Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Laboratorium productie van biobrandstoffen en Biochemicals uit een Koolzaadolie door middel van katalytisch kraken Conversion

13.3K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/54390

⸱

2 september 2016

 ,  ,  ,  , 
1CanmetENERGY, Natural Resources Canada

In dit artikel

Samenvatting

Dit document presenteert experimentele methode biobrandstoffen en biochemicaliën van canola olie gemengd met een fossiele bij aanwezigheid van een katalysator bij milde temperaturen te produceren. Gasvormige, vloeibare en vaste producten van een reactie-eenheid worden gekwantificeerd en gekarakteriseerd. Conversie en individuele product opbrengsten worden berekend en gerapporteerd.

Samenvatting

Het werk is gebaseerd op een gerapporteerde studie die het proces van canola-olie (bio-feed) onderzoekt in de aanwezigheid van bitumen-afgeleid zwaar gasolie (HGO) voor de productie van transportbrandstoffen via een vloeibare katalytische krakroute (FCC). Krakexperimenten worden uitgevoerd met een volledig geautomatiseerde reactie-eenheid bij een vaste gewichtsuurlijke ruimtesnelheid (WHSV) van 8 uur-1, 490-530 °C en katalysator/olieverhoudingen van 4-12 g/g. Wanneer een voeding in contact komt met katalysator in de vloeibare bedreactor, vindt kraken plaats waarbij gasvormige, vloeibare en vaste producten worden gegenereerd. De geproduceerde damp wordt gecondenseerd en verzameld in een vloeistofopvang op -15 °C. Het niet-condenseerbare effluent wordt eerst naar een vat geleid en wordt na homogenisatie naar een online gaschromatograaf (GC) gestuurd voor raffinaderijgasanalyse. De coke die op de katalysator is afgezet, wordt in situ bepaald door de gebruikte katalysator in lucht te verbranden bij hoge temperaturen. Niveaus van CO2 worden kwantitatief gemeten via een infrarood (IR) cel en worden omgezet in cokeopbrengst. Vloeibare monsters in de ontvangers worden door GC geanalyseerd voor gesimuleerde destillatie om de hoeveelheden in verschillende kookbereiken te bepalen, d.w.z. IBP-221 °C (benzine), 221-343 °C (lichte cyclische olie) en 343 °C+ (zware cyclische olie). Kraken van een voeding die canola-olie bevat, genereert water, dat aan de onderkant van een vloeistofontvanger en op de binnenwand verschijnt. Herstel van water op de wand wordt bereikt door wassen met methanol gevolgd door Karl Fischer titratie voor watergehalte. Basisresultaten die worden gerapporteerd, omvatten conversie (het gedeelte van de voeding dat wordt omgezet in gas en vloeibaar product met een kookpunt onder 221 °C, coke en water, indien aanwezig) en opbrengsten van droog gas (H2-C2's, CO en CO2), vloeibaar petroleumgas (C3-C4), benzine, lichte cyclische olie, zware cyclische olie, coke en water, indien aanwezig.

Inleiding

Er is een sterke wereldwijde interesse in zowel de private als de publieke sector om een ​​efficiënte en economische middelen om transportbrandstoffen te produceren uit biomassa afkomstig grondstoffen te vinden. Deze rente wordt aangedreven door een algemene bezorgdheid over de substantiële bijdrage van de verbranding van aardolie fossiele brandstoffen om de uitstoot van broeikasgassen (BKG) en de bijbehorende bijdrage aan de opwarming van de aarde. Ook is er een sterke politieke wil in Noord-Amerika en Europa naar het buitenland geproduceerde aardolie verdringen met hernieuwbare binnenlandse vloeibare brandstoffen. In 2008, op voorwaarde biobrandstoffen 1,8% van 's werelds transportbrandstoffen 1. In veel ontwikkelde landen, is het vereist dat biobrandstoffen vervangen van 6% tot 10% van de aardolie brandstoffen in de nabije toekomst 2. In Canada, regelgeving vereist een gemiddeld gehalte duurzame brandstof van 5% in de benzine begint 15 december 2010 3. De Renewable Energy Directive (RED) in Europa heeft ook opdracht gegeven voor een streefcijfer van 10% hernieuwbare energie voor de Europese Unie transhavensector in 2020 4.

De uitdaging is om te ontwikkelen en demonstreren van een levensvatbare economische pad naar fungibel transportbrandstoffen te produceren uit biomassa. Biologische bronnen omvatten triglyceride-biomassa zoals plantaardige oliën en dierlijke vetten en frituurolie en cellulosehoudende biomassa, zoals houtsnippers, bos afval en reststoffen landbouw. In de afgelopen twee decennia heeft onderzoek gericht op het beoordelen van biomassa verkregen olie verwerking met gebruikelijke gefluïdiseerd katalytisch kraken (FCC) 5 - 12, een technologie verantwoordelijk voor de productie van de meeste benzine in een aardolieraffinaderij. Onze nieuwe aanpak in deze studie is om samen proces koolzaadolie gemengd met oliezanden bitumen-afgeleide grondstof. Normaal gesproken moet bitumen voorafgaand aan de raffinage worden opgewaardeerd, de productie van grondstoffen voor raffinaderijen zoals synthetische ruwe olie (SCO) -dit verwerking route is bijzonder energie-intensieve, goed voor 68-78% van de broeikasgassen emissions van de SCO productie 13 en, in 2011, die samen 2,6% van de totale uitstoot van Canada's 14-uitstoot. Het vervangen van een deel van een upgrade HGO met Biofeed zou de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, aangezien de productie van biobrandstoffen gaat om een ​​veel kleinere ecologische voetafdruk. Canola olie wordt gekozen in dit werk, want het is overvloedig aanwezig in Canada en de Verenigde Staten. Dit basismateriaal bezit een dichtheid en viscositeit vergelijkbaar met die van hgos terwijl de inhoud van zwavel, stikstof en metalen die invloed kunnen FCC prestaties of de productkwaliteit te verwaarlozen. Bovendien is deze optie co-verwerking biedt aanzienlijke technische en economische voordelen aangezien het gebruik van de bestaande infrastructuur raffinaderij gevonden kan derhalve zou weinig extra hardware of wijziging van de raffinaderij. Daarnaast kunnen er potentiële synergie die zou kunnen leiden tot de productkwaliteit verbeteren als co-verwerking van een zeer aromatische bitumen te voeden met zijn rechte-keten biomassa tegenhanger. Gelijktijdige verwerkingbelangrijke technische uitdagingen. Deze omvatten de unieke fysische en chemische eigenschappen van bio-feeds: hoog zuurstofgehalte, paraffine-rijke samenstelling, compatibiliteit met petroleum grondstoffen, vervuilingspotentieel, etc.

Deze studie geeft een gedetailleerd protocol voor de productie van biobrandstoffen op laboratoriumschaal van koolzaadolie tot katalytisch kraken. Een volledig geautomatiseerd reactiesysteem - in dit werk als het laboratorium testeenheid (LTU), bedoelde 15 - wordt gebruikt voor dit werk Figuur 1 toont schematisch hoe dit apparaat werkt.. Deze LTU is uitgegroeid tot de standaard voor het laboratorium FCC studies. Het doel van deze studie is om de geschiktheid van de LTU te testen voor het kraken van koolzaadolie brandstoffen en chemicaliën te produceren met als doel het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen.

figure-introduction-1
Figuur 1: Conceptueel illustration van de reactor. Illustratie van stroom lijnen van de katalysator, voeding, producten en verdunner. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) voor het gebruik van de materialen. Werken met ruwe olie monsters mag alleen worden gedaan terwijl het dragen van de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, broek, dichte schoenen, laboratoriumjas), en de opening, de overdracht en de verwerking van ruwe monsters moeten plaatsvinden in een geventileerde zuurkast. Verwarmde koolwaterstoffen ontvlambaar in lucht en het reactiesysteem zorgvuldig worden gecontroleerd lekken voor gebruik met ruwe oliemengsels. De reactor kan de temperatuur oplopen tot 750 ° C te bereiken, en op hoge temperatuur handschoenen moet worden gebruikt bij het werken in de buurt van hete oppervlakken.

1. Algemene overwegingen

  1. Om optimaal gebruik te maken van de automatische reactie-eenheid, die zes opeenvolgende runs kunnen voltooien meer dan ~ 8 uur te maken, kies dan een constante toevoer van 1,2 g / min. Dit stelt het gewicht per uur (WHSV) voor 8 uur -1 via verbanden WHSV = 60 / [(C / O) x t] = 60 x (O / t) / C waarbij t de feed levertijd in minuten en C en O zijn massa's van de katalysator en diervoeders, respectievelijk in gram. Door de toevoer injectietijd, een set van katalysator / olie massaverhoudingen van 4, 6, 8, 10 en 11,25 (x2) werd bereikt bij elke reactietemperatuur om uiteenlopende omzetting te bereiken.

2. grondstoffen en Catalyst Voorbereiding

  1. Verkrijg een HGO door afdestilleren van het -343 ° C-fractie (door spinnen band) van een synthetische ruwe olie (SCO).
  2. Schaf eetbare-grade koolzaadolie van een lokale voedsel op te slaan en te gebruiken zonder verdere behandeling.
  3. Bereid een 15% v koolzaad mengsel door het mengen van 79,645 g HGO (0,9370 g / ml dichtheid) met 13,7535 g koolzaadolie (0,9169 g / ml dichtheid).
  4. Scherm het evenwicht katalysator met behulp van een 60 Tyler mesh zeef (250 micrometer opening), gevolgd door een tweede screening met een 400 Tyler maaswijdte (38 micrometer opening).
  5. Calcineren van de deeltjes van gewenste grootte (38-250 pm) bij 600 ° C gedurende 4 uur, vervolgens uploaden deze in thij zes hoppers van de automatische reactie-eenheid.

3. Procedure Test

  1. System Voorbereiding
    1. programma Voorbereiding
      1. Met behulp van de software die de reactie-eenheid controleert, opent u het venster voor run omstandigheden.
      2. Typ de identificaties van de voeding en katalysator, de luchtdruk, de injectie tijd en de temperatuur setpoints voor het invoersysteem, de reactor, de productlijn, de koelvloeistof en de CO katalysator in elke stap van de run periode .
    2. katalysatorbereiding
      1. Voor elke katalysator glas trechter boven het proces buis, verwijder het deksel en opladen 9 g gecalcineerde on-size katalysator in de trechter. Sluit een O-ring op de bovenkant van de trechter en opnieuw klem deksel.
    3. Kalibratie van Feed Rate
      1. Stel de olietoevoer pomp om voer te leveren met een constante toevoer injectie snelheid (1,2 g / min) voor al het kraken runs.
      2. Koppel de oil toevoerleiding onder de aftapkraan (KV-114) 16 en bevestig een korte tijdelijke buis naar de bodem van de klep voor de olie-opbrengst in een getarreerde beker.
      3. Verwarm het voedingsmateriaal tot 85 ° C om de HGO-mengsel mogelijk te maken gemakkelijk stromen in en uit de injectiespuit en langs de toevoerleiding.
      4. Stel de injectietijd voor het kalibreren van de pomp op dezelfde waarde als voor het eerste punt in de reeks (standaardinstelling).
      5. Tarra een beker, en plaats deze op de afvoer van de korte tijdelijke slang. Start de preset "PUMPCAL" gebruikersprogramma 17 in de reactie-eenheid software.
      6. Na het PUMPCAL programma is voltooid, verwijdert en wegen van de beker die de feed. Verdeel de massa van voer in de beker geleverd door de injectie tijd om de voeding te verkrijgen.
      7. Pas de pompsnelheid hoger of lager (met behulp van de drie cijfers draaiknop op de pomp) en herhaal stappen 3.1.3.5 naar 3.1.3.6 tot de gewenste voeding is bereikt.
      8. Verwijder dekorte tijdelijke buis en sluit de toevoerleiding.
    4. Kalibratie van GC voor Gas Analyse
      Opmerking: Deze stap is nodig als de GC-Gas analyse blijkt te zijn van de kalibratie, die kan worden afgeleid uit de hand controles, data trending en materiële balans. De ervaring leert dat de GC kalibratie kan worden gebruikt voor een langere periode.
      1. Sluit een cilinder van commerciële multicomponent raffinaderij gas norm om de hand klep (HV-190) 16.
      2. Laad een werkwijze GC software die kan elueren en het scheiden van alle pieken in het raffinaderijgas standaard. Met de parameters van de GC-methode in tabel 1.
      3. Met behulp van de GC-software, het uitvoeren van een analyse run van de raffinaderij gas norm.
      4. Open het chromatogram van het raffinaderijgas standaard en de pieken te integreren in het chromatogram.
      5. Identificeer de pieken in het chromatogram, zodat alle componenten in het calibrantsoen gas worden gevonden. Verwijder alle pieken die aanwezig zijn maar niet kunnen worden toegeschreven aan de componenten in de standaard.
      6. Op basis van retentietijd ranges, klompen en verdeel verbindingen eluerende na C 5 tot C 6 + 1, C 6 + 2, C 6 + 3 en C 6 + 4 groepen. Voor deze methode, klontjes penteen isomeren in een C5 olefine groep.
      7. Met behulp van de GC software, toewijzen concentratiewaarden aan elke geïntegreerde piek uit het gas standaard, onder de Kalibratiefunctie.
      8. Bewaar de kalibratie in de werkwijze bestand voor de concentraties van pieken in daaropvolgende tests bepalen. Koppel de commerciële gas norm.
    5. Kalibratie van CO 2 Analyzer
      1. Door middel van de reactie-eenheid software, schakelt de klep (KV-170) 16 tot en met het standpunt dat de nul-gas (stikstof) in staat stelt om te stromen naar de IR gas analyzer. Stel de stroom door de knop in samenwerking met de flow control valve (FCV-107) 16 eventueel tot ongeveer 250 SCCM aan de flowindicator (FI-107) 16 krijgen.
      2. Zero de analysator met behulp van de nul stelschroef op het voorpaneel van de analysator met behulp van een platte schroevendraaier.
      3. Schakel de handventiel (HV-107) 16 naar de CO 2 (19,8 mol%) standaard gas te leveren aan de analysator. Stel de handbediende klep (MV-107) 16 met een stroomsnelheid van ongeveer 250 SCCM aan de flowindicator (FI-107) te verkrijgen.
      4. Pas de analyzer lezen om de concentratie (19,8 mol%) van de standaard ijkgas met behulp van de SPAN schroef op het voorpaneel aan te passen.
      5. Koppel de ijkgas en de terugkeer van de handventiel (HV-107) in de stand RUN.
    6. Bereiding van vloeibaar product Receiver
      Opmerking: Elke ontvanger bestaat uit een condensator en een GC flesje verbonden met de bodem van de koeler via een kort stuk siliconenslang.
      1. Opeenvolgend nummers toe te wijzen aan de Condensers en GC flesjes.
      2. Plaats een kleine prop glaswol in de top van elke ontvangeruitgang zoals afgebeeld in figuur 2.
      3. Houd de ontvanger rechtop met enige steun in een beker of een kolf van geschikte grootte. Weeg elke ontvanger in een analytische balans van de bovenste venster die is bedekt met een kubieke plastic schild om een tochtvrije omgeving (figuur 3) te garanderen.
      4. Noteer de droge massa (W voordien) van de bereide ontvanger samen met gelabelde stoppers.
      5. Installeer en sluit de gewogen ontvanger aan de productlijn (figuur 4).
    7. reactor Voorbereiding
      1. Installeer een olie toevoerleiding in de reactor met een lengte die het mogelijk maakt voor een 1,125 inch injector hoogte.
      2. Plaats een filter bij de uitgang van de reactor om te voorkomen dat de katalysator er stof in de productlijn, het veranderen van de filter na 50-100 runs.
      3. Voer een druktest op de reactor systeem by het uitvoeren van het programma PTEST1 17 na voedingspomp kalibratie en installatie van de ontvangers. Sluit de gasafvoer persluchtfles reactorsysteem met 150 mmHg stikstof, gevolgd door isolatie van het systeem.
      4. Observeren door drukverlies gedurende enkele minuten om de drukval te zorgen dat niet meer dan 0,4 mmHg per minuut aangeeft dat er geen lekken aanwezig zijn. Als een drukval van meer dan 0,4 mmHg per minuut wordt waargenomen, het uitvoeren van een lektest volgens de instructies van de fabrikant en eventuele lekkages dienovereenkomstig te verhelpen.
Monsterinvoer T 90 ° C Bericht run druk 30 psi
injector T 90 ° C drukevenwicht 10 sec
looptijd 300 sec detectoren Warmtegeleiding
kolomdruk 30 psi Data acquisitie rate 50 Hz
kanaal A kanaal B kanaal C Channel D
Pre-column PLOT-U; 30 pm × 320 micrometer x 3 m PLOT-Q; 10 um x 320 um x 1 m alumina; 3 micrometer x 320 micrometer x 1 m -
Kolom moleculaire zeven; 12 um x 320 um x 10 m PLOT-U; 30 pm × 320 micrometer x 8 m alumina; 8 micrometer x 320 micrometer x 10 m OV1; 2 micrometer x 150 micrometer x 10 m
Draaggas argon Helium Helium Helium
toevoerbedrijf backflush backflush backflush vaste Volume
Column T 100 ° C 90 ° C 130 ° C 90 ° C
injectie tijd 30 msec 120 msec 0 msec 100 msec
backflush tijd 12.5 sec 5.0 sec 5.5 sec -

Tabel 1: GC-methode parameters voor de analyse van gas geproduceerd door de LTU.

figure-protocol-1
Figuur 2: Vial gehechtheid aan condensor. Foto toont de locatie van de glaswolprop en de bevestiging van een GC flesje naar de condensor met silicone slang. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-2
Figuur 3:.. Met een gewicht van product-ontvanger Plastic dekking voor het saldo aan de lange vloeibaar product ontvanger, die uit het bovenste venster kunnen vasthouden wegen Klik hier voor een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-protocol-3
Figuur 4:. Liquid attachment ontvanger Foto toont de bevestiging van vloeistof-ontvangers aan de productlijn.ad / 54390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

  1. Bediening van het systeem in de automatische modus
    1. Op het scherm SETUP LTU, het invoeren van de relevante informatie voor het experiment: run nummer, naam voer, katalysator identificatie, de atmosferische druk, setpoints voor de huid en inwendige reactor temperaturen voor zowel kraken en katalysatorregeneratie en olie-injectie tijd. Sla deze stap over als volledige informatie is opgenomen in paragraaf 3.1.1.
    2. Plaats het systeem in de run-modus door te klikken op de "RUN" knop op de procesflow scherm. Dit start de testcyclus 17, die de stappen in de automatische stand in de discussie worden beschreven omvat.
  2. Niet-automatische modus System Operation
    1. Met behulp van de computer aangesloten op de GC, de integratie van de pieken en de gegevens met behulp van de kalibratie gevestigde verwerken. Voer de laatste GC gegevens in de LTU-programma door de LTU computer.
  3. Post-run Operation
    1. Bepaling van de massa van vloeibaar product
      1. Na het verwijderen van de klem, kantel de ontvanger en het verzamelen van enig vloeibaar product druppels op de afgeschuinde metalen punt onder het product klep.
      2. Onmiddellijk sluit de ontvanger met het label een rubberen stop en verwijder deze voorzichtig uit het bad. Spoel het ethyleenglycol uit het bad met koud water en de buitenkant met een papieren handdoek drogen.
      3. Doe de vloeibare producthouder op een rek bij kamertemperatuur gedurende 20 min, waardoor gefixeerde product te ontdooien en vervallen in het GC flesje onderaan de ontvanger.
      4. Verzamel de hoeveelheid tegengehouden vloeistof rond de metalen verbinding voor de ontvanger met een getarreerde katoenwoldoek. Bepaal de massa van de hoeveelheid tegengehouden vloeistof (W uitstrijkje) en record.
      5. Open het vloeibare product ontvanger sfeer in een geventileerde zuurkast voor aanpassing van de druk door het tijdelijk verwijderen van de stop op de bovenste uitgang van de ontvanger.
      6. Leggende stop weer op en het verkrijgen van de ontvanger massa (W na). Verwijder het GC flesje uit de condensor. Kap en bewaar het product monster in een koelkast bij 4 ° C voor latere analyse.
      7. Indien een waterdruppeltje verschijnt GC flesje bodem zoals bij kraken canolaolie, een schone spuit om zoveel watervrije olieproduct naar een andere buisje mogelijk en onmiddellijk sluit het.
      8. Spoel de binnenwanden van de ontvanger condensor grondig met een kleine kwaliteit methanol en verzamelen alle van de methanol was in de oorspronkelijke GC flacon met water druppel. Cap het flesje en het verkrijgen van de massa van de vloeistof in voor gebruik in water bepalen.
    2. Analyse van Liquid Product voor Gesimuleerde distillatie
      1. Met standaard testmethode ASTM D2887 18, bepaalt het massapercentage van de watervrije vloeibare product kookt in het bereik van benzine (IBP-221 ° C), lichte cyclusolie (LCO, 221-343 ° C), en h eavy cycle olie (HCO, 343 ° C-FBP).
    3. Analyse van de Water Product
      1. Met behulp van standaard testmethode ASTM D4377 19, bepalen het watergehalte (W H2O) van de methanol wassen in combinatie met het water druppel in de flacon.
  4. berekeningen
    1. Massa van gasvormig product
      1. Bereken de totale gasvormige product door het volume water verplaatst volgens de formule:

        figure-protocol-4

        waarbij V gas volume (ml) van gas verzameld bij standaard condities (0 K en 101,3 kPa), V water volume (ml) water verplaatste tijdens de test, T gas (° C) en P gasdruk ( kPa).
      2. Bereken de massa van elke component gas met behulp van:

        jpg "/>

        waarin W i massa (g) van het ide gasvormige product, Ni is mol% van de i-de component in het gas en M i molecuulgewicht van het ide gasvormige product. Het molecuulgewicht van het C5 + opgelost klomp wordt aangenomen dat 86.
      3. Bereken de totale massa van gasvormig product:

        figure-protocol-5

        waarin W gas is de totale massa van gasvormig product, en wi de massa van het ide gasvormige product berekende 3.5.1.2.
    2. Massa van vloeibaar product
      1. Bereken de totale massa vloeibaar product met:

        W LIQ = W na - W voordat + W swab

        waarin W liq is massa (g) van het vloeibare product, W na is massa (g)van het vloeibare producthouder na reactie, W is voor massa (g) van het vloeibare producthouder voor reactie en W swab massa (g) van de hoeveelheid tegengehouden vloeistof verzameld op het wattenstaafje.
    3. Massa van Coke
      1. Bereken de totale massa van cokes van de LTU met:

        W coke = W carbon × 1,0695

        waarin W coke massa (g) van cokes, W koolstof massa (g) van koolstof en 1,0695 is de koolstof-coke factor.
    4. Mass Balance (Recovery)
      1. Bereken de massabalans met behulp

        R = (W gas + W LIQ + W coke) ÷ W-feed × 100

        waarbij R recovery (massa% van de voeding) en W feed is massa (g) van de olietoevoer. R moet in het traject van 96-102%. Zo niet, verwerpen de proef als onbevredigend.
    5. Genormaliseerde opbrengsten en conversie
      Opmerking: Bereken elke productopbrengst (massa% voeder) volgens de formules hieronder.
      1. Bereken droog gas (H2-C2 's, CO en CO 2)

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

        waarin Y DG is genormaliseerde opbrengst (massa% toevoer) van het droge gas, W H2 massa (g) H2, W C1 massa (g) van de C 1 gas (methaan), W C2 massa (g) van de C 2 gas (ethaan en ethyleen), w CO massa (g) van CO en CO2 w is massa (g) van CO 2. Merk op dat correctie voor de kleine hoeveelheid CO 2 opgelost in water niet noodzakelijk.
      2. Bereken Liquefied Petroleum Gas (LPG)

        Y LPG = (W C3 + W C4) ÷ W-feed × 100

        waarbij Y LPG is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van de LPG-product, W C3 is massa (g) van de C 3 gas (propaan en propyleen) en W C4 is massa (g) van de C 4 gas (butanen en butenen zoals 1,3-butadieen).
      3. Bereken Gasoline

        Y GLN = [X GLN × (W LIQ - W H2O - W swab) + W C5 +] ÷ W-feed × 100

        waarin Y GLN is genormaliseerde opbrengst (massa% toevoer) benzine, X GLN (verkregen door gesimuleerde destillatie) is massafractie van benzine in de watervrije vloeibare, W H2O massa (g) van het water in het vloeibare product, indien elke en w C5 + is massa (g) van C5 + -product in de gasfase (Onbekend C 6 </ sub> plus C 6 + brok).
      4. Bereken Light Cycle Oil (LCO)

        Y LCO = [X LCO × (W LIQ - W H2O - W swab)] ÷ W-feed × 100

        waarbij Y LCO is niet genormaliseerde opbrengst (massa% van de voeding) van het LCO product en X LCO (verkregen door gesimuleerde destillatie) is de massa fractie van LCO in de watervrije vloeibaar product.
      5. Bereken Heavy Cycle Oil (HCO)

        Y HCO = [X HCO × (W LIQ - W H2O - W swab) + W swab] ÷ W-feed × 100

        waarbij Y HCO is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van HCO en X HCO (verkregen door gesimuleerde destillatie) is de massa fractie van HCO in het water vrij vloeibaar product.
      6. Bereken Coke

        Y coke = W coke ÷ W-feed × 100

        waarbij Y coke is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van de coke.
      7. Bereken Water

        Y H2O = W H2O ÷ W-feed × 100

        waarbij Y H2O is niet genormaliseerde opbrengst (massa% voeding) van het water.
      8. Bereken Conversion

        CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO

        waarbij CON unnorm is niet genormaliseerde conversie (massa% voeding).
    6. De genormaliseerde opbrengsten en conversie

      Y 0 i = Y i ÷ R × 100

      waarbij Y 0 i is genormaliseerd opbrengst (massa% voeding) van de i artikel.

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

      waarbij CON norm is genormaliseerd conversie (massa% voeding).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De vastgestelde protocol is met succes toegepast op een oliemengsel van 15:85 volumeverhouding (dwz 14,73: 85,27 massaverhouding) tussen canolaolie en een SCO-afgeleide HGO 20. Om praktische redenen (kosten, beschikbaarheid van canolaolie en mogelijke problemen in commerciële exploitatie), is het onderzoek gericht op voedingsmateriaal dat 15% v canolaolie Bovendien, hoewel voeders met hogere concentraties ook geprobeerd. Het mengsel werd katalytisch gekraakt bij 490-5...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

De hier beschreven protocol gebruikt cyclische werking van een reactor die een partij gefluïdiseerde katalysatordeeltjes te voedingsolie kraken en regeneratie van de katalysator te simuleren. De olie te kraken wordt voorverwarmd en toegevoerd vanaf de bovenkant door een injectorbuis met zijn punt dicht bij de bodem van het wervelbed. De damp gegenereerd nadat katalytisch kraken wordt gecondenseerd en opgevangen in een ontvanger, en het vloeibare product verzameld wordt vervolgens geanalyseerd op gesimuleerde destillatie...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.

Dankbetuigingen

De auteurs willen het analytisch laboratorium van het CanmetENERGY Technologie Centrum voor de technische ondersteuning en Suncor Energy Inc. bedanken voor het leveren van de synthetische ruwe olie. Gedeeltelijke financiering voor deze studie werd verstrekt door Natural Resources Canada en de regering van interdepartementale Programma van Energy Research and Development (PERD) met project ID A22.015 van Canada. Yi Zhang wil graag zijn Natuurwetenschappen en Engineering Research Council (NSERC) van Canada Visiting Fellowship van januari 2015 tot januari 2016 te erkennen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Advanced Cracking Evaluation (ACE) UnitKayser Technology Inc.ACE R+ 46Geassembleerd door Zeton Inc. SN:505-46; bestaande uit (1) een reactor; (2) katalysator toevoegsysteem; (3) voedingsleveringssysteem; (4) vloeistofwinstelsel; (5) gaswinningssysteem; (6) gasanalysesysteem; (7) katalysatorregeneratiesysteem; (8) CO katalytische converter; (9) cokesanalysesysteem
Reactor (ACE)Kayser Technology Inc.V-105Een roestvrijstalen buis van 1,6 cm ID met een taps toelopende conische bodem en met een verdunningsmiddel (stikstof) dat van de bodem stroomt om de katalysator te fluidiseren en ook te dienen als stripgas aan het einde van de run
Catalyst Toevoegsysteem (ACE)Kayser Technology Inc.Zes trechters (V-120F, met respectieve kleppen) voor toevoeging van katalysator voor maximaal 6 runs
Voedingsleveringssysteem (ACE)Kayser Technology Inc.Bestaande uit voedingsfles (V-100), spuit (FS-115), pomp (P-100) en injector (met 1,125 inch injectorhoogte, d.w.z. de afstand van het laagste punt van de conische reactorbodem tot het onderste uiteinde van de voedingsinjector)
Vloeistofwinstelsel (ACE)Kayser Technology Inc.Zes vloeistofontvangers (V-110F) ondergedompeld in een gemeenschappelijke koelvloeistofbad (Ethyleenglycol/water mengsel in 50:50 massa verhouding) op ongeveer –15 °C in een grote tank (V-145)
Gaswinningssysteem (ACE)Kayser Technology Inc.Gebaseerd op het waterverplaatsingsprincipe; bestaande uit gaswinningsvat (V-150) met een motoraangedreven roerder (MTR-100) en een gewichtsschaal (WT-100) voor het wegen van het verplaatste water dat wordt verzameld in een beker (V-160).
Gasanalysesysteem (ACE)Kayser Technology Inc.Belangrijk element is Agilent micro GC (model 3000A) met vier capillaire kolommen uitgerust met respectieve thermische geleidbaarheidsdetectoren (TCD's)
Catalysatorregeneratiesysteem (ACE)Kayser Technology Inc.V-105Uitgeputte katalysator in de reactor wordt in situ verbrand in lucht bij +700 °C om volledige verwijdering van koolstof afgezet op de katalysator te garanderen
CO katalytische converter (ACE)Kayser Technology Inc.Een reactor (V-140) met CuO als katalysator om eventuele CO en koolwaterstoffen in uitgeputte rookgas te oxideren tot CO2 (te worden geanalyseerd door IR gasanalysator) en H2O (te worden geabsorbeerd door een droger)
Cokesanalysesysteem (ACE)Kayser Technology Inc.Servomex (Model 1440C) IR analator voor het meten van CO2 in uitgeputte rookgas
R+MM Software SuiteKayser Technology Inc.Inclusief iFIX 3.5
Agilent Micro GCAgilent Technologies3000AVoor gasanalyse na kraken
Cerity Networked Data SystemAgilent TechnologiesSoftware voor Agilent Micro GC
CO2 Gas AnalyserServomex Inc.1440CSN: 01440C1C02/2900
NESLAB Gekoelde BadThemo Electron CorporationRTE 740SN: 104300061
Orion Sage SpuitpompThemo Electron CorporationM362Voor het leveren van voedingsolie aan injectorbuis
Synthetische Ruwe Olie (SCO)Suncor Energy Inc.Geïdentificeerd als Suncor OSA 10-4.1
Katalysator PPetro-Canada RefineryEvenwichtskatalysator
BalansMettler ToledoAB304-SVoor het wegen van vloeistofproductontvangers
BalansMettler ToledoXS8001SVoor het wegen van door gasproduct verplaatst water
Ethyleen GlycolFisher Scientifc Inc.CAS 107-21-1Gemengd met gedistilleerd water als koelmiddel (50 v%)
DrieriteW.A. Hammond Drierite Co. Ltd.24001Voor waterabsorptie na CO katalytische converter
KoperoxideLECO Corporation501-170Katalysator voor conversie van CO naar CO2
TolueenFisher Scientific Co.CAS 108-88-3Voor het schoonmaken van vloeistofontvangers
AcetonFisher Scientific Co.CAS 67-64-1Voor het schoonmaken van vloeistofontvangers
Micro GC KalibratiegasAir Liquid Canada Inc.SPG-25MX0015306Multicomponent standaardgas
19,8% CO2 StandaardgasBOC Canada Ltd.24069890Voor kalibratie van IR analator
Argon GasLinde Canada ltd.24001306Grade 5.0 Zuiverheid
Helium GasLinde Canada ltd.24001333Grade 5.0 Zuiverheid
Gas analator GC ModuleInficonGCMOD-15Kanaal A
Gas analator GC ModuleInficonGCMOD-03Kanaal B
Gas analator GC ModuleInficonGCMOD-04Kanaal C
Gas analator GC ModuleInficonGCMOD-73Kanaal D
HP 6890 GCHewlett-Packard Co.G1530AVoor gesimuleerde distillatie
ASTM 2887 Standaard SteekproefPAC L.P.26650.150Voor kwaliteitscontrole in gesimuleerde distillatie
ASTM 2887 Standaard SteekproefPAC L.P.25950.200Voor kalibratie in gesimuleerde distillatie
Kolom voor GC 6890 (gesimuleerde distillatie)Agilent TechnologiesCP756210 m x

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Fluïde Katalytisch KrakenCanola-olieverwerkingHeavy Gas Oil BlendLaboratoriumtestunitGaschromatografische AnalyseInfraroodanalyserGesimuleerde DestillatieBepaling van de CokesopbrengstWaterterugwinningsmethode
Laboratorium productie van biobrandstoffen en Biochemicals uit een Koolzaadolie door middel van katalytisch kraken Conversion
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.