이 논문은 온화한 온도에서 촉매의 존재하에 화석 기반 피드와 혼합 카놀라유로부터 바이오 연료 및 생화학 물질을 제조하기위한 실험 방법을 제시한다. 반응 부에서 기체, 액체, 고체 제품 정량화 특징으로한다. 변환 및 개별 제품 수율 계산 및보고됩니다.
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이 논문에서
요약
초록
이 작업은 유체 촉매 분해(FCC) 경로를 통한 운송 연료 생산을 위한 역청 유래 중유(HGO)의 존재 하에서 카놀라유(바이오 사료)의 가공성을 조사하는 보고된 연구를 기반으로 합니다. 균열 실험은 8 hr-1, 490-530 °C의 고정 중량 시간당 공간 속도(WHSV) 및 4-12 g/g의 촉매/오일 비율에서 완전 자동화된 반응 장치로 수행됩니다. 공급물이 유동층 반응기의 촉매와 접촉하면 균열이 발생하여 기체, 액체 및 고체 생성물이 생성됩니다. 생성된 증기는 응축되어 -15°C의 액체 수용기에 수집됩니다. 비응축성 폐수는 먼저 용기로 보내지고 균질화 후 정제 가스 분석을 위해 온라인 가스 크로마토그래프(GC)로 보내집니다. 촉매에 증착된 코크스는 사용된 촉매를 고온에서 공기 중에서 연소시켜 현장에서 측정합니다. CO2 수준은 적외선(IR) 셀을 통해 정량적으로 측정되며 코크스 수율로 변환됩니다. 리시버의 액체 샘플은 시뮬레이션된 증류를 위해 GC에 의해 분석되어 다양한 끓는 범위, 즉 IBP-221 °C(가솔린), 221-343 °C(경질 오일) 및 343 °C+(중질 오일)의 양을 측정합니다. 카놀라유가 함유된 사료를 깨뜨리면 물이 생성되며, 이 물은 액체 저장기의 바닥과 내벽에 나타납니다. 벽의 수분 회수는 메탄올로 세척한 후 수분 함량에 대한 Karl Fischer 적정을 통해 이루어집니다. 보고된 기본 결과에는 전환(끓는점이 221°C 미만인 기체 및 액체 생성물로 전환된 공급물의 일부, 코크스 및 물(존재하는 경우) 및 건조 가스(H2-C 2, CO 및 CO2), 액화 석유 가스(C3-C 4), 가솔린, 경질 사이클 오일, 중질 사이클 오일, 콜라, 그리고 물(있는 경우).
서론
바이오 매스 유래 원료로부터 운송 연료를 생산하는 효율적이고 경제적 인 수단을 찾을 수있는 모두 민간 및 공공 부문에서 강력한 글로벌 관심이있다. 이 관심은 온실 가스 (GHG) 배출과 지구 온난화 관련 공헌에 석유 화석 연료 연소의 실질적인 기여를 통해 일반적인 관심사에 의해 구동된다. 또한, 신 재생 국내 액체 연료와 해외 생산 석유를 대체하는 북미와 유럽에서 강력한 정치적 의지가있다. 2008 년 바이오 연료는 세계 수송 연료 (1)의 1.8 %를 제공했다. 많은 선진국에서, 바이오 가까운 미래이 석유 연료의 10 %가 6 %로 교체하는 것이 필요하다. 캐나다에서는 규정 3. 유럽의 신 재생 에너지 지침 (RED)도 유럽 연합 (EU) 트랜스에 대한 10 %의 재생 에너지 목표를 의무화하고있다 2010년 12월 15일 시작 가솔린 5 %의 평균 재생 연료의 컨텐츠를 필요2020 4에 의해 포트 부문.
문제는 개발 및 바이오 매스에서 대체 가능한 운송 연료를 생산하기 위해 가능한 경제 경로를 보여왔다. 생물 소스는 나무 조각, 숲 폐기물, 농업 잔류 물과 같은 중성 지방 기반의 식물성 오일과 동물성 지방 등의 바이오 매스뿐만 아니라 폐 식용유와 셀룰로오스 바....
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프로토콜
주의 : 재료를 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하십시오. 배출 한 fumehood에서 발생한다 적절한 개인 보호 장비 (안전 안경, 장갑, 바지, 폐쇄 발가락 신발, 실험실 코트), 그리고 개방, 전송 및 원유 샘플의 처리를 입고있는 동안 원유 샘플 작업 만 수행해야합니다. 가열 된 탄화수소 공기 가연성 일 수 있으며, 반응계 신중 원유 혼합물로 사용 전에 누설 체크한다. 반응기를 750 ° C의 높은 온도에 도달 할 수 있으며, 뜨거운 표면 근처에서 작업 할 때는 고온 안전 장갑을 사용하여야한다.
1. 일반 고려 사항
- ~ 8 시간에 걸쳐 여섯 연속 실행을 완료 할 수 있습니다 자동 반응 유닛을 최대한 활용하기 위해, 1.2 g / 분의 일정한 이송 속도를 선택합니다. 이 관계 WHSV = 60 / [(C / O) × t = 60 × (O / t)를 통해 8 시간 -1의 시간당 중량 공간 속도 (WHSV)를 설정 / C의 FE가 t를이고분 C와 O의 에드 배달 시간은 그램에서 각각 촉매 및 사료의 질량입니다. 피드 분사 시간을 변화시킴으로써, 4, 6, 8, 10, 11.25 (× 2)의 촉매 / 오일 질량비 세트 전환의 넓은 범위를 달성하기 위해 각 반응 온도에 도달 하였다.
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결과
카놀라유 및 SCO 유래 HGO (20) 사이 (85.27 질량 비율, 즉 14.73)에 설정된 프로토콜이 성공적 15:85 체적비의 오일 블렌드에 적용되었다. 높은 농도 피드도 시도했다하지만 실질적인 이유 (비용, 카놀라 기름의 가용성 및 상업 운전 가능한 과제)의 경우, 연구는, 15 V % 카놀라유 추가를 포함하는 공급 원료에 집중했다. 블렌드는 촉매 490-530 ℃, 8.0 시간 -1 WHSV (서열 11.25, 10, 8, 6, 4, 11.25 년) 촉매 / 오일 비율이 변하는에 금 하였다. 비교를 위해,베이스 오일 (순수한 HGO)도 동일한 조건에서 금 하였다. 표 2는 이전 20 상세히 설명 된 전환 및 수율 데이터를 제공한다. 두 개의 구성 요소 사이의 간섭이 없을 가정 블렌드 크래킹, 각 기부 겉보기 수율을 계산할 수있다산술적으로. .......
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토론
여기에 설명 된 프로토콜 균열 공급 오일 및 촉매 재생을 시뮬레이션 유동화 촉매 입자의 배치를 함유하는 단일 반응기의 반복 연산을 이용한다. 오일을 유동층의 하부에 가까운 선단 가진 분사기 튜브를 통해 예열 상부로부터 공급되는 금한다. 접촉 분해 후 생성 된 증기는 응축되어 수신기에서 수집하고, 수집 된 액상 제품이어서 다른 비점 범위의 분획의 수율을 결정하도록 시뮬레이션 된 증류에 대해 분석된다. 비응 축성 기체 생성물은 건조 가스 및 액화 석유 가스의 수율을 결정하기 위해 분석을 위해 온라인 가스 크로마토 그래피로 전송된다. 기체 생성물의 부피 물 치환 법에 의해 측정된다. 적합한 촉매는 시간을 박리 후, 촉매상의 코크스 침착 고온 (통상적 이상 700 ° C)에서 공기 중의 비활성화 촉매를 연소시켜 반응계에서 결정된다.CO 2의 레벨은 IR 세포를 통해 정량적으로 측정 및 코크스 수율로 변환됩니다. 형성된 모든 물을 회수하고, 칼 피셔 적정에 의해 결정된다. 공급의 총 회수율 (질량 균.......
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공개 사항
저자는 더 경쟁 재정적 이해 관계가 없음을 선언합니다.
감사의 글
저자는 합성 원유를 공급하는 자사의 기술 지원 CanmetENERGY 기술 센터 및 Suncor는 에너지 Inc.의 분석 실험실을 감사드립니다. 이 연구의 일부 자금은 캐나다 천연 자원 및 프로젝트 ID의 A22.015와 에너지 연구 개발 (PERD) 캐나다의 부서 간 프로그램의 정부에 의해 제공되었다. 이순신 장은 그의 자연 과학 및 2016년 1월에서 2015년 1월까지 캐나다 방문 원정대의 공학 연구위원회 (NSERC)을 인정하고 싶습니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 첨단 균열 평가(ACE) 장치 | Kayser Technology Inc. | ACE R + 46 | Zeton Inc. SN : 505-46에 의해 조립됨; (1) 반응기로 구성; (2) 촉매 첨가 시스템; (3) 사료 전달 시스템; (4) 액체 수집 시스템; (5) 가스 수집 시스템; (6) 가스 분석 시스템; (7) 촉매 재생 시스템; (8) CO 촉매 변환기; (9) 코크스 분석 시스템 |
| 반응기 (ACE) | Kayser Technology Inc. | V-105 | 바닥이 가늘어지는 원뿔형 바닥을 가지며 바닥에서 희석제(질소)가 흘러나와 촉매를 유동화하고 실행 종료 시 스트리핑 가스 역할도 하는 1.6cm ID 스테인리스강 튜브 |
| 촉매 첨가 시스템(ACE) | Kayser Technology, Inc. | 최대 6회 실행용 촉매 추가를 위한 6개의 호퍼(V-120F, 각 밸브 포함) | |
| 피드 전달 시스템(ACE) | Kayser Technology Inc. | 사료 병(V-100), 주사기(FS-115), 펌프(P-100) 및 주입기로 구성(1.125인치 주입기 높이, i.e., 원추형 반응기 바닥의 가장 낮은 지점에서 사료 주입기 하단까지의 거리) | |
| 액체 수집 시스템(ACE) | Kayser Technology Inc. | 6개의 액체 리시버(V-110F)가 약 &ndash에서 일반적인 냉각수 수조(50:50 질량 비율의 에틸렌 글리콜/물 혼합물)에 잠겨 있습니다. 15 > C 대형 탱크의 (V-145) | |
| 가스 회수 시스템 (ACE) | Kayser Technology Inc. | 물 변위 원리를 기반으로 합니다.모터 구동 교반기(MTR-100)가 있는 가스 수집 용기(V-150)와 비이커(V-160)에 수집된 변위된 물의 무게를 측정하기 위한 중량 저울(WT-100)로 구성됩니다. | |
| 가스 분석 시스템(ACE) | Kayser Technology Inc. | 핵심 요소는 각각의 열전도도 검출기(TCD)가 장착된 4개의 모세관 컬럼이 있는 Agilent micro GC(모델 3000A)입니다. | |
| 촉매 재생 시스템(ACE) | Kayser Technology Inc. | V-105 | 반응기에서 사용 된 촉매를 공기 중에서 in sitetu< / em> +700 °C로 연소시킵니다. 촉매 CO 촉매 변환기에 축적된 탄소의 완전한 제거를 보장하기 위한 C |
| (에이스) | 카이저 테크놀로지 Inc. | 배기 된 연도 가스의 CO 및 탄화수소를 CO2< / sub> (IR 가스 분석기로 분석) 및 H 2 < / sub>O (건조기에 의해 흡수 | |
| 코크스 분석 시스템 (ACE) | Kayser Technology Inc. | Servomex(모델 1440C) 배기된 연도 가스에서 CO2를 측정하기 위한 IR 분석기 | |
| 소프트웨어 제품군 | Kayser Technology Inc. | iFIX 3.5 포함 | |
| Agilent Micro GC | Agilent Technologies | 3000A | 균열 후 가스 분석용 |
| Cerity Networked Data System | Agilent Technologies | Software for Agilent Micro GC | |
| CO2 가스 분석기 | Servomex Inc. | 1440C | SN: 01440C1C02/2900 |
| NESLAB 냉장 욕조 | Themo Electron Corporation | RTE 740 | SN: 104300061 |
| Orion 세이지 주사기 펌프 | Themo Electron Corporation | M362 | 주입기 튜브에 사료 오일을 전달하기 위한 |
| 합성 원유(SCO) | Suncor 에너지 Inc. | Suncor OSA 10-4.1 | |
| Catalyst P | Petro-Canada Refinery | Equilibrium 촉매 | |
| 저울 | Mettler Toledo | AB304-S | 액체 제품 수신기 계량용 |
| 저울 Mettler Toledo | XS8001S | 에 의해 대체된 물 계량용 | |
| CAS 107-21-1 | 냉각수로 증류수와 혼합 (50 v %) | ||
| Drierite | W.A. Hammond Drierite Co., Ltd. | 24001 | CO 촉매 변환기 후 수분 흡수용 |
| Copper Oxide | LECO Corporation | 501-170 | CO2 |
| Toluene | Fisher Scientific Co. | 수신기 청소용 | CAS 108-88-3 |
| Acetone | Fisher Scientific Co. | CAS 67-64-1 | 액체 수신기 |
| Micro GC 교정 가스 | Air Liquid Canada Inc. | SPG-25MX0015306 | 다성분 표준 가스 |
| 19.8% CO2 표준 가스 | BOC Canada Ltd. | 24069890 | IR 분석기 |
| Argon Gas | Linde Canada ltd. | 24001306 | 등급 5.0 순도 |
| 헬륨 가스 | Linde 캐나다 주식 회사 | 24001333 | 등급 5.0 순도 |
| 가스 분석기 GC 모듈 | Inficon | GCMOD-15 | 채널 A |
| 가스 분석기 GC 모듈 | Inficon | GCMOD-03 | 채널 B |
| 가스 분석기 GC 모듈 | Inficon | GCMOD-04 | 채널 C |
| 가스 분석기 GC 모듈 | Inficon | GCMOD-73 | 채널 D |
| HP 6890 GC | Hewlett-Packard Co. | G1530A | 모의 증류용 |
| ASTM 2887 표준 샘플 | PAC L.P. | 26650.150 | 모의 증류 |
| 2887 표준 샘플 | PAC L.P. | 25950.200 | |
| GC 6890(시뮬레이션된 증류)용 | Agilent Technologies | CP7562 | 10 m x 0.53 mm x 1.2 µ m, HP 6890 GC 컬럼 |
| 액체 질소 | 공기 액체 캐나다 Inc. | SPG-NIT1AC240LC | 시뮬레이션 증류에 사용 |
| 질소 | 공기 액체 캐나다 Inc. | 벌크(빌딩 N2) | ACE 장치 작동에 사용 |
| : Isotemp 프로그래밍 가능한 퍼니스 | Thermo Fisher, Scientifc, Inc. | 10-750-126 | 의 하소를 위해 |
| , Crimp Top | Chromatograghic Specialties Inc | C223682C 2 ml, 액체 제품 씰, | |
| Crimp Top | Chromatograghic Specialties Inc | C221150 11 mm, GC 바이알 | |
| 4 oz 투명 Boston 라운드 병 | Fisher Scientific Co. | 02-911-784 | PE 콘 라이닝 캡 포함, 피드 시스템 |
| Sieve | Endecotts Ltd. | 6140269 | 조리개 38 미크론 |
| 체 | Endecotts Ltd. | 6146265 | 조리개 250 μ m |
| 셰이커 | Endecotts Ltd. | MIN 2737-11 | Minor-Meinzer 2 Sieve Shaker for catalyst screening |
| V20 Volumetric KF Titrator | Mettler Toledo | 5131025056 | 액체 제품의 수분 함량 분석을 위한 |
| Hydranal Composite 5 | Sigma-Aldrich | 34805-1L-R | Karl Fischer 적정 |
| 메탄올 (극히 낮은 물 등급) | Fisher Scientific Co. | A413-4 | KF 적정을 위해 톨루엔(40:60 w/w)과 혼합: 리시버에서 물을 회수하는 데에도 사용 |
| Glass Wool | Fisher Scientific Co. | 11-388 | 수신기 출구 암 상단 내부에 위치 |
참고문헌
- Bringezu, S., et al. Towards Sustainable Production and Use of Resources - Assessing Biofuels. United Nations Environment Programme. , (2009).
- Sheehan, J., Camobresco, V., Duffield, J., Graboski, M., Shapouri, H. Life cycle inventory for biodiesel and petroleum diesel for use in an urban bus. ....
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