使用して、運転条件のためのウィンドウを開きます。
      2. 実行期間の各工程における原料及び触媒、気圧、噴射時間、及び供給システム、原子炉、製品ライン、冷却水用の温度設定点、およびCO触媒コンバータの識別を入力。
    2. 触媒調製
      1. プロセスチューブ上記各触媒ガラスホッパーは、ホッパーに焼成上のサイズ触媒の蓋と電荷9グラムを削除します。ホッパーの頂部にOリングを取り付け、その蓋を再クランプ。
    3. 送り速度の校正
      1. すべてのクラッキングの実行のための一定の供給注入速度（1.2グラム/分）でフィードを配信するために、オイル供給ポンプを設定します。
      2. 大井を外しパージ弁（KV-114）16以下リットル供給ラインと風袋を計ったビーカーに油の配信のためにバルブの底に短い一時的なチューブを取り付けます。
      3. で、シリンジから出て、供給ラインに沿って容易に流れるようにHGO-ブレンドを可能にするために85°Cに原料を予熱。
      4. シリーズ（デフォルト設定）での最初の実行の場合と同じ値にポンプを較正するための噴射時間を設定します。
      5. ビーカーを風袋引きし、短い一時的なチューブの放電時にそれを置きます。反応部ソフトウェアのプリセット「PUMPCAL「ユーザプログラム17を起動します。
      6. PUMPCALプログラムが完了したら、フィードを含むビーカーを除去し、秤量します。飼料の質量供給速度を得るために、噴射時間によりビーカーに送達分けます。
      7. （ポンプに3桁のダイヤルを使用して）より高いまたはより低いにポンプ速度を調整し、所望の送り速度が達成されるまで3.1.3.6に、手順3.1.3.5を繰り返します。
      8. 削除します短い一時的なチューブ及び供給ラインを再接続します。
    4. ガス分析のためのGCのキャリブレーション
      注意：ガス分析のためのGCを基準チェック、データの傾向、及び物質収支から推測することができるキャリブレーションのうちであることがわかっている場合、このステップは必要です。経験は、GCのキャリブレーションが長期間に頼ることができることを示しています。
      1. 手動バルブ（HV-190）16に商用多成分製油所ガス標準のシリンダーを接続します。
      2. 溶出および製油所ガス標準ですべてのピークを分離することができるGCソフトウェアの方法をロードします。 表1にGCメソッドのパラメータを使用してください。
      3. GCソフトウェアを使用して、製油所ガス、標準の分析の実行を行います。
      4. 製油所ガス標準のクロマトグラムを開き、クロマトグラムのピークを統合します。
      5. CALIBのコンポーネントのすべてを確認して、クロマトグラムのピークを同定配給ガスが発見されました。存在するが、標準のコンポーネントに起因することはできません任意のピークを削除します。
      6. C 6 + 1、C 6 + 2、+ 3 C 6、およびC 6 + 4群にC 5後に溶出する保持時間の範囲、塊除算化合物に基づきます。この方法では、しこりメチルペンテンは、一つのCに5オレフィン基を異性体。
      7. GCソフトウェアを使用して、キャリブレーション機能の下で、ガスの標準から各集積ピークに濃度値を割り当てます。
      8. その後のテスト実行中にピークの濃度を決定するために使用するために、メソッドファイルへのキャリブレーションを保存します。商業用ガス標準を外します。
    5. CO 2アナライザの校正
      1. 反応ユニットのソフトウェアを介して、赤外線ガス分析装置に流れるように、ゼロガス（窒素）を有効の位置にバルブ（KV-170）16を切り替えます。フロー制御のvalに関連して、ノブを回して流れを調整（FCV-107）16、必要に応じて、フローインジケータ（FI-107）で約250 SCCMを取得する16 VEの 。
      2. ゼロマイナスドライバーの助けを借りて、分析装置のフロントパネルのゼロ調整ねじを使用して分析装置。
      3. アナライザにCO 2（19.8モル％）の標準ガスを供給するための手動弁（HV-107）16を切り替えます。フローインジケータ（FI-107）で約250 SCCMの流れを得るために、マニュアルバルブ（MV-107）16を調整します。
      4. フロントパネル上のSPANのネジを使用して、標準的なスパンガスの濃度（19.8モル％）を一致させるために読んアナライザを調整します。
      5. スパンガスを外し、RUNの位置に手動バルブ（HV-107）を返します。
    6. 液体製品レシーバの調製
      注：各レシーバは、シリコーンチューブの短い断片によって凝縮器の底部に接続された凝縮器およびGCバイアルで構成されています。
      1. 順次コンデに番号を割り当てますnsersとGCバイアル。
      2. 図2に示すように、各レシーバ出口アームの上部の内側にガラスウールの小さなプラグを置きます。
      3. ビーカーまたは適当な大きさのフラスコ内の一部もサポートし直立受信機を保管してください。化学天秤ドラフトのない環境（ 図3）を確保するために、立方晶プラスチックシールドで覆われているそのうちの一番上のウィンドウに各受信機を計量。
      4. ラベルされたストッパーと一緒に準備された受信機の乾燥質量（W 前）を記録します。
      5. インストールし、製品ラインに秤量した受信機を接続します（ 図4）。
    7. 原子炉の準備
      1. 1.125インチのインジェクタ高さを可能にする長さで反応器内の油供給ラインを取り付けます。
      2. 50-100実行後にフィルタを変更、製品ラインに入るの任意の触媒ダストを防ぐために、反応器の出口でフィルタを配置します。
      3. 反応器システムBの圧力試験を行いますyは供給ポンプのキャリブレーションと受信機の設置後PTEST1 17プログラムを実行しています。ガス抜きを閉じて、システムの分離に続いて150 mmHgの窒素と反応器システムを、加圧します。
      4. 圧力降下が漏れが存在しないことを示す分あたりせいぜい0.4 mmHgではありません確実にするために数分間読書圧力を守ってください。毎分を超える0.4 mmHgでの圧力低下が観察された場合、製造業者の指示に従ってリークテストを行い、それに応じて任意の漏れを改善。
サンプル入口T 90°C ポスト運転圧力 30 psiの
インジェクターT 90°C 圧力平衡 10秒
ファイル名を指定して実行時間 300秒 検出器 熱伝導率
カラム圧力 30 psiの データ取得速度 50ヘルツ
チャンネルA チャネルB チャンネルC チャネルD
プレカラム PLOT-U; 320ミクロン×3メートル×30ミクロン PLOT-Q; 320ミクロン×1メートル×10ミクロンアルミナ; 320ミクロン×1メートル×3ミクロン -
カラム Molsieve; 320ミクロン×10メートル×12ミクロン PLOT-U; 320ミクロン×8メートル×30ミクロンアルミナ; 320ミクロン×10メートル×8ミクロン OV1; 150ミクロン×10メートル×2ミクロン
キャリアガス アルゴンヘリウムヘリウムヘリウム
入口モード バックフラッシュバックフラッシュバックフラッシュ固定容積
コラムT 100°C 90°C 130°C 90°C
射出時間 30ミリ秒 120ミリ秒 0ミリ秒 100ミリ秒
バックフラッシュ時間 12.5秒 5.0秒 5.5秒 -

表1：LTUによって生成されたガスの分析のためのGCメソッドのパラメータ。

figure-protocol-1
図2：バイアル復水器への付着。写真は、ガラスウールプラグとシリコンチューブと凝縮器GCバイアルの添付ファイルの場所を示す。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

figure-protocol-2
図3：製品の受信機の計量トップ窓の外に固執することが長い液体製品の受信機を、計量するためのバランスのためのプラスチック製のカバーこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

figure-protocol-3
図4：液体受信添付写真の製品ラインへの液体の受信機のアタッチメントを示します。広告/ 54390 / 54390fig4large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

  1. オートモードでのシステム運用
    1. LTUのSETUP画面で、入力実験に関連する情報：実行数、フィード名、触媒識別、大気圧、皮膚との両方のクラッキングおよび触媒再生のための内部反応器温度、およびオイル噴射時間のためのセットポイント。完全な情報は、セクション3.1.1に含まれている場合は、この手順を省略します。
    2. プロセスフロー画面で「RUN」ボタンをクリックして実行モードにシステムを配置します。これは、ディスカッションで説明するオートモードでのステップを含むテストシーケンス17を 、開始します。
  2. 非自動モードシステム運用
    1. GCに接続されたコンピュータを使用して、ピークを積分し、確立されたキャリブレーションを使用してデータを処理します。入力LTUコンピュータを通じてLTUプログラムへの最終的なGCデータ。
  3. 操作後の実行
    1. 液体製品の質量決意
      1. クランプを除去した後、受信機を傾けて製品弁下ベベル金属チップ上の液体製品の小滴を収集します。
      2. すぐにラベルされたゴム栓を有する受信機を密封し、慎重に浴からそれを削除します。冷水で浴からエチレングリコールを洗い流し、ペーパータオルで外側を乾燥させます。
      3. 解凍機と受信機の下部にあるGCバイアルにダウンを実行するために、任意の冷凍製品をできるように、20分間、室温でラックの液体製品受信機を置きます。
      4. 風袋を計った脱脂綿綿棒で受信機用の金属接合部の周囲に液体ホールドアップを収集します。液体ホールドアップ（W スワブ ）とレコードの質量を決定します。
      5. 瞬間的に受信機の上部出口に栓を除去することにより、圧力均等化のための通気ドラフト内で大気中に液体製品レシーバを開きます。
      6. 置きます背面のストッパーと受信機の質量（W 後）を得ました。凝縮器からGCバイアルを取り外します。キャップは、後の分析のために4℃の冷蔵庫で製品サンプルを格納し。
      7. 水滴はキャノーラ油をクラッキングの場合のようにGCバイアルの下部に表示された場合は、できるだけ別のバイアルに限り水を含まない油製品を転送し、すぐにそれをキャップするためにクリーンな注射器を使用しています。
      8. メタノールの小さな品質で十分に受信機の凝縮器の内壁を洗浄し、水滴を含む元のGCバイアルにメタノール洗浄のすべてを収集します。バイアルに蓋をし、水の決意で使用するための内部の液体の塊を得ます。
    2. 模擬蒸留のための液体製品の分析
      1. 標準試験法ASTM D2887 18を使用して、ガソリンの範囲で沸騰する水を含まない液体生成物の質量割合（IBP-221°C）を決定する、ライトサイクルオイル（LCO、221から343℃）であり、h eavyサイクル油（HCO、343°C-FBP）。
    3. 水製品の分析
      1. 標準試験法ASTM D4377 19を使用して、バイアル中水滴と合わせ、メタノール洗浄の含水量（W H2O）を決定します。
  4. 計算
    1. ガス状生成物の質量
      1. 式に従って置換された水の体積を通って気体生成物の総体積を計算します。

        figure-protocol-4

        V ガスは、標準状態（0 Kと101.3キロパスカル）で集めたガスの体積（ml）である場合、V 水は 、Tはガスの温度（℃）であり、試験中に置換された水の量（ml）であり、Pはガス圧力（ありますキロパスカル）。
      2. 使用して、各ガス成分の質量を計算します。

        JPG "/>

        W iは気体生成物i 番目の質量（g）であり、Nここで、iは、ガス中のi 番目の成分のモル％であり、M iがガス状生成物i 番目の分子量です。 C 5 +未解決の塊の分子量は86であると仮定されます。
      3. 気体生成物としての総質量を計算します。

        figure-protocol-5

        ここで、W ガスは、気体生成物の全質量であり、W iは 3.5.1.2で計算したガス状生成物の i 番目の質量です。
    2. 液体製品の質量
      1. 液体製品との合計質量を計算します。

        W LIQ = 後の W - + W スワブ の前に W

        WのLIQは 、Wは、 後の質量（g）を液体製品の質量（グラム）である場合に前 W反応後の液体生成受信機、の反応前の液状製品の受信機の質量（g）であり、W 綿棒は、綿棒で採取した液体ホールドアップの質量（g）です。
    3. コー​​クスの質量
      1. 使用してLTU由来のコークスの総質量を計算します。

        W コークス = 1.0695×W 炭素

        W コークスは、コークスの質量（グラム）であり、W 炭素は炭素の質量（g）であり、1.0695は、炭素-コークス要因です。
    4. マスバランス（回復）
      1. 使用して、マスバランスを計算

        R = 100×W フィード ÷（ ガス + WがLIQ + W コークス W）

        Rは回復（飼料の質量％）とW 飼料である油供給物の質量（g）です。 Rは、96 102％の範囲にあるべきです。そうでない場合、不満足としてテストを拒否します。
    5. 非正規化収量と変換
      注：下記の式に従って、各製品の収率（質量％の飼料）を計算します。
      1. （H 2 -C 2 'Sを、COおよびCO 2）乾燥ガスを計算します

        Y DG =（W H2 + W C1 + W C2 + W CO + W CO2）÷W フィード 100×

        Y DGは、乾燥ガスの非正規化の収率（質量％フィード）であり、W H2は、H 2の質量（g）であり、W C1は C 1ガス（メタン）の質量（g）であり、W C2は、質量（グラム）でありますC 2ガス（エタンおよびエチレン）を、W COは、COの質量（g）であり、W CO2は、CO 2の質量（g）です。水に溶解したCO 2の微量のため、その補正が必要ないことに注意してください。
      2. 計算液化石油ガス（LPG）

        Y LPG =（W C3 + W C4）÷W フィード 100×

        Y LPGは、LPG製品の非正規化の収率（質量％フィード）であり、W C3は、C 3ガス（プロパンおよびプロピレン）の質量（g）であり、W C4は、C 4ガス（ブタンの質量（g）であり、 1,3-ブタジエンを含むブテン）。
      3. ガソリンを計算

        Y GLN = [X GLN×（W LIQ - W H2O - W 綿棒 ）+ W C5 +] 100×÷W フィード

        Y GLNは 、ガソリンの非正規化の収率（質量％フィード）であり、（模擬蒸留して得られた）X GLNは、水を含まない液体製品にガソリンの質量分率で、W H2Oは場合、液体生成物中の水の質量（g）であります任意の、およびW C5 +の質量（g）で気相中のC 5 +生成物（未C 6 <あり/サブ>プラスC 6 +しこり）。
      4. ライトサイクル油（LCO）を計算します

        Y LCO = [X LCO×（W LIQ - W H2O - W 綿棒 ）] W フィード ÷100×

        Y LCOは LCO物及び（模擬蒸留により得られた）のX LCOの非正規化の収率（原料の質量％）であり、水を含まない液体生成物中のLCOの質量分率です。
      5. 計算ヘビーサイクル油（HCO）

        Y HCO = [X HCO×（W LIQ - W H2O - W 綿棒 ）+ W スワブ ] W フィード ÷100×

        Y HCOは HCOと（模擬蒸留して得られた）X HCOの非正規化の収率（質量％フィード）である水を含まない液体製品にHCOの質量分率です。
      6. コー​​ラを計算

        Y コークス= W コークス ÷Wのフィード

        ここで、Y コークスは、コークスの非正規化の収率（質量％フィード）です。
      7. 水を計算

        Y H2O = W H2O÷W フィード 100×

        ここで、Y H2Oは水の非正規化の収率（質量％フィード）です。
      8. 変換の計算

        CONのunnorm = 100 - YのLCO - Y HCO

        CONのunnormは、非正規化変換（質量％フィード）です。
    6. 正規化された収量および変換

      Y 0、I = Y iは R×100÷

      Y 0 私は 、製品i 番目の正規化された収率（質量％フィード）があります。

      CON ノルム = 100 - Y 0 LCO- Y 0 HCO

      CON ノルムが規格化変換（質量％フィード）です。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

結果

キャノーラ油とSCO由来HGO 20との間（85.27質量比、すなわち 、14.73）確立されたプロトコルが正常15:85体積比の油ブレンドに適用されています。より高濃度のフィードも試みられたが、実用的な理由（コスト、キャノーラ油の可用性、および商業運転で可能な課題）について、研究は、15体積％キャノーラ油添加を含む原料に焦点を当てました。ブレンドは、触媒490から530℃、8.0時間-1 WHSV（配列11.25、10、8、6、4、および11.25で）、触媒/油比を変化させた時に割れました。比較のために、基油（純粋HGO）は、同じ条件下でクラッキングした。 表2は、先に 20で詳細に議論された変換および収率データを与えます。ブレンドの分解では、2つの構成要素間の干渉がないと仮定すると、それぞれが寄与する見かけ収率は計算することができます。算術。 表2は 、クラッキングの際に、ブレンド中の...

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

ディスカッション

ここで説明するプロトコルは、クラッキング原料油と触媒再生をシミュレートするために、流動触媒粒子のバッチを含む単一反応器のサイクル動作を利用します。油は流動床の底部に近いその先端と注入管を通って予熱し、上部から供給され、ひび割れします。接触分解を凝縮して回収受信機において、液生成物が収集された後に発生した蒸気は、その後、異なる沸点範囲の留分の収率を決定するためにシミュレートされた蒸留のために分析されます。非凝縮性気体生成物は、乾燥ガス、液化石油ガスの収率を決定するための分析のためのオンラインガスクロマトグラフに送信されます。ガス状生成物の体積を水置換法により測定されます。適切な触媒は、時間ストリッピングした後、触媒上に堆積したコークスは、高温（典型的には、上700℃）で空気中で失活した触媒を燃焼させることによりその場で決定されます。CO 2のレベルはIRセルを介して定量的に測定され、コークスの収率に変換されます。形成された水を回収し、カールフィッシャー滴定によって決定されます。飼料の総回収（マスバランス）が前に各製品の歩留まりの正常化に96 102％の範囲にあるべきです。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

開示事項

著者は、彼らが競合する金融利害関係を持たないことを宣言します。

謝辞

著者らは、合成原油を供給するため、その技術サポートのためのCanmetENERGY技術センター、およびSuncor社エナジー社の分析実験室に感謝したいです。この研究のための部分的な資金はカナダ天然資源省とプロジェクトIDのA22.015とエネルギー研究開発（PERD）のカナダの部門間のプログラムの政府によって提供されました。李チャンは、彼の自然科学と2016年1月から2015年1月からカナダ客員フェローシップの工学研究評議会（NSERC）を感謝したいです。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ACE(Advanced Cracking Evaluation)ユニットKayser Technology Inc.ACE R+ 46Zeton Inc. SN:505-46; (1) 原子炉;(2)触媒添加システム;(3)飼料供給システム。(4)液体収集システム。(5)ガス収集システム。(6)ガス分析システム。(7)触媒再生システム;(8)CO触媒コンバーター;(9)コークス分析装置
リアクター(ACE)Kayser Technology Inc.V-105内径1.6cmのステンレス製チューブで、底部が円錐形にテーパー状で、底部から希釈剤(窒素)が流れて触媒を流動化し、運転終了時のストリッピングガスとしても機能する
触媒添加システム(ACE)カイザーテクノロジー最大6回の充填に触媒を追加するための6つのホッパー(V-120F、各バルブ付き)
フィードデリバリーシステム(ACE)Kayser Technology Inc.フィードボトル(V-100)、シリンジ(FS-115)、ポンプ(P-100)、インジェクター(インジェクター高さ1.125インチ、つまり、円錐形リアクター底部の最下点からフィードインジェクターの下端までの距離
リキッドコレクションシステム(ACE)株式会社カイザーテクノロジー一般的な冷却剤浴(エチレングリコール/水混合物、質量比50:50)に約&ndashで浸漬された6つの液体レシーバー(V-110F)。15度;大型タンク内のC(V-145)
ガス回収システム(ACE)Kayser Technology Inc.水置換原理に基づき、モーター駆動の撹拌機を備えたガス回収容器(V-150)と、ビーカーに集めた変位水を計量するためのウエイトスケール(WT-100)(V-160)で構成されています。
ガス分析システム(ACE)Kayser Technology Inc.重要な要素は、Agilent micro GC(モデル3000A)で、それぞれの熱伝導率検出器(TCD)を備えた4つのキャピラリーカラムを備えています。
触媒再生システム(ACE)Kayser Technology Inc.V-105+700°Cで空気中でin situで燃焼される反応器内の使用済み触媒。触媒CO触媒コンバーターに堆積した炭素の完全な除去を確実にするためのC
 (エース)カイザーテクノロジー株式会社CuOを触媒として、排ガス中の任意のCOと炭化水素をCO2(IRガス分析計で分析)とH2O(乾燥機で吸収)に酸化する反応器(V-140)
コークス分析システム(ACE)Kayser Technology Inc.Servomex(モデル1440C)排気ガス中のCO2を測定するためのIR分析装置
R + MMソフトウェアスイートKayser Technology Inc.iFIX 3.5を含む 
Agilent Micro GCAgilent Technologies3000Aクラッキング後のガス分析用
Cerity Networked Data SystemAgilent TechnologiesSoftware for Agilent Micro GC
CO2 Gas AnalyserServomex Inc.1440CSN: 01440C1C02/2900
NESLAB 冷蔵バスThemo Electron CorporationRTE 740SN: 104300061
オリオン セージシリンジポンプテモエレクトロン社M362インジェクターチューブへの供給油供給用
合成原油(SCO) サンコア・エナジー(株)Suncor OSA 10-4.1
Catalyst PPetro-Canada RefineryEquilibrium catalyst
Balanceメトラー・トレドAB304-S液体製品計量用レシーバー
バランスメトラー・トレドXS8001Sガス製品によって置換された水の計量用
EthyleneGlycol Fisher Scientifc Inc.CAS 107-21-1剤として蒸留水と混合(50 v%)
DrieriteWA Hammond Drierite Co., Ltd.24001CO触媒コンバーター後の吸水用
酸化銅LECO Corporation501-170COからCOへの変換用触媒 2
sub>TolueneFisher Scientific Co. CAS 108-88-3用液体レシーバーAcetone
Fisher Scientific Co. CAS 67-64-1洗浄用液体レシーバー
Micro GC Calibration GasAir Liquid Canada Inc.SPG-25MX0015306多成分標準ガス
19.8% CO2 標準ガスBOC Canada Ltd.24069890IR分析計
Argon GasLinde Canada ltd.24001306グレード5.0純度
ヘリウムガスLindeカナダ株式会社24001333グレード5.0純度
ガス分析計 GCモジュールInficonGCMOD-15チャンネルA
ガス分析計 GCモジュールInficonGCMOD-03チャンネルB
ガス分析器 GCモジュールInficonGCMOD-04チャンネルC
ガス分析計 GCモジュールInficonGCMOD-73チャンネルD
HP 6890 GCヒューレット・パッカード社 G1530A模擬蒸留用
ASTM 2887 標準サンプルPAC L.P.26650.150模擬蒸留の品質管理用
ASTM 2887標準サンプルPAC LP25950.200
GC 6890 (模擬蒸留)用模Agilent TechnologiesCP756210 m x 0.53 mm x 1.2 & micro;m、HP 6890 GCカラム
液体窒素エアリキッドカナダ株式会社SPG-NIT1AC240LC模擬蒸留用 
窒素エアリキッドカナダ株式会社バルク(N2棟)ACEユニット運転用
テンププログラマブルファーネスサーモフィッシャーサイエンティフ株式会社10-750-126の焼成用
、クリンプトップクロマトグラギックスペシャリティーズインクC223682C2 ml、液体製品
シール用、クリンプトップクロマトグラギックスペシャリティーズインクC22115011 mm、GCバイアル
4オンスクリアボストンラウンドボトルッシャーサイエンティフィック社 02-911-784PEコーンライニングキャップ付き、フィードシステム
ふるいエンデコッツ株式会社6140269絞り 38ミクロン
ふるEndecotts Ltd.6146265絞り250 μm
シェーカー・エンデコッツ社MIN 2737-11Minor-Meinzer 2 Sieve Shaker, for catalyst screening
V20 Volumetric KF TitratorMettler Toledo5131025056液体製品の含水率分析用
Hydranal Composite 5Sigma-Aldrich34805-1L-Rカールフィッシャー滴定用試薬
メタノール(超低水グレード)Fisher Scientific Co. A413-4KF滴定用トルエン(40:60 w / w)と混合:レシーバーグラス
ウールフィッシャーサイエンティフィック社の11-388レシーバーアウトレットアーム上部に設置 
株式会社)で構成する冷却洗浄の校正用擬蒸留カラムの校正用アイソ 触媒GCバイアルフィで使用い 水回収にも使用。

参考文献

  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).

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

再版と許可

さらに記事を探す

流動接触分解キャノーラ油処理重質ガスオイルブレンド実験室試験装置ガスクロマトグラフ分析赤外線分析計模擬蒸留コークス収量決定水回収法
接触分解変換により菜種油からバイオ燃料および生化学の研究室の生産
お問い合わせ
図書館に推薦する

プライバシー

利用規約

ポリシー

著作権 © 2026 MyJoVE Corporation. 無断転載を禁じます。