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Artigo de método

Produção Laboratório de Biocombustíveis e Bioquímicos de um óleo de colza por meio de Craqueamento Catalítico Conversão

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DOI:

10.3791/54390

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2 de setembro de 2016

 ,  ,  ,  , 
1CanmetENERGY, Natural Resources Canada

Neste artigo

Resumo

Este documento apresenta um método experimental para a produção de biocombustíveis e bioquímicos de óleo de canola misturado com uma ração à base fóssil, na presença de um catalisador a temperaturas amenas. Gasosos, líquidos e produtos sólidos a partir de uma unidade de reacção são quantificados e caracterizados. rendimentos de conversão e de produtos individuais são calculados e comunicados.

Resumo

O trabalho é baseado em um estudo relatado que investiga a processabilidade do óleo de canola (bio-feed) na presença de gasóleo pesado derivado de betume (HGO) para a produção de combustíveis de transporte por meio de uma rota de craqueamento catalítico fluido (FCC). Os experimentos de craqueamento são realizados com uma unidade de reação totalmente automatizada a uma velocidade espacial horária de peso fixo (WHSV) de 8 hr-1, 490-530 °C e proporções catalisador/óleo de 4-12 g/g. Quando uma alimentação está em contato com o catalisador no reator de leito fluidizado, ocorre o craqueamento gerando produtos gasosos, líquidos e sólidos. O vapor produzido é condensado e recolhido num reservatório de líquido a -15 °C. O efluente não condensável é primeiro direcionado para um vaso e enviado, após homogeneização, para um cromatógrafo gasoso (GC) on-line para análise de gases de refinaria. O coque depositado no catalisador é determinado in situ pela queima do catalisador gasto no ar a altas temperaturas. Os níveis de CO2 são medidos quantitativamente por meio de uma célula infravermelha (IR) e são convertidos em rendimento de coque. As amostras líquidas nos receptores são analisadas por GC para destilação simulada para determinar as quantidades em diferentes faixas de ebulição, ou seja, IBP-221 °C (gasolina), 221-343 °C (óleo de ciclo leve) e 343 °C+ (óleo de ciclo pesado). O rachamento de um alimento contendo óleo de canola gera água, que aparece no fundo de um receptor de líquido e em sua parede interna. A recuperação da água na parede é obtida através da lavagem com metanol seguida de titulação Karl Fischer para o teor de água. Os resultados básicos relatados incluem conversão (a parte da alimentação convertida em gás e produto líquido com ponto de ebulição abaixo de 221 °C, coque e água, se houver) e rendimentos de gás seco (H2-C 2's, CO e CO2), gás liquefeito de petróleo (C3-C 4), gasolina, óleo de ciclo leve, óleo de ciclo pesado, Coca-Cola e água, se presente.

Introdução

Há um forte interesse global em ambos os setores público e privado para encontrar meios eficientes e econômicos para produzir combustíveis de transporte de matérias-primas derivadas de biomassa. Este interesse é impulsionada por uma preocupação geral sobre a contribuição substancial da queima de combustíveis fósseis de petróleo para o gás de efeito estufa (GEE) e sua contribuição associada ao aquecimento global. Além disso, há uma forte vontade política na América do Norte e Europa para substituir o petróleo estrangeiro produzida com combustíveis líquidos domésticos renováveis. Em 2008, os biocombustíveis fornecida 1,8% dos combustíveis para transporte 1 do mundo. Em muitos países desenvolvidos, é necessário que os biocombustíveis substituir de 6% a 10% dos combustíveis de petróleo no futuro próximo 2. No Canadá, a regulamentação exige um conteúdo de combustível renovável média de 5% na gasolina a partir 15 de dezembro de 2010 3. A Directiva Energias Renováveis ​​(RED) na Europa também determinou uma meta de energia renovável de 10% para a União Europeia transsetor portuário em 2020 4.

O desafio tem sido desenvolver e demonstrar um caminho economicamente viável para produzir combustíveis de transporte fungíveis a partir de biomassa. fontes biológicas incluem a biomassa à base de triglicéridos, tais como óleos vegetais e gorduras animais, bem como óleo de cozinha usado e biomassa celulósica, como aparas de madeira, resíduos florestais e resíduos agrícolas. Ao longo das últimas duas décadas, a investigação tem-se centrado na avaliação do processamento de óleo derivado de biomassa usando craqueamento catalítico fluido (FCC) 5 convencional - 12, uma tecnologia responsável por produzir a maior parte da gasolina numa refinaria de petróleo. Nossa nova abordagem neste estudo é o óleo de canola para co-processo misturada com matéria-prima de betume de areias petrolíferas derivado. Normalmente, o betume deve ser atualizado antes da refinação, produção de matérias-primas para refinarias, tais como óleo cru sintético (SCO) -este rota de processamento é particularmente de energia intensiva, sendo responsável por 68-78% do GHG emissions a partir da produção SCO 13 e, em 2011, constituindo 2,6% do total das emissões de GEE do Canadá 14. Substituindo uma parte do HGO atualizado com biofeed reduziria as emissões de gases de efeito estufa, uma vez que a produção de biocombustíveis envolve uma pegada de carbono muito menor. O óleo de canola é escolhido neste trabalho, pois é abundante no Canadá e os EUA. Esta matéria-prima possui uma densidade e viscosidade semelhantes aos da HGOs enquanto o conteúdo de enxofre, azoto e metais que possam afectar o desempenho FCC ou a qualidade do produto são desprezáveis. Além disso, esta opção co-processamento oferece vantagens tecnológicas e económicas significativas, uma vez que permitiria a utilização da infra-estrutura refinaria existente e, portanto, exigiria pouco hardware ou modificação da refinaria adicional. Além disso, pode haver uma sinergia potencial que poderia resultar na melhoria da qualidade do produto quando co-processamento de um betume altamente aromáticos alimentar com o seu homólogo da biomassa de cadeia linear. No entanto, a co-transformaçãoenvolve desafios técnicos importantes. Estes incluem as características físicas e químicas únicas de bio-feeds: alto teor de oxigênio, composição rica em parafínico, a compatibilidade com matérias-primas de petróleo, incrustação potenciais, etc.

Este estudo proporciona um protocolo detalhado para a produção de biocombustíveis em escala de laboratório a partir de óleo de canola por meio de craqueamento catalítico. Um sistema totalmente automatizado reação - que se refere este trabalho como a unidade de teste de laboratório (LTU) 15 - é usado para este trabalho Figura 1 mostra esquematicamente como esta unidade opera.. Este LTU tornou-se o padrão da indústria para estudos da FCC laboratório. O objetivo deste estudo é testar a adequação da LTU para quebrar o óleo de canola para produzir combustíveis e produtos químicos com o objetivo de mitigar as emissões de GEE.

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Figura 1: illustratio Conceptualn do reator. Ilustração que mostra linhas de fluxo do catalisador, alimentação, produtos e diluente. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Protocolo

Cuidado: Por favor, consulte todas as folhas de dados de segurança pertinentes (MSDS) antes de utilizar os materiais. Trabalho com amostras de petróleo deve ser feito apenas enquanto usava equipamento adequado de proteção individual (óculos de segurança, luvas, calças, sapatos fechados, revestimento do laboratório), ea abertura, transferência e manipulação de amostras em bruto deve ocorrer em um fumehood ventilado. hidrocarbonetos aquecidos podem ser inflamáveis ​​no ar, e o sistema de reacção deve ser cuidadosamente vazar-verificado antes da utilização com misturas de petróleo bruto. O reator pode atingir temperaturas tão elevadas como 750 ° C, e luvas de segurança de alta temperatura deve ser usado quando se trabalha próximo de superfícies quentes.

1. Considerações Gerais

  1. Para fazer o melhor uso da unidade de reação automatizado, que pode completar seis corridas consecutivas ao longo ~ 8 horas, escolha uma taxa de alimentação constante de 1,2 g / min. Isto define a velocidade espacial horária em peso (WHSV) de 8 h -1 por meio da relação WHSV = 60 / [(C / O) × t] = 60 x (S / T) / C em que T é o FeEd tempo de entrega em minutos e C e O são massas de catalisador e de alimentação, respectivamente, em gramas. Alterando o tempo de injecção de alimentação, um conjunto de razões de massa de catalisador / petróleo de 4, 6, 8, 10, e 11,25 (x2) foi obtido para cada temperatura de reacção, a fim de atingir uma ampla gama de conversão.

2. Matéria-prima e Preparação de Catalisador

  1. Obter um HGO por destilação da fracção -343 ° C (por fiação banda) de um óleo em bruto sintético (SCO).
  2. Comprar óleo de canola de grau comestível de uma loja de comida local, e usar sem tratamento adicional.
  3. Prepare uma mistura de canola 15 v% através da mistura de 79,645 g de HGO (0,9370 g / densidade ml), com 13,7535 g de óleo de canola (0,9169 g / ml de densidade).
  4. Tela o catalisador de equilíbrio usando uma peneira Tyler de malha 60 (abertura de 250 um), seguido por um segundo rastreio com um peneiro de 400 de malha Tyler (38 ^ M de abertura).
  5. Calcinar as partículas sobre-size (38-250 mm) a 600 ° C durante 4 horas, em seguida, carregá-los em tele seis tremonhas da unidade de reacção automatizado.

3. Procedimento de Teste

  1. Preparação do sistema
    1. Preparação do programa
      1. Usando o software que controla a unidade de reacção, abrir a janela para as condições de funcionamento.
      2. Tipo nas identificações da alimentação e do catalisador, a pressão barométrica, o tempo de injecção e os pontos de ajuste de temperatura para o sistema de alimentação, o reactor, a linha de produtos, o fluido de arrefecimento, e o catalisador de CO em cada etapa do período de corrida .
    2. Preparação do catalisador
      1. Para cada funil catalisador de vidro acima da tubulação de processo, retire a tampa e cobram 9 g de catalisador no tamanho calcinado dentro da caçamba. Anexar um O-ring para a parte superior da tremonha e re-fixar a tampa.
    3. Calibração de Avanço
      1. Definir a bomba de alimentação de óleo para fornecer alimentação a uma velocidade constante de alimentação de injecção (1,2 g / min) para todas as execuções de craqueamento.
      2. Desligue o oiL linha de alimentação por baixo da válvula de purga (KV-114) 16 e anexar um tubo curto temporária para a parte inferior da válvula de fornecimento de óleo para uma proveta tarada.
      3. Pré-aqueça a matéria-prima a 85 ° C para permitir que o HGO-mistura fluir facilmente dentro e para fora da seringa e ao longo da linha de alimentação.
      4. Defina o tempo de injeção para calibrar a bomba para o mesmo valor que para a primeira corrida na (configuração padrão) série.
      5. Tara uma taça, e colocá-lo na descarga da tubagem temporária curta. Inicie o "PUMPCAL" programa predefinido do utilizador 17 no software da unidade de reação.
      6. Após o programa PUMPCAL estiver concluída, remova e pesar o copo contendo a alimentação. Dividir a massa de alimentação fornecida para o copo por o tempo de injecção para se obter a taxa de alimentação.
      7. Ajuste a velocidade da bomba para cima ou para baixo (usando a marcação de três dígitos na bomba) e repita os passos 3.1.3.5 a 3.1.3.6 até que a taxa de alimentação desejado seja alcançado.
      8. Remova otubo curto temporário e re-ligar a linha de alimentação.
    4. A calibração do GC para análise dos gases
      Nota: Esta etapa é necessária se o GC para análise de gás é encontrado para ser fora de calibração, que pode ser inferida a partir de verificação de referências, tendências de dados e de balanço de material. A experiência indica que a calibração GC pode ser invocado por um período prolongado.
      1. Conecte um cilindro de padrão multicomponente gás de refinaria comercial para a válvula de mão (HV-190) 16.
      2. Carregar um método no software GC que é capaz de eluição e separação de todos os picos no padrão de gás de refinaria. Com os parâmetros para o método de GC na Tabela 1.
      3. Usando o software GC, realizar uma análise de execução do padrão de gás de refinaria.
      4. Abra o cromatograma do padrão de gás de refinaria e integrar os picos no cromatograma.
      5. Identificar os picos no cromatograma, garantindo que todos os componentes na calibgás de ração são encontrados. Excluir quaisquer picos que estão presentes, mas não podem ser atribuídas aos componentes do padrão.
      6. Com base em intervalos de tempo de retenção, granulados e compostos que eluíram após dividir em C 5 C 6 + 1, + 2 C 6, C 6 + 3, e C 6 + 4 grupos. Para este método, isômeros penteno fixos em um C 5 grupo de olefinas.
      7. Usando o software GC, atribuir valores de concentração para cada pico integrado do padrão de gás, sob a função de calibração.
      8. Salvar a calibração para o arquivo método, para uso para determinar as concentrações de picos nas execuções de teste subseqüentes. Desligue o gás padrão comercial.
    5. A calibração do CO 2 Analyzer
      1. Através do software da unidade de reacção, comutar a válvula (KV-170) 16 para a posição que permite que o gás de zero (azoto) a fluir para o analisador de gás de infravermelhos. Ajustar o fluxo girando o botão em associação com o val de controle de fluxove (FCV-107) 16, se necessário, para obter cerca de 250 sccm no indicador de fluxo (FI-107) 16.
      2. Zero o analisador utilizando o parafuso de ajuste de zero no painel frontal do analisador, com a ajuda de uma chave de fendas.
      3. Mudar a válvula de mão (HV-107) 16 para abastecer o CO 2 (19,8% mole) de gás padrão para o analisador. Ajustar a válvula manual (MV-107) 16 para se obter um fluxo de cerca de 250 sccm no indicador de fluxo (FI-107).
      4. Ajuste o analisador de leitura para corresponder à concentração (19,8% molar) do gás de calibração padrão usando o parafuso SPAN no painel frontal.
      5. Desligue o gás de calibração e retornar a válvula de mão (HV-107) para a posição RUN.
    6. Preparação do Produto Líquido Receptor
      Nota: Cada receptor é constituído por um condensador e um tubo de ensaio de GC ligado à parte inferior do condensador por uma pequena peça de tubagem de silicone.
      1. Sequencialmente atribuir números ao condensers e frascos de GC.
      2. Coloque um pequeno tampão de lã de vidro no interior da parte superior de cada braço de saída de receptor, como mostrado na Figura 2.
      3. Manter o receptor na posição vertical com algum apoio em um copo ou um balão de tamanho adequado. Pesar cada receptor em uma balança analítica da janela superior do que é coberto por um escudo plástico cúbico para garantir um ambiente sem correntes de ar (Figura 3).
      4. Grave a massa seca (W antes) do receptor preparado em conjunto com rolhas marcados.
      5. Instalar e ligar o receptor pesado para a linha de produtos (Figura 4).
    7. Preparação reactor
      1. Instalar uma linha de alimentação de óleo no reactor com um comprimento que permite a um injector de 1,125 polegadas de altura.
      2. Colocar um filtro na saída do reactor, para evitar que o pó de catalisador de entrar na linha de produtos, a mudança do filtro após 50-100 é executado.
      3. Realizar um teste de pressão sobre o sistema reactor by correr o pTEST1 programa de 17 após a calibração da bomba de alimentação e instalação dos receptores. Fechar a ventilação de gás e pressurizar o sistema de reactor com 150 mm Hg de azoto, seguido por isolamento do sistema.
      4. Observar a leitura de pressão durante alguns minutos, para assegurar a queda de pressão não é mais do que 0,4 mm Hg por minuto, indicando que não há fugas estão presentes. Se é observada uma queda de pressão superior a 0,4 mmHg por minuto, execute um teste de vazamento de acordo com as instruções do fabricante, e corrigir eventuais vazamentos em conformidade.
Entrada da amostra T 90 ° C Pressão pós corrida 30 psi
injector T 90 ° C de equilíbrio de pressão 10 seg
Tempo de execução 300 seg detectores Condutividade térmica
pressão da coluna 30 psi Taxa de aquisição de dados 50 Hz
canal A canal B canal C canal D
Pré-coluna PLOT-U; 30 mm × 320 mícrons × 3 m PLOT-Q; 10 um x 320 mícrons × 1 m Alumina; 3 um × 320 mícrons × 1 m -
Coluna Molsieve; 12 um x 320 x 10 ^ M m PLOT-U; 30 um x 320 x 8 m ^ M Alumina; 8 um × 320 mícrons × 10 m OV1; 2 uM × 150 fim x 10 m
gás de arrastamento argão Hélio Hélio Hélio
modo de entrada backflush backflush backflush volume fixo
coluna T 100 ° C 90 ° C 130 ° C 90 ° C
O tempo de injecção 30 ms 120 ms 0 ms 100 mseg
tempo backflush 12,5 seg 5.0 sec 5.5 sec -

Tabela 1: parâmetros do método de GC para análise de gás produzido pelo LTU.

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Figura 2: Vial apego ao condensador. Foto que mostra a localização da rolha de lã de vidro e a fixação de um frasco de GC para o condensador com um tubo de silicone. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 3:.. Pesagem do receptor do produto tampa de plástico para o equilíbrio para pesar a longo receptor produto líquido, que pode ficar fora da janela superior Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Figura 4:. Apego receptor líquido Foto que mostra a ligação de receptores líquidos para a linha de produtos.ad / 54390 / 54390fig4large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Operação do Sistema no Modo Automático
    1. Na tela Configuração de LTU, a entrada a informação relevante para a experiência: executar número, o nome de alimentação, identificação catalisador, a pressão atmosférica, pontos de ajuste para a pele e as temperaturas interna do reactor, tanto para rachaduras e de regeneração de catalisador e tempo de injeção de óleo. Omita este passo se a informação completa foi incluído na Seção 3.1.1.
    2. Colocar o sistema em modo de executar clicando no botão "RUN" na tela do fluxo do processo. Isto inicia a sequência de teste 17, que inclui as etapas no modo automático a ser descritos na discussão.
  2. Não Auto-Operação do Sistema Modo
    1. Usando o computador conectado à GC, integrar os picos e processar os dados usando a calibração estabelecida. Introduza os dados da CG finais no programa LTU através do computador LTU.
  3. Pós-executar Operação
    1. Determinação massa de líquido do produto
      1. Depois de retirar a braçadeira, incline o receptor e recolher todas as gotículas de produtos líquidos na ponta de metal chanfrado abaixo da válvula de produto.
      2. Fechar imediatamente o receptor com rolhas de borracha marcados e cuidadosamente retire-o do banho. Enxaguar o etilenoglicol do banho com água fria e seque o exterior com toalha de papel.
      3. Coloque o receptor do produto líquido sobre um suporte à temperatura ambiente durante 20 min, permitindo que qualquer produto congelado descongelar e partem para o frasco de GC na parte inferior do receptor.
      4. Recolher o assalto líquido ao redor da articulação do metal para o receptor com um cotonete de algodão tarado. Determinar a massa do assalto líquido (W swab) e gravar.
      5. Abra o receptor produto líquido para a atmosfera em um exaustor ventilado para equalização de pressão, removendo momentaneamente a tampa na saída superior do receptor.
      6. Colocara rolha de volta e obter a massa receptor (W depois). Retirar o frasco de GC do condensador. Tampão e armazenar a amostra do produto num frigorífico a 4 ° C para análise posterior.
      7. Se uma gota de água aparece na parte inferior GC frasco como no caso de rachaduras óleo de canola, use uma seringa limpa para transferir o máximo de produtos livres de óleo-água para outro frasco quanto possível e tampá-lo imediatamente.
      8. Lavar as paredes internas do condensador receptor cuidadosamente com uma pequena qualidade de metanol e recolher toda a lavagem de metanol para dentro do frasco de GC original contendo a gota de água. Tapar o frasco e obter a massa do líquido dentro para utilização na determinação de água.
    2. Análise do líquido do produto para Simulado Destilação
      1. Usando o padrão ASTM D2887 método de ensaio 18, determinar a percentagem em massa do produto líquido isento de água a ferver nas gamas de gasolina (IBP-221 ° C), óleo de ciclo leve (LCO, 221-343 ° C), e H óleo de ciclo eavy (HCO, 343 ° C-FBP).
    3. Análise do Produto Água
      1. Usando o método de ensaio ASTM D4377 padrão 19, determinar o teor de água (H2O W) da lavagem de metanol combinado com a gotícula de água no frasco.
  4. cálculos
    1. Massa de gasoso Produto
      1. Calcular o volume total de produto gasoso através do volume de água deslocado de acordo com a fórmula:

        figure-protocol-4

        onde V gás é o volume (ml) de gás recolhida em condições padrão (0 K e 101.3 kPa), água V é o volume (ml) de água deslocada durante o teste, T é a temperatura do gás (° C) e P é a pressão do gás ( kPa).
      2. Calcula-se a massa de cada componente usando gás:

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        em que W i é a massa (g) da i-ésima produto gasoso, é N i% molar do i ° componente no gás, e M i representa o peso molecular da i-ésima produto gasoso. O peso molecular da protuberância não resolvido C + 5 é assumido como sendo 86.
      3. Calcula-se a massa total de produto gasoso como:

        figure-protocol-5

        onde o gás W é a massa total de produto gasoso, e W é a massa do i th produto gasoso tal como calculado em 3.5.1.2.
    2. Massa do líquido do produto
      1. Calcula-se a massa total de produto líquido com:

        W liq = W depois - W + W antes de swab

        em que W é liq massa (g) do produto líquido, depois W é a massa (g)do receptor produto líquido após reacção, antes de W é a massa (g), do receptor do produto líquido antes da reacção, e W é compressa em massa (g) do assalto líquido recolhido no cotonete.
    3. Massa de Coca-Cola
      1. Calcula-se a massa total de coque derivado da LTU usando:

        W coque = carbono W × 1,0695

        em que W é coque de massa (g) de coque, carvão W é a massa (g) de carbono, e 1,0695 é o factor de carbono-para-coque.
    4. Balanço de Massa (Recovery)
      1. Calcule o equilíbrio de massa utilizando

        R = (W gás + W + W liq coque) ÷ alimentação W × 100

        em que R é a recuperação (% em massa da alimentação) e W é de alimentação de massa (g) da alimentação de óleo. R deve estar na gama de 96-102%. Se não, rejeitam o teste como insatisfatória.
    5. Os rendimentos não normalizadas e Conversão
      Nota: cada Calcular o rendimento do produto (% por massa) de acordo com as fórmulas indicadas a seguir.
      1. Calcular gás seco (H 2 -C 2 'S, CO, CO 2 e)

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

        em que Y DG é rendimento não normalizada (% em massa de alimentação) do gás seco, W H2 é a massa (g) de H2, W C1 é a massa (g) da C 1 de gás (metano), W C2 é a massa (g) de C 2 gás (etano e etileno), W é CO massa (g) de CO, CO2 e W é a massa (g) de CO 2. Note-se que a correcção em função da quantidade mínima de CO 2 dissolvido em água não é necessária.
      2. Calcule Gás Liquefeito de Petróleo (GLP)

        Y GLP = (W C3 + W C4) ÷ W de alimentação × 100

        em que Y GLP é rendimento não normalizada (% em massa de alimentação) do produto do GPL, W C3 é a massa (g) do gás de C 3 (propano e propileno), e W C4 é a massa (g) do gás de C 4 (butanos e butenos incluindo 1,3-butadieno).
      3. Calcule gasolina

        Y = GLN [X GLN × (liq W - W H2O - W cotonete) + W C5 +] Alimentação W ÷ × 100

        em que Y GLN é rendimento não normalizada (% em massa de alimentação) de gasolina, X GLN (obtido por destilação simulada) é a fracção mássica de gasolina no produto líquido isento de água, W H2O é a massa (g) de água no produto líquido, se qualquer, e W C5 + é a massa (g) de C + 5 o produto em fase gasosa (não resolvido C 6 </ sub> além de C 6 + fixo).
      4. Calcular óleo leve (LCO)

        Y LCO = [X LCO × (W liq - W H2O - W swab)] ÷ alimentação W × 100

        em que Y é o rendimento de LCO não normalizada (% em massa da alimentação) do produto LCO e X LCO (obtido por destilação simulada) é a fracção mássica de LCO no produto líquido isento de água.
      5. Calcular petróleo de ciclo pesado (HCO)

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

        onde Y HCO é o rendimento unnormalized (alimentação% em massa) de HCO e X HCO (obtido pela destilação simulada) é a fracção mássica de HCO no produto líquido sem água.
      6. Calcule Coke

        Y coque = coque W alimentação ÷ W × 100

        onde Y coque é o rendimento unnormalized (alimentação% em massa) de coque.
      7. Calcular água

        Y H2O = W H2O ÷ W de alimentação × 100

        onde Y H2O é o rendimento unnormalized (alimentação% em massa) de água.
      8. calcular Conversão

        CON unnorm = 100 - Y LCO - Y HCO

        onde CON unnorm é a conversão unnormalized (alimentação% em massa).
    6. Os rendimentos normalizados e Conversão

      Y 0 i = Y i ÷ R × 100

      em que Y é 0 i rendimento normalizado (por massa%) do i-ésimo produto.

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

      onde norma CON é a conversão normalizada (alimentação% em massa).

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Resultados

O protocolo foi aplicado com sucesso a uma mistura de óleo de 15:85 proporção em volume (isto é, 14,73: 85,27 proporção em massa) entre o óleo de canola e um HGO SCO-20 derivada. Por razões práticas (custo, disponibilidade de óleo de canola e possíveis desafios em operação comercial), o estudo centrou-se na matéria-prima contendo 15 v% adição de óleo de canola, embora feeds com concentrações mais altas também foram julgados. A mistura foi cataliticamente rachado em 49...

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Discussão

O protocolo aqui descrito utiliza operação cíclica de um único reactor contendo um lote de partículas de catalisador fluidizadas para simular óleo de alimentação de craqueamento e de regeneração do catalisador. O óleo a ser quebrada é pré-aquecido e alimentado a partir do topo através de um injector de tubo com a sua extremidade próxima à parte inferior do leito fluidizado. O vapor gerado depois de craqueamento catalítico é condensado e recolhido num recipiente, e o produto líquido recolhido é subsequentemente analisado...

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Divulgações

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer ao laboratório de análises do Centro de Tecnologia CanmetENERGY pelo apoio técnico e Suncor Energy Inc. para o fornecimento de petróleo bruto sintético. financiamento parcial para este estudo foi fornecido pelo departamento de Recursos Naturais do Canadá e do governo do Programa de interdepartamental do Canadá de Pesquisas Energéticas e Desenvolvimento (PERD), com A22.015 ID projeto. Yi Zhang gostaria de reconhecer os seus Ciências Naturais e do Conselho de Pesquisa de Engenharia (NSERC) do Canadá Visiting Fellowship de janeiro 2015 a janeiro de 2016.

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Materiais

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Unidade de Avaliação Avançada de Rachaduras (ACE)Kayser Technology Inc.ACE R + 46Montado por Zeton Inc. SN: 505-46; consistindo em (1) um reator; (2) sistema de adição de catalisador; (3) sistema de entrega de ração; (4) sistema de coleta de líquidos; (5) sistema de coleta de gás; (6) sistema de análise de gases; (7) sistema de regeneração de catalisador; (8) Conversor catalítico de CO; (9) sistema de análise de coque
Reator (ACE)Kayser Technology Inc.V-105Um tubo de aço inoxidável de 1,6 cm de diâmetro interno com um fundo cônico cônico e com um diluente (nitrogênio) fluindo do fundo para fluidizar o catalisador e também servir como gás de decapagem no final da execução
do Sistema de Adição de Catalisador (ACE)Kayser Technology Inc.Seis tremonhas (V-120F, com respectivas válvulas) para adição de catalisador para até 6 execuções
Sistema de Entrega de Alimentação (ACE)Kayser Technology Inc.Composto por frasco de alimentação (V-100), seringa (FS-115), bomba (P-100) e injetor (com altura do injetor de 1,125 polegadas, ou seja, a distância do ponto mais baixo do fundo do reator cônico até a extremidade inferior do injetor de alimentação)
Sistema de Coleta de Líquidos (ACE)Kayser Technology Inc.Seis receptores de líquido (V-110F) imersos em um banho de refrigerante comum (mistura de etilenoglicol/água na proporção de massa de 50:50) a cerca de – 15 ° C em um tanque grande (V-145)
Sistema de Coleta de Gás (ACE)Kayser Technology Inc.Com base no princípio do deslocamento de água; consistindo em um recipiente de coleta de gás (V-150) com um agitador acionado por motor (MTR-100) e uma balança de peso (WT-100) para pesar a água deslocada coletada em um béquer (V-160).
Sistema de Análise de Gás (ACE)Kayser Technology Inc.Elemento-chave sendo o micro GC Agilent (modelo 3000A) com quatro colunas capilares equipadas com os respectivos detectores de condutividade térmica (TCDs) 
Sistema de Regeneração de Catalisador (ACE)Kayser Technology Inc.V-105Catalisador gasto no reator sendo queimado in situ no ar a +700 ° C para garantir a remoção completa do carbono depositado no catalisador
CO Conversor Catalítico (ÁS)Kayser Tecnologia Inc.Um reator (V-140) com CuO como catalisador para oxidar qualquer CO e hidrocarbonetos em gases de combustão esgotados em CO2 (a ser analisado pelo analisador de gás infravermelho) e H2O (a ser absorvido por um secador)
Sistema de Análise de Coque (ACE)Kayser Technology Inc.Analisador infravermelho Servomex (Modelo 1440C) para medição de CO2 em gases de combustão esgotados
R+MM Software SuiteKayser Technology Inc.Incluindo o iFIX 3.5 
Agilent Micro GCAgilent Technologies3000APara análise de gás após craqueamento
Cerity Networked Data SystemSoftware da Agilent Technologiespara Agilent Micro GC
CO2 Analisador de GásServomex Inc.1440CSN: 01440C1C02/2900
NESLAB Banho RefrigeradoThemo Electron CorporationRTE 740SN: 104300061
Orion  Bomba de Seringa SageThemo Electron CorporationM362Para entregar óleo de alimentação ao tubo injetor
Óleo Bruto Sintético (SCO) Suncor Energia Inc.Identificado como Suncor OSA 10-4.1
Catalisador PRefinariaCatalisador de equilíbrio
BalançaMettler ToledoAB304-SPara pesagem de receptores de produtos líquidos
BalançaMettler ToledoXS8001SPara pesagem de água deslocada por produto gasoso
EtilenoglicolFisher Scientifc Inc.CAS 107-21-1Misturado com água destilada como refrigerante (50 v%)
DrieriteW.A. Hammond Drierite Co., Ltd.24001Para absorção de água após conversor catalítico
de CO Óxido de CobreLECO Corporation501-170Catalisador para conversão de CO em CO2
TolueneFisher Scientific Co. CAS 108-88-3Para limpeza de receptores de líquidos
AcetonaFisher Scientific Co.CAS 67-64-1Para limpeza de receptores de líquidos
Micro GC Calibração Gás ArLíquido Canadá Inc.SPG-25MX0015306Gás padrão multicomponente
19,8% CO2 Gás padrãoBOC Canada Ltd.24069890Para calibração do analisador de infravermelho
Argon GasLinde Canada ltd.24001306Grau 5.0 Pureza
Hélio GásLinde Canada ltd.24001333Grau 5.0
Analisador de Gás de Pureza Módulo GCInficonGCMOD-15Canal A
Analisador de Gás Módulo GCInficonGCMOD-03Canal B
Analisador de Gás GC Módulo GCInficonGCMOD-04Canal C
Analisador de Gás GC Módulo GCInficonGCMOD-73Canal D
HP 6890 GCHewlett-Packard Co. G1530APara destilação simulada
ASTM 2887 Amostra padrãoPAC LP26650.150Para controle de qualidade em destilação simulada
ASTM 2887 Amostra PadrãoPAC LP25950.200Para calibração em destilação simulada
Coluna para GC 6890 (destilação simulada)Agilent TechnologiesCP756210 m x 0.53 mm x 1.2 µ m, HP 6890 GC coluna
Nitrogênio LíquidoAr Liquid Canada Inc.SPG-NIT1AC240LCPara uso em destilação simulada 
NitrogênioAr Líquido Canadá Inc.Granel (edifício N2)Para uso em operação da unidade ACE
Forno Programável IsotempThermo Fisher Scientifc Inc.10-750-126Para calcinação de catalisador
GC Vials, Crimp TopChromatograghic Specialties IncC223682C2 ml, para produtos líquidos
Seals, Crimp TopChromatograghic Specialties IncC22115011 mm, para uso com frascos GC
4 oz garrafas redondas Boston transparentesFisher Scientific Co. 02-911-784Com tampas revestidas com cone PE, para uso no sistema de alimentação
SieveEndecotts Ltd.6140269Abertura Peneira de 38 mícrons
Endecotts Ltd.6146265Abertura 250 μ m
ShakerEndecotts Ltd.MIN 2737-11Minor-Meinzer 2 Sieve Shaker para peneiramento de catalisador
V20 Volumétrico KF TituladorMettler Toledo5131025056Para análise do teor de água do produto
líquido Hydranal Composite 5Sigma-Aldrich34805-1L-RReagente para titulação Karl Fischer
Metanol (grau de água extremamente baixo)Fisher Scientific Co. A413-4Misturado com tolueno (40:60 w/w) para titulação KF: também usado para recuperar água no receptor
Lã de VidroFisher Scientific Co. 11-388Colocado dentro do topo do braço de saída do receptor 
Petro-Canada

Referências

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